1、客運專線無縫線路低溫鎖定施工技術陳孟強 鄧啟軍 劉連學 【摘要】京津城際鐵路全長113.544km，采用CRTS型板式無砟軌道結構一次性鋪設跨區間無縫線路233公里，是我國第一條設計時速350km鐵路客運專線。中鐵二局在無縫線路鎖定施工中，運用K922移動焊軌車焊接鋼軌接頭，運用拉伸法和加熱法相結合等方式，克服平均氣溫-5以下、最低氣溫-15等低溫惡劣天氣的影響，于2007年12月至2008年1月底按期完成了全部無縫線路長鋼軌鎖定施工任務。本文以此為例，介紹了低溫條件下無縫線路長鋼軌鎖定的關鍵技術理論分析、設備配置及施工工藝和方法，同時介紹了施工安全、質量控制的要點。【關鍵詞】鐵路客運專線 1

2、00m定尺鋼軌 基地焊接 500m長鋼軌 施工技術 1、陳孟強，中鐵二局集團新運工程有限公司，四川成都6100312、鄧啟軍，中鐵二局集團新運工程有限公司，四川成都6100313、劉連學，中鐵二局集團新運工程有限公司，四川成都610031 參考文獻：1、中華人民共和國鐵道部，鐵建設200785號，客運專線無砟軌道鐵路工程施工質量驗收暫行規定，中國鐵道出版社，2007年；2、中鐵一局集團有限公司，客運專線鐵路軌道工程施工技術指南，TZ211-2005，中國鐵道出版社，2005年；3、中華人民共和國鐵道部TB/T 1632.1、2-2005,鋼軌焊接之通用技術條件、閃光接觸焊。中國鐵道出版社，20

3、05年；4、無縫線路溫度力放散與調整，中國客運專線網，2008年5、王金山等，無縫線路一次性鋪設、焊接施工技術探討，上海鐵道科技。1 前言京津城際鐵路全長113.544km，采用CRTS型板式無砟軌道結構一次性鋪設跨區間無縫線路233公里，是我國第一條設計時速350km鐵路客運專線。中鐵二局在無縫線路鎖定施工中，運用K922移動焊軌車焊接鋼軌接頭，運用拉伸法和加熱法相結合等方式，克服平均氣溫-5以下、最低氣溫-15等低溫惡劣天氣的影響，于2007年12月至2008年1月底按期完成了全部無縫線路長鋼軌鎖定施工任務。2 無縫線路設計 京津城際鐵路地處京津冀平原地區，無砟軌道無縫線路的設計鎖定軌溫根

4、據線路通過地區的最高和最低軌溫、無縫線路的允許溫降和允許溫升計算確定為23，設計相關要求如下。、鎖定軌溫鎖定軌溫23±3，相鄰單元軌間的鎖定軌溫之差不大于5，同一區間單元軌間的最高與最低鎖定軌溫之差不大于10，左右股鋼軌鎖定軌溫之差不大于3。、京津城際鐵路全線跨區間無縫線路由2對超長軌條組成，單元軌節標準長度1500m或2000m，最短不小于200m (道岔區)。無縫道岔中單組或相鄰多組道岔（含其間線路）及其前后各200m以上的線路一次鎖定組成單元軌節、除道岔焊接接頭采用鋁熱焊外，其余鋼軌焊接接頭采用閃光接觸焊，鋼軌焊接按要求作焊接型式試驗和周期檢測。、京津城際鐵路無砟軌道使用V30

5、0-1型彈條扣件，每組扣件設計可以為無縫線路提供最大9KN的阻力。3 無縫線路低溫鎖定理論研究進行低溫條件下的無縫線路鎖定施工，一是低溫條件下完成的鋼軌焊接質量必須滿足350km/h鐵路客運專線的要求，二是長鋼軌必須達到設計鎖定軌溫條件下的應力狀態。經研究分析，從理論分析和設備配置兩個方面解決這2個問題。3.1 長鋼軌低溫鎖定工藝理論分析按長鋼軌力學和熱力學性能采用拉伸法或加熱法使長鋼軌伸長，使低溫條件下長鋼軌達到鎖定軌溫時所需要的長鋼軌長度，即達到設計鎖定軌溫條件下長鋼軌所處的應力狀態。當實際軌溫低于設計鎖定軌溫T時，長鋼軌的溫度力、溫度線膨脹量、拉力、拉伸伸長量等物理學換算關系如下：、加熱

6、法使長鋼軌均勻受熱，長鋼軌實際軌溫升高T至設計鎖定軌溫時，長鋼軌伸長量L = 軌溫差T×溫度線膨脹系數1×長鋼軌長度L，溫度線膨脹系數1=11.8×10-6-2。、拉伸法使長鋼軌均勻伸長，拉伸伸長量L與述溫度伸長量相當時，長鋼軌狀態達到設計鎖定軌溫狀態，軌溫差對應的拉伸力、拉長量關系如下表示。T=L/（1×L）鋼軌0.61KN/m拉力T=（彈性模量E×鋼軌伸長率L/L）×鋼軌橫斷面積A；鋼軌伸長量L=溫度變化值T×鋼軌線膨脹系數1×鋼軌長度L。鋼軌橫斷面積A=77.45cm2；鋼軌彈性模量E=210GPa鋼軌與輥軸

7、的摩擦系數=0.16；鋼軌線膨脹系數1=11.8×10-6-2。每組鋼軌扣件的縱向阻力按9KN計。計算結果如下：溫差鋼軌長度m拉伸量m拉伸率拉應力MPa拉伸力KN摩擦力KN總拉力KN3520000.8260.00041386.73671.72385195.2866.923853515000.61950.00041386.73671.72385146.4818.123853510000.4130.00041386.73671.7238597.6769.323853020000.7080.00035474.34575.7633195.2770.96333015000.5310.00035

8、474.34575.7633146.4722.16333010000.3540.00035474.34575.763397.6673.36332520000.590.00029561.95479.80275195.2675.002752515000.44250.00029561.95479.80275146.4626.202752510000.2950.00029561.95479.8027597.6577.402752020000.4720.00023649.56383.8422195.2579.04222015000.3540.00023649.56383.8422146.4530.242

9、22010000.2360.00023649.56383.842297.6481.44221520000.3540.00017737.17287.88165195.2483.081651515000.26550.00017737.17287.88165146.4434.281651510000.1770.00017737.17287.8816597.6385.48165如上表示，選用90噸級鋼軌液壓拉伸機可滿足軌溫差35以下1500m單元軌或30以下2000m單元軌鎖定施工的需要，鑒于京津城際鐵路無縫線路鎖處于一年中最冷12月、1月間施工，京津地區最低氣溫-22以下、白天氣溫最大-10以下的實

10、際，并結合設計鎖定軌溫23的要求，施工準備按最大溫差35控制，經設計同意后，將無縫線路單元軌節標準長度由2000m減至1500m。、每組V300-1鋼軌扣件可提供縱向阻力9KN，按1.5倍安全系數，鎖定100m線路即可完全提供1500m單元軌鎖定所需的拉伸力。3.2 關鍵設備配置、利用性能更強的K922移動焊軌機替代鋁熱焊、氣壓焊或K900及以下移動焊軌機焊接長鋼軌，型式試驗和周期性生產檢驗結果表明，低溫條件下使用該型焊機工地焊接長鋼軌焊接穩定可靠。、90噸級鋼軌液壓拉伸機，可滿足實際軌溫最大低于設計鎖定軌溫35時1500m及以下長度單元軌的放散鎖定施工。、利用火焰加熱器對短距離的長鋼軌往返加

11、熱，可使長鋼軌均勻受熱伸長。4 施工方法及工藝4.1 施工工藝流程圖4-1 客運專線無縫線路長鋼軌低溫鎖定工藝流程4.2關鍵工序施工工藝無縫線路長鋼軌低溫鎖定，分為兩種情況，一是區間無縫線路的兩端，因道岔或無縫線路盡頭因道岔不能拉伸或鋼軌拉伸機沒有地方定位無法提供拉伸反力而不能采用拉伸法施工的地段，該地段只能采用火焰加熱法施工，二是區間無縫線路的中部，可采用拉伸法由區間的一端向另一端連續施工。、施工準備無縫線路長鋼軌低溫鎖定由區間或股道的一端向另一端施工。、人工拆除起點處一對100m拉伸錨固軌和與其連接的2000m單元軌范圍內全部軌枕扣件和絕緣墊片，按10m間距支墊滾輪，使鋼軌處于“無阻力狀態

12、”。、在鋼軌軌腰上每間隔100m安裝軌溫器，查看軌溫。、在2000m鋼軌上按200300m間距安裝撞軌器，并向鎖定施工前進方向進行撞軌，使100m軌和2000m軌之間留有一定的縫隙。、火焰加熱法施工圖 4-2 長鋼軌加熱一般情況下，火焰加熱法的施工長度不得大于100m，通過火焰加熱使鋼軌伸長，達到鎖定軌溫條件下的鋼軌長度。、用錘敲擊鋼軌軌要使鋼軌在滾輪上伸縮進行應力釋放，使鋼軌處于“無阻力狀態”，在鋼軌沿線路方向兩端和中部設位移觀測點，查看鋼軌伸長量。、按每5m一個煤氣噴槍對鋼軌來回循環加熱，觀察軌溫表的軌溫顯示和鋼軌伸長量。、當鋼軌伸長量達到計算量且鋼軌溫度達到鎖定軌溫上限時停止加熱，迅速取

13、出滾輪使鋼軌落槽，并上緊扣件對鋼軌進行鎖定。、因火焰加熱法存在一個停止加熱、鎖緊扣件的過程，因此，加熱時的鋼軌伸長量和軌溫控制以高出設計鎖定軌溫5為準。、利用K922接觸焊機對100m拉伸錨固軌與前端的2000m單元軌進行焊接。、拉伸法施工圖4-3 長鋼軌低溫鎖定施工流程示意（拉伸法）圖4-4 長鋼軌拉伸圖4-5 長鋼軌拉伸量觀察、利用撞軌器向施工反方向進行撞軌和敲軌，使鋼軌處于當前軌溫的自由長度，在2000m單元軌前端并安裝鋼軌拉伸機。、每隔100m根據拉伸長度要求設置一個鋼軌觀測點，以便確認鋼軌的均勻拉伸和鋼軌拉伸量。、在拉伸鋼軌的同時，輔以撞軌器向鎖定施工前方方向撞擊，并配以鐵錘敲擊鋼軌

14、軌腰，使鋼軌在拉伸時均勻伸長。、線路鎖定、觀測鋼軌拉伸過程中每個觀測點的位移量，當鋼軌拉伸量達到計算要求時，停止拉軌，取出鋼軌下面的滾輪。、拆除支墊滾輪及撞軌器，上齊軌枕扣件和絕緣墊片，每隔100m利用一臺定扭矩的內燃扳手對鋼軌沿線的扣件進行緊固，并擰至規定扭矩值，完成2000m鋼軌的應力放散鎖定。、拆除鋼軌拉伸機，并轉移同線另一根鋼軌上進行應力放散和鎖定。5）、設置線路標志設置位移觀測樁，粘貼位移標尺，清理線路。6）、其他兩單元軌之間的焊接兩單元軌之間鋼軌焊接時，焊縫應設在兩承軌臺之間，離承軌臺的最小距離100mm。5 勞動力及資源配置表5-1 長鋼軌低溫鎖定2000m單元軌勞動力組織表序號

15、工序及崗位單班人員配置說明1指揮組3含隊長1、安1、工12線路工40含工班長5，配合線路3普工1604施工防護45以上合計207表5-2 無縫線路長鋼軌低溫鎖定材料及設備序號設備名稱規格型號單位數量1移動焊軌車K922臺12軌道車JY290DT-5臺13內燃鋸軌機HC355臺24端面打磨機臺25仿型打磨機MR150E臺26氧炔焰正火設備套17發電機凱馬5KW臺48內燃螺栓扳手NLB-300臺309超聲波探傷儀CTS-23plus臺210粗磨設備800w套211鋼軌液壓拉伸機90噸級12火焰加熱器13滾輪個 15014軌溫計15鋼軌平直度檢查尺1m16鋼板尺17起道機15t臺86 施工保證措施、

16、對于鋼軌焊接、正火、探傷、裝吊、行車、應力放散等作業人員進行技術培訓，增強員工的技能和安全意識。施工前進行詳細的技術交底，使所有參戰的施工人員熟悉施工工藝和工序。、鋼軌工地接觸焊接施工中，經過型式試驗確定的焊接參數，不得隨意改變，每個焊頭由焊機計算機全過程自動監控，識別焊頭的合格情況。并按規定每焊接500頭進行周期性生產檢驗。、鋼軌焊接前對焊縫兩端各1m范圍進行預熱，正火后必須對焊接接頭進行保溫，以免焊頭因冷卻過快而淬火。并對焊接過程中的每一道工序質量實行自檢和互檢。、正線無縫線路最短焊接短軌不小于25m，道岔前或后最短焊接短軌不小于31m或37.5m，鋼軌焊接接頭須錯開剛度變化點5m以上，單元軌焊接接頭應置于兩承軌臺扣件節點中間。、鋼軌焊接必須采取焊前加熱和焊后保溫的措施，嚴格控制打磨接頭的平順度：軌頂面+0.2、0mm，軌頭內側工作面+0.2、0mm，軌底（焊筋）+0.5、0mm。、鋼軌應力放散鎖定施工中，撞軌和取放滾輪時用撬棍抬放鋼軌