城市軌道交通無縫線路施工技術(shù)探討摘要:文章探討了城市軌道交通無縫線路鋪設(shè)新工藝，經(jīng)期能科學(xué)有效地提高無縫線路施工進度及焊接和鋪設(shè)質(zhì)量。關(guān)鍵詞：無縫線路;施工特點；施工工藝；技術(shù)要求0前言城市軌道交通工程中無縫線路鋪設(shè)施工，采用“一次性焊接、鋪設(shè)"新工藝，是對傳統(tǒng)“二鋪一拆”工藝的改革。新工藝的施工程序,可以歸納為：①鋪設(shè)25m標(biāo)準(zhǔn)無孔新軌，澆筑整體道床；②用移動式接觸焊機，現(xiàn)場本線焊接長鋼軌;③完成無縫線路的鋪設(shè)，鎖定。無縫線路一次性鋪設(shè)施工,除必須具有一套移動式接觸焊機外，尚需有一整套能夠滿足現(xiàn)有規(guī)范要求的施工工藝和工裝。現(xiàn)在執(zhí)行的《鋼軌焊接接頭技術(shù)條件》（TB/T1632—91）,《無縫線路鋪設(shè)養(yǎng)護維修方法》（TB2098—89）等技術(shù)規(guī)范，基本上是在固定式焊接基礎(chǔ)上建立和完善的。改用移動式接觸焊機，在現(xiàn)場本線上直接焊接并完成鋪設(shè),其焊接、鋪設(shè)工藝、工藝標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求及工裝設(shè)備，均有變化。可使新的施工技術(shù)更趨完善,從而保證無縫線路的焊接和鋪設(shè)質(zhì)量，達到上述規(guī)范要求。施工特點分析移動式現(xiàn)場接觸焊接（特別是本線焊接）相對于固定式焊接,有以下對焊接和鋪設(shè)質(zhì)量有關(guān)的不同之處。1。1焊接軌的基準(zhǔn)線固定式焊接,建有一條輥道流水線。輥道線是一條直線,輥道面處于一個平面上,焊接軌以輥道中心線和輥道平面泵基準(zhǔn)線；移動式接觸焊接是在現(xiàn)場線路上進行,沒有統(tǒng)一的基準(zhǔn)線:①由于軌底坡和曲線超高的存在，鋼軌Y軸與鉛重線存在一偏轉(zhuǎn)角a（見圖1）不同的超高a角也不相同，待焊軌在焊接前必須調(diào)整到同一偏轉(zhuǎn)角，否則焊接軌會產(chǎn)生扭曲。②以往鋪設(shè)在曲線上的長軌是在輥道上直線焊接，然后在曲線上鋪設(shè)。現(xiàn)場曲線線路上直接焊接，就很難使焊接頭處在圓順的位置上,理論上待焊軌在焊接前必須調(diào)整到焊接點切線方向的直線上（見圖2）,否則焊接頭將形成折角。③由于是本線焊接，焊接車必須停放在已焊長軌上；又由于焊機頭作業(yè)時軌底以下必須有一定空間a見圖3（焊后打磨也須有相當(dāng)空間）;因此焊縫處軌頭必須墊高。這就使焊接車第一輪對接觸點至焊縫處B距離內(nèi)的軌道形成斜面，為此待焊軌也必須調(diào)整成同一斜面,否則焊接頭是不平順的。上述三點，每次焊接，其調(diào)整量均不相同,盡量可以規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)，但如果沒有賴以控制的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),調(diào)整難以達到固定輥道線上焊接的質(zhì)量要求，產(chǎn)生終缺陷（如扭曲內(nèi)應(yīng)力的存在）外表難以發(fā)現(xiàn)。焊接的工藝流程軌道交通工程設(shè)計中對鋼軌焊接''技術(shù)條件"工藝流程規(guī)定如下：查軌、驗收一測量、配軌一前調(diào)直一前打磨一焊接一風(fēng)冷、精磨一正火熱處理一后調(diào)直一強冷一精磨一處型檢驗、無損檢測。這套工藝流程上固定式焊接基本相同,但用于現(xiàn)場焊接,特別是本線焊接則有如下問題.①泵調(diào)直工藝（特別是后調(diào)直）X軸和Y軸兩個方向的調(diào)直是在同一個平臺上進行的.現(xiàn)場焊接由于軌下空間很小,Y軸剖面的調(diào)直將難于實現(xiàn)，這對軌面平順很不利。②固定式焊接，工藝流程分布在流水線上，工位固定，工作物流動，工藝作業(yè)是平行進行的。現(xiàn)場焊接，工作物固定,工藝作業(yè)只能在一個點上按流程順序進行;完成一個焊頭的效率取決于作業(yè)程序的編排，并大大低于流水線焊接,為提高作業(yè)效率、加快進度，曾經(jīng)有人將作業(yè)程序編排成兩大塊，即焊接和焊前處理及焊后處理。在勞動組織上也分成兩個組,一個負責(zé)焊接和焊前處理,另一個負責(zé)焊后處理。負責(zé)焊接和焊前處理的通常作業(yè)方法是在對每對軌焊接后,即予臨時固定,讓焊接車通過進行下一對軌的焊接，這就是說焊頭在未按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行任何焊后處理就經(jīng)受軸大于10t的車輪輾壓,并在下一對軌的焊接過程中，始終承受著來自焊接車（包括牽引軌道車）的垂直載荷和振動載荷。特別是當(dāng)車輪通過時,焊縫溫度尚處在800℃以上，對于U75V軌即處于相變線以上，此時相變尚未完成，結(jié)構(gòu)組織成軟塑狀態(tài)，強度和硬度極低，在外荷的作用下極易變形損傷.負責(zé)焊后處理的所有作業(yè)都是在單個焊縫上進行,由于焊后長軌已經(jīng)在軌道上固定,而每個焊縫在作業(yè)過程中，鋼軌溫度發(fā)生的變化（特別是“正火”）就不能像整條長軌在輥道線這樣自由調(diào)整，作業(yè)后長軌條內(nèi)就會存在不均勻的局部溫度應(yīng)力。1。3鋪設(shè)的工藝流程軌道交通工程設(shè)計,對于鋪設(shè)只提出鎖定軌溫和應(yīng)力放散的技術(shù)要求。長軌焊接在連續(xù)作業(yè)的過程中,每根25m軌的鎖定軌溫是不可能相同的，這在地面和高架段尤甚，需要進行應(yīng)力調(diào)整，低溫鋪設(shè)的鋼軌用拉伸器調(diào)整，則必須有固定段，這對于用無孔軌鋪設(shè)的短軌線路是非常困難的，需調(diào)整的長軌長度越長，其調(diào)整的可能性越小。1。4工裝、設(shè)備①焊接作業(yè)車。目前國內(nèi)已試制完成并投入使用，它由四部分組成，即發(fā)電機組、焊機、懸掛焊機頭的吊機及存放上述設(shè)備的軌道車平板，俗稱“焊接車”。發(fā)電機組安裝在一個集裝箱內(nèi)，焊機和吊機安裝在另一個集裝箱內(nèi)，兩個集裝箱安裝在一輛平板車上，全長（不含車鉤）12700mm，總寬（作業(yè)狀態(tài)）2538mm,總高（軌面以上）3470mm.懸掛焊機頭的吊機起重臂最大的工作半徑為3335mm，裝在平板車上后，平板車第一輪對中心距焊機頭中心（即為焊縫中心）的最大距離為3735mm（見圖4）。該套設(shè)備在本線焊接左、右股鋼軌時（見圖5）吊架需擺動一個角度，當(dāng)?shù)跫芴幱谧畲蠊ぷ靼霃綍r，吊架的外側(cè)已接近1600mm限界；而軌道交通工程的限界，目前有兩個標(biāo)準(zhǔn),即地鐵1600mm，輕軌1400mm，因此這套設(shè)備在''輕軌”工程中將受到限制。②軌道支架。固定接觸焊的輥道線提供每個工位的作業(yè)平臺，其上下左右均留有足夠的作業(yè)空間，在普通的鐵路線路現(xiàn)場焊接（小型氣壓焊等）由于是普通道床，焊后處理也可有一定的作業(yè)空間，而軌道交通大部分為整體道床,在此線路上進行焊前或焊后處理，則必須有一整套能使處理后的焊頭符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的輥道支架，而目前尚無可借鑒的設(shè)備。輥道支架可以分成兩類:一類是可調(diào)節(jié)的支架。它不僅可以按需要調(diào)節(jié)高度，且可調(diào)整兩側(cè)支架使致形成橫向斜面。這一類支架用于焊接；另一類為固定支架，用于焊后處理,支架高度取決于各作業(yè)空間的需要。③調(diào)直設(shè)備：焊后調(diào)直，目前尚無可直接移用的設(shè)備.曾經(jīng)有人使用、、直軌器“，但很難達到規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求，且其效率極為低下，達不到'焊接生產(chǎn)"的要求。因此需要另行設(shè)計一套調(diào)直機械，它必須滿足下列條件。a.必須能進行X軸和Y軸兩個方向的調(diào)直；b。軌下部分結(jié)構(gòu)盡量縮小,以降低對軌下空間的要求；c。調(diào)直必須能滿足TB1632-91規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求；d.盡量小的結(jié)構(gòu)重量、可移動、便于安裝。工藝標(biāo)準(zhǔn)、、技術(shù)條件”要求嚴(yán)格執(zhí)行TB/T1632-91和TB2098—89技術(shù)規(guī)范，但由于現(xiàn)場焊接的特殊性尚應(yīng)有一些補充規(guī)定.①關(guān)于冷卻速度的控制。、、技術(shù)條件"所列工藝流程中的、、風(fēng)冷"“、強冷”沒有提出冷卻速度的概念、、，強冷”也未規(guī)定使用的冷卻介質(zhì)，這是不完善的。冷卻速度關(guān)系到焊接質(zhì)量，現(xiàn)場焊接與室內(nèi)焊接案件很不相同，在入8/5范圍內(nèi)，冷卻速度大于4℃/s是不允許的，在這個范圍內(nèi)、、強冷”如果采用、、澆水”則將導(dǎo)致焊縫的冷脆性傾向,這一點在地面和高架上焊接尤要引起重視.我們在上海市地鐵一號線北延伸段現(xiàn)場焊接基地焊接的標(biāo)準(zhǔn)中就規(guī)定了冷卻速度控制在2℃/s以內(nèi)，以保證焊接質(zhì)量。②關(guān)于焊縫位置。規(guī)范TB2098—89對工地焊接聯(lián)合接頭的位置規(guī)定如下：、、兩股鋼軌的焊接頭位置盡量相對;軌底及軌底角如打磨平整,與軌枕的相對距離不受限制；若留有焊瘤,則距離軌枕邊緣不得小于40mm。”而對非聯(lián)合接頭的位置，則沒有規(guī)定。上述規(guī)范還規(guī)定、、聯(lián)合接頭不論采用何種焊接方法,均需符合TB1632規(guī)定的質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)”.而TB1632對焊頭外觀檢查項目中軌底部分的要求為：上述焊接頭位置的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其核心是焊縫的打磨平整,留有焊瘤的焊縫，若位于軌枕承軌臺面上,對軌枕、對鋼軌都會產(chǎn)生應(yīng)力集中,對鋼軌、軌枕、軌下墊板造成損傷，所以長期以來,上海鐵路局對于焊縫位置，即使是工廠接觸焊也采用了''距離軌枕邊緣不得小于40mm””的規(guī)定；只是在近年來，采用了國外引進的“精磨”機床后,使焊頭打磨精度有極大提高，才不再執(zhí)行上述規(guī)定.移動式工地焊接,特別是本線焊接，焊頭在焊后處理作業(yè)時由于受軌下空間的限制,軌底打磨很難達到TB1632規(guī)范中規(guī)定的接觸焊、氣壓焊（固定）標(biāo)準(zhǔn).因此，對焊頭打磨和焊縫位置的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有合理的、新的規(guī)定。應(yīng)該提出的是如果執(zhí)行焊縫不得上承軌臺的規(guī)定，由于每次焊接時有12mm~15mm的頂鍛量，若干次焊接后，25m長的軌端自然會落在承軌臺面上，因此必須切斷，也就是說鋼軌有一定的損耗.施工工藝設(shè)計施工工藝流程，可以分成三大塊，即:軌排組裝和道床澆筑一長軌現(xiàn)場焊接一無縫線路鋪設(shè).具體內(nèi)容見圖6。除、、軌排組裝和道床澆筑“外，其余施工分成A、B、C、D四段進行（見圖7）,它的特點是。①現(xiàn)場焊接與焊后處理可平行作業(yè)，延長機械作業(yè)時間，提高作業(yè)效率。②焊后處理是在長軌條完全自由狀態(tài)下進行，作業(yè)后按施工軌溫臨時鎖定，不存在應(yīng)力不均勻現(xiàn)象（特別是正火處理后）。③交叉放散，按設(shè)計軌溫鎖定，可以使全線鋪設(shè)軌溫基本一致.同時，由于設(shè)置了C段，可以作D段拉伸時的固定段。這一點在地面線和高架線尤為重要。長軌現(xiàn)場焊接的工藝流程見圖8,按作業(yè)范圍分段，現(xiàn)場焊接在A段進行，焊后處理在B段進行，具體的作業(yè)程序見圖9和圖10。無縫線路鋪設(shè)工藝流程，按作業(yè)范圍分段，安排在C段和D段進行。C段主要進行分段線上連焊，即將每200mm一段焊成為600mm一段.D段主要進行應(yīng)力放散，按設(shè)計軌溫要求最后鎖定。而D段進行應(yīng)力放散時,C段作為固定段使用.從C段開始，即應(yīng)對扣件進行回檢整理。無縫線路鋪設(shè)的具體作業(yè)程序見圖11.技術(shù)要求無縫線路焊接和鋪設(shè)施工執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：《鋼軌焊接接頭技術(shù)條件》（TB1632—91）;《無縫線路鋪設(shè)養(yǎng)護維修方法》（TB2098-89）。并對各施工工藝補充如下技術(shù)要求。3。1焊接的工藝①采用U75V鋼軌的焊接技術(shù)參數(shù)，新設(shè)備在正式開焊前，應(yīng)通過型式試驗，以驗證焊接技術(shù)參數(shù)。開焊后按TB1632—91規(guī)定進行周期性試驗，以驗證焊接參數(shù)的穩(wěn)定。②新軌檢查驗收和調(diào)直在軌排組裝前進行，軌排組裝、運輸和就位安裝，要避免損傷和再次變形.③焊接前利用輥道支架調(diào)整待焊軌的X、Y、Z軸方向與已焊軌趨于一致；曲線焊接，待焊軌必須調(diào)整到焊接點處的切線方向，保證焊接鋼軌不產(chǎn)生上拱、下坍、扭曲和折角。④焊接后應(yīng)先予風(fēng)冷粗磨，而后允許焊接車通過。焊接車通過時，焊頭的溫度不得高于400℃。⑤焊后冷卻速度和正火后入8/5時間內(nèi)的冷卻速度要控制在20℃左右.應(yīng)遠離U75V軌出現(xiàn)馬氏體的臨界冷卻速度.⑥正火熱處理采用還原性火焰加熱，正火起始溫度不得高于400℃（軌頂面測量），終了溫度為880℃~900℃.⑦后調(diào)直時，焊頭的溫度不得低于500℃.⑧焊頭溫度在200℃及以上時，不得用澆水強制冷卻，超聲波探傷時，焊頭溫度不得大于50℃。⑨正火熱處理，后調(diào)直及焊后細磨時，應(yīng)用輥道支架將鋼軌架起，正火熱處理的焊頭前后應(yīng)用輥道支架調(diào)平。⑩焊接除瘤后，軌底底面焊瘤余量可按移動氣壓焊的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，為此焊頭應(yīng)距軌枕邊緣不小于40mm.3。2鋪設(shè)工藝①采用''分段焊接、分段鋪設(shè)、線上連焊、交叉放散的方法，即：a.焊接車在本線先焊成200mm小分段;b.每200mm分段進行焊后處理;c。線上連焊成600mm大段，并按施工軌溫鎖定;d.線上連焊成超長無縫線路后，對新焊接的600m進行應(yīng)力調(diào)整，最后按設(shè)計軌溫鎖定.②按設(shè)計中和軌溫鎖定。鎖定軌溫差，左右兩股不得超過5℃，且曲線外股不得高于內(nèi)股，同一股相鄰單元軌節(jié)（以600m計）不得大于3℃。③鋪設(shè)軌溫低于設(shè)計鎖定軌溫時，應(yīng)用拉伸器調(diào)整鋼軌應(yīng)力，調(diào)整時應(yīng)在軌條下墊入滾筒，以減少軌下阻力,同時鋪以撞軌器撞擊。鋪設(shè)軌溫高于設(shè)計鎖定軌溫時則予以臨時鎖定