高速铁路低温下无缝线路焊轨、放散锁定施工工艺探讨

张克林

（中铁三局集团公司线桥工程分公司，河北 三河 065201）

1 前言

高速铁路无砟轨道铺设、焊接、放散锁定施工，在高速铁路中盛行并发展至今，已经形成了成熟的施工技术，但低温下的无砟轨道焊接、放散锁定施工技术处在初步实践和摸索阶段，采用常规的钢轨焊接、放散锁定施工技术，在轨温低于5℃时，施工工地将不宜进行钢轨焊接、放散锁定。

2 施工工艺

2.1 低温下工地单元轨焊接

2.1.1 焊前准备

（1）施工前对焊轨机进行低温下焊轨参数试验，对焊接的钢轨进行型式试验及生产检验，确保现场焊轨探伤合格及生产检验的钢轨焊接接头落锤试验合格。

（2）线路铺轨完成，焊接设备、放散锁定设备进入施工现场，对现场施工人员进行施工技术交底。

（3）对要安装到保温棚内的火炉及电热扇、电热石棉网、大功率拉伸器进行检查，确保设备状态良好。

（4）焊轨列车进入施工现场，将待焊长钢轨扣件松开，按10 m间隔在轨下设置滚筒，确保焊接顶端时无阻碍。做好焊轨前的准备工作。

2.1.2 移动保温棚安装

根据施工现场实际情况，采用钢筋支架、厚棉被服做成的长5 m、宽3.5 m、高2.9 m的移动保温棚，使用喷灯作为钢轨接头加热的设备，使用火盆及电热扇保持温度，采用电热石棉网作为焊接后钢轨接头的保温罩。按照安装指导书，依次安装钢筋支架—厚棉被服—钢轨接头加热设备—棚内保温设施—钢轨保温罩。

2.1.3 接头除锈

采用手砂轮机打磨轨缝两侧的轨腰及轨端面，进行焊轨接头处除锈。焊机进行焊缝找位，用垫轨底方法使轨缝处形成规定的折线并对正轨端。

2.1.4 焊前钢轨加热

将移动保温棚移动至将要焊接的钢轨接头及焊机附近，并在钢轨周围放置火盆及电热扇，以提高棚内温度，使用喷灯对钢轨接头进行加热。

2.1.5 夹轨对正

通过夹紧钢夹对两个待焊钢轨接头的水平和垂直方向进行调整，并调整垂向尖峰和工作边，夹紧力作用在钢轨中轴线上。

2.1.6 参数确定，自动焊接

（1）严格按焊轨机安全操作规程进行焊轨作业。待焊钢轨进入焊机后，对中时，首先要保证钢轨顶面和工作面平顺。对中后，作用面错位偏差不大于0.5 mm，非作用面错位偏差不大于1 mm，焊缝中心不偏离焊机钳口中心。

（2）焊机监控人员应认真观察焊接记录，分析每个焊接接头曲线，与型式试验通过时的焊接曲线仔细对比，发现异常，及时汇报给有关部门，不得擅自变更焊机的技术参数。

注：进行此项工作前检查钢轨轨温，并对焊轨机顶锻油路进行检查，确保设备润滑及刚性无影响。

2.1.7 焊轨后保温

焊接结束后，立即将已加热的电热石棉网覆盖在钢轨焊接接头上，并保持通电，使用点温计测量轨温，待钢轨轨温低于50℃后撤除。

注：低温下钢轨焊接保温措施是关键，在施工时以钢轨焊接质量为前提进行保温工作。

2.1.8 焊后准备

焊接结束后，立即将保温棚安装在焊接位置，并将已加热的电热石棉网覆盖在钢轨焊接接头上，并保持通电，使用点温计测量轨温，待钢轨轨温低于50℃后撤除。

2.1.9 焊后粗磨

利用钢轨角磨机对焊接接头的轨顶面、侧面、轨底角表面进行粗打磨，打磨时不宜横向打磨焊缝。

2.1.10 正火

待撤出电热石棉网后，检查钢轨焊接头无焊接损伤后对钢轨焊接接头进行正火，按正火程序严格操作，采用小型正火设备对焊缝进行正火处理。正火使用火焰加热器对接头进行加热。正火过程中应控制好氧气、乙炔流量以及摇火摆动频率。加热起始阶段，轨头表面中心线温度应在400℃以下，加热后轨底表面中心线温度应为850℃左右。正火结束后，用光电测温仪测量并记录好温度，用波磨尺测量轨顶面和内侧工作面的平直度是否满足规范要求。

2.1.11 正火后保温

正火结束后，立即将已加热的电热石棉网覆盖在钢轨焊接接头上并保持通电，使用点温计测量轨温，待钢轨轨温达到50℃左右时撤除，最后探伤焊接钢轨接头。

2.1.12 校直

采用移动式四向矫直机对焊缝进行4个方向的校直，使焊缝在轨顶面和工作面的平顺度均满足要求。

2.1.13 焊后精磨采用仿形打磨机对焊缝两侧各450 mm范围内的轨顶面、轨头内侧工作边进行精打磨，精磨之前接头温度应低于50℃。精磨后接头表面的不平整度应满足焊缝中心线两侧各100 mm范围内，不大于0.2 mm。轨顶面及轨头内侧工作边母材打磨深度不应超过0.5 mm。

2.1.14 探伤

每个钢轨焊接接头均应进行超声波探伤检查，探伤时接头的温度不应高于40℃。焊接接头中，发现缺陷当量大于探伤灵敏度规定值时，应判定为不合格，经探伤检查不合格者必须锯切重焊，保证焊头合格率为100%。

2.1.15 钢轨焊缝外观检验

用1 m直靠尺和塞尺对经探伤合格的焊头踏面、工作边及轨底进行检查，平直度必须符合要求。不符合要求的需进行修磨或锯掉重焊。

2.2 低温下单元轨节放散锁定

一个单元轨节内所有焊接接头焊接完成并探伤合格后，开始进行长钢轨单元轨节的放散锁定施工，低温下放散锁定施工只采取拉伸放散法。

2.2.1 设置位移观测桩

位移观测桩是无缝线路养护的重要标志，位移观测桩应满足牢固、耐久、可靠、易于观测和不易被破坏的要求。

（1）布置原则。位移观测桩按锁定单元轨节设置，道岔区按道岔单元轨节设置，无缝线路按锁定单元轨节500 m等距离设置位移观测桩；当单元轨节长度不足500 m整倍数时，可适当调整桩间距离。每组道岔应设置5对位移观测桩，即岔前、岔后、限位器、距离道岔前后各50 m处各设1对位移观测桩。

长度大于3 km的隧道口，长度大于500 m的桥梁两端，单跨跨度大于100 m的连续梁、连续刚构、提篮拱或系杆拱两端，钢轨伸缩器基本轨接头和距离基本轨接头100～150 m处应增设位移观测桩。

（2）设置时间。位移观测桩设置时间必须与无缝线路（含无缝道岔）锁定同步，在施工时准备足够的人力、仪器和工具材料，确保无缝线路初始锁定位置被准确标志。

（3）位移观测桩安装。观测桩采用上下行各埋设直径10 mm的膨胀套管上，用不锈钢螺丝固定（在螺丝顶面预先先刻划“+”）。具体埋设位置为：在凸台上埋设十字测量标志，用直径10 mm不锈钢圆柱制作，采用植筋胶埋入凸台中,有砟轨道地段设在电气化立柱基础面上，其埋设顶面平齐混凝土面；同时在同一垂直面的钢轨轨腰处贴上观测标尺（红杆标示一端贴上来车方向），标尺的“0”刻度与标示点对齐，由专职人员采用准直仪进行观测。

正线每股道的左右两股钢轨均设置标尺，且保持与准直仪通视。岔前、岔后每根钢轨均设置标尺，限位器处在直基本轨和直尖轨上设置标尺。标尺中间设零点，标尺采用铝合金材料制成，表面涂反光油漆，尺寸为20×100 mm，厚度为0.5 mm，最小刻度为1 mm。

（4）位移观测桩埋设要求。在单元轨节的末端设临时位移观测零点，以观测钢轨末端位移回弹量，在放散下一根单元轨节时，此点必须归零。设置正式位移观测桩零点标记。在位移观测桩与轨头外端相对应处，做出清晰的、规范的标记，对现场位移观测桩编号并注标识。

位移观测桩按施工图设置。单元轨节起终点的位移观测桩宜与单元轨节焊接焊头对应，纵向相错量不得大于30 m。位移观测桩应与电务设备错开。

位移观测桩可利用线路两侧的接触网基础、线路基桩或其他，固定在建筑物上。

成对的位移观测桩应垂直于线路方向，在线路两侧对称布置，位移观测桩必须在无缝线路锁定前完成设置，并在现场进行编号，编号应标记清晰、耐久。

2.2.2 拆卸扣件

按施工进度，施工人员及机具进入施工现场，拆除已铺设单元轨节扣件，将锁紧弹条取下（锁定时安装弹条绝缘弹垫）。

2.2.3 支垫滚轮

用起道机打起钢轨或撬棍翘起钢轨，每隔15～16个枕木空垫放一个滚筒（垫放于枕木空中间），保证钢轨目视平顺，可以自由伸缩。检查轨下橡胶垫板有无破损及其上有无石屑。有破损及时更换，有杂物及时清理，确保锁定后轨道的质量。

2.2.4 做位移标记

在单元轨节两端及中间每隔100 m左右做一个钢轨位移观测标记，观测钢轨在应力放散过程中相对于标记的移动量。观测点可设在轨底上表面或轨腰上。

2.2.5 撞轨、应力放散

采用拉伸器结合撞轨器进行应力放散锁定施工，先对单元轨节进行零应力放散，确保计算拉伸量时钢轨处于零应力状态。

零应力放散法：在单元轨节末端安放装轨器，单元轨节上每500 m加密装轨器，施工观测人员每100 m做好观测标记，撞轨组按统一命令一起撞轨，当所有观测人员报告负责人钢轨出现反弹迹象时，应停止撞轨，此时钢轨达到零应力状态。

2.2.6 计算拉伸量

拉伸机结合撞轨器拉伸钢轨使钢轨锁定达到设计锁定轨温。

放散量计算：按下列公式计算：

式中：ΔL：放散量，mm；

α：钢轨钢的线膨胀系数，α=11.8×10-6/℃；

L轨：单元轨节长度，mm；

T锁：实际锁定轨温；

T0：铺设时的平均轨温。

按计算的拉伸量拉伸钢轨，每100m观测人员按100 m、200 m、300 m……拉伸量观测放散结果，撞轨器配合撞轨时每个观测点拉伸结果与计算拉伸量相符合，确保放散锁定质量。

2.2.7 拉伸钢轨（撞轨配合）多点观测确保放散均匀

用撞轨器撞击钢轨，同时观测各点的位移量变化情况。当钢轨位移发生反弹且各点位移变化时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时，可停止撞轨。

2.2.8 单元轨节锁定

长钢轨拉伸到位，各观测点拉伸量与计算拉伸量相符后保持拉伸器压力及拉伸钢轨的拉伸量，迅速锁定钢轨扣件，每100 m一组锁定人员，待锁定完成后撤除拉伸器，检查锁定的拉伸量及各观测点位移量，若无变化或变化量小（1～2 mm内），则锁定线路成功，质量合格。

2.2.9 设置位移观测标记

位移观测桩的编号按里程增加顺序编号，左右股均以里程增加方向分别编号。编号标准为：

如ct下-12-1左，表示昌图西站至铁岭西站下行12单元左第1个观测标尺。

观测桩编号标注在标尺前方轨腰上（内侧），采用红底白字，边高80 mm，字体宽42 mm，字高60 mm，字间距5 mm。全部采用反光材料制作和油刷。

3 结束语

本工艺采用自主研制的低温钢轨焊接、放散锁定工艺进行施工，突破传统工艺的局限，减少了冬季铺轨工程停工、窝工造成机械、人员的损失，有效地降低工程成本。经过施工中的成功实践，取得了良好的效果，达到国内先进水平。为今后低温钢轨焊接、放散锁定施工积累了经验，在施工中具备推广应用价值。