論文高速鐵路無縫線路應力放散及鎖定施工技術(shù)

1、高速鐵路無縫線路應力放散及鎖定施工技術(shù) 中鐵十四局集團第五工程有限公司 于目濤 周 峰摘 要：隨著世界高速鐵路技術(shù)的日新月異，無縫線路逐漸取代有縫線路成為世界高速鐵路發(fā)展的主流，特別是京滬高速鐵路的修建，為世界高鐵的發(fā)展具有指導意義。本文根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，著重講解了新建高速鐵路無縫線路的應力放散和鎖定，為今后同類施工起到指導意義。關(guān)鍵詞：高速鐵路 無縫線路 放散 鎖定 一、前言京滬高速鐵路是世界上標準最高，技術(shù)含量最大，一次性建成里程最長的高速鐵路，北起北京南站，途徑天津、河北、山東、江蘇、安徽，終點到上海虹橋站，貫穿四個省三個直轄市，全長1318公里。施工中首先鋪設500米軌條，然后采用世界

2、上最先進的移動閃光焊技術(shù)進行現(xiàn)場焊接，全線為無縫鋼軌。為了克服鋼軌的熱脹冷縮，即：克服鋼軌在高溫時產(chǎn)生的壓應力和在低溫時產(chǎn)生的拉應力，就要掌握鋼軌在零應力時的軌溫，在鋼軌零應力時對鋼軌進行鎖定，就是鋼軌的鎖定軌溫。無縫線路應力放散與鎖定是跨區(qū)間無縫線路施工的最后關(guān)鍵工序，應力放散是否均勻、準確、徹底，直接影響到線路的穩(wěn)定性。應力放散是拆除單元軌節(jié)的扣件,解除約束,抬上滾筒,通過滾筒、拉軌器、撞軌器、小錘等工具,使積累在單元軌節(jié)內(nèi)的溫度力得到釋放,然后落槽,上好扣件達到設計的扣壓力進行鎖定,保證鋼軌在鎖定軌溫下達到零應力狀態(tài)。應力放散與線路鎖定根據(jù)現(xiàn)場的鋼軌溫度的不同有綜合放散法（也叫拉伸放散法

3、）和滾筒放散法（也叫自由放散法）兩種。線路經(jīng)應力放散和焊接鎖定后形成無縫線路。 二、施工作業(yè)準備2.1組織機構(gòu)準備成立應力放散和鎖定領(lǐng)導小組，全面負責無縫線路應力放散和鎖定工作。應力放散和鎖定工作牽扯工序多，人員多，部門多，線路長，要求嚴，是一項綜合性的工作，必須有一個統(tǒng)一的領(lǐng)導組織，各工序之間要相互配合，協(xié)調(diào)作業(yè)。鎖定焊軌、正火、粗磨、探傷、精磨、平直度檢測及放散和鎖定等工序要有機的協(xié)調(diào)好，才能確保此項工作順利優(yōu)質(zhì)快速的進行。2.2內(nèi)業(yè)技術(shù)準備根據(jù)施工要求編制可實施性的施工方案編制后,經(jīng)過相關(guān)上級部門審批后，在開工前組織技術(shù)人員認真進行學習。閱讀、審核施工圖紙,澄清有關(guān)技術(shù)問題,熟悉規(guī)范和技

4、術(shù)標準，制定施工安全保證措施，編制相應的應急預案。對施工人員進行技術(shù)交底，進行上崗前技術(shù)培訓，考核合格后持證上崗。由于放散鎖定工作受鋼軌的實際溫度限制，施工前，調(diào)查近期鋼軌軌溫，填寫鋼軌軌溫調(diào)查表，確定放散鎖定工作開始時間。2.3外業(yè)準備根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況需要配齊作業(yè)人員及施工機具，易損件配備足夠的備用件。設置足夠的技術(shù)管理人員，配備齊全的檢測工具及儀器設備。三、技術(shù)要求3.1技術(shù)管理技術(shù)主管負責技術(shù)交底書的編制、發(fā)放，對工序的實施過程進行控制檢查；根據(jù)施工進度，提報材料計劃。現(xiàn)場技術(shù)員負責拉伸量及各臨時位移觀測點位移量的計算工作，并做好放散中的檢查工作。質(zhì)檢工程師負責對整套工序監(jiān)督檢查及抽

5、查。3.2技術(shù)標準3.2.1正線軌道為一次鋪設跨區(qū)間無縫線路。確保放散前各單元軌節(jié)鋼軌的外觀完好無損沒有外傷，單元焊頭質(zhì)量合格。3.2.2鎖定軌溫：京滬高速鐵路三標段、四標段設計鎖定軌溫根據(jù)江蘇、山東兩省年最高、最低軌溫進行確定。根據(jù)設計和上海局要求明確規(guī)定京滬高鐵徐州至宿州段、徐州至棗莊段無咋軌道鎖定軌溫控制在232，戰(zhàn)場內(nèi)有咋軌道鎖定軌溫282（上海鐵路局管轄）；根據(jù)設計和濟南局要求棗莊至曲阜段鎖定軌溫控制在233（濟南鐵路局管轄）。3.2.3線路鎖定時，實際鎖定軌溫必須在設計鎖定軌溫允許范圍內(nèi)。相鄰單元軌節(jié)的鎖定軌溫差不得大于5；同一單元軌節(jié)左右股鋼軌鎖定軌溫應一致，最大溫差不得超過3；

6、同一區(qū)間內(nèi)無縫線路內(nèi)單元軌節(jié)的最高與最低鎖定軌溫之差不得大于10。如果不滿足以上任何一項，則應采取重新放散措施。3.2.4為保證軌內(nèi)應力均勻放散，避免出現(xiàn)過大的溫度力差，在同一單元軌節(jié)長度內(nèi)要同步進行鎖定。3.2.5單元軌節(jié)布置單元軌節(jié)就是在現(xiàn)場把已經(jīng)鋪好的幾根500米(有時也存在小于500米的短軌)鋼軌根據(jù)設計要求先焊接成為一個單元，放散鎖定時再把各個單元進行鎖定焊接，使全線成為無縫線路。單元軌節(jié)的布置根據(jù)線路條件、工點情況、施工工藝等因素進行設置，其長度除站場范圍外，一般按10002000m設置，最短不得小于200米。除特殊條件外，在區(qū)間內(nèi)一般按2000米作為一個單元軌節(jié)。岔區(qū)無縫線路.1

7、道岔焊接采用鋁熱焊的焊接方式，除絕緣接頭采用膠接絕緣接頭外，其余全部焊聯(lián)。無縫道岔直股與相鄰長軌條焊聯(lián)，為防止直曲基本軌和直曲尖軌出現(xiàn)位移相錯量，在岔后側(cè)股焊聯(lián)一定長度并鎖定。.2單組或相鄰多組一次鎖定的道岔（含區(qū)間線路）及其前后各一定范圍的鋼軌組成一個單元軌節(jié)。其鎖定軌溫與兩端區(qū)間無縫線路設計鎖定軌溫一致。四、施工人員分工及機械設備配備按照一個放散及鎖定班組設置，每班組需要人員如下：序號崗 位人數(shù)施工作業(yè)內(nèi)容備注1指 揮1現(xiàn)場負責2技術(shù)員2現(xiàn)場質(zhì)量控制3班組長3負責班組內(nèi)作業(yè)4扣件拆裝30扣件拆除、鎖定絕緣墊片的安裝5滾筒安裝50應力放散6位移觀測20觀測鋼軌位移7拉軌器組8拉軌器操作8撞軌

8、組24撞軌器安裝及撞軌9鋼軌焊接10鎖定焊接10安全員4防護11探傷工2鎖定焊頭探傷合計154應力放散機具配置表序號工具名稱數(shù)量備注1對講機20臺2起道機6臺 3撬棍40把4內(nèi)燃螺栓扳手14臺5丁字扳手20把6小平板車8臺7照明設備2套8活動扳手4把9鋸軌機2臺一臺備用10手錘50把據(jù)實際情況而定11照明頭燈120個夜間施工時用12滾輪400個13拉軌機2臺一臺備用14防側(cè)翻滾輪30個曲線段用15撞軌機（包）4套一套備用16電子數(shù)顯軌溫計10塊17吹風機4臺五、作業(yè)內(nèi)容單元軌節(jié)焊接完成后，進行應力放散及鎖定作業(yè)。當實測平均軌溫在設計鎖定軌溫范圍時，采用滾筒放散法（也叫自由放散法）進行應力放散；

9、當實測平均軌溫低于設計鎖定軌溫時，采用綜合放散法（拉伸）進行線路應力放散。確保線路應力放散均勻、準確、徹底。根據(jù)所處的位置不同分為區(qū)間、站場、岔區(qū)放散與鎖定。六、工藝流程（見附圖1）圖中：Tsg表示施工時測量軌溫，Ts 表示設計鎖定軌溫附圖1：應力放散及線路鎖定工藝流程圖（以四標段設計標準為例）施工準備確定放散長度測量軌溫Tsg大于Ts+2封閉線路不能進行放散施工拆除扣件墊入滾筒撞軌歸零設立臨時觀測點Tsg小于Ts-2Ts-2TsgTs+2測量軌溫綜合放散法滾筒放散法線路鎖定、合攏記錄鎖定軌溫觀測樁零點標記線路整理開通線路七、作業(yè)細則7.1滾筒放散法施工工藝（見附圖2）附圖2：滾筒放散法施工工

10、藝流程圖否確定放散長度拆卸扣件墊入滾筒測量軌溫撞擊鋼軌是否出現(xiàn)反彈鋼軌落槽,安裝扣件設位移觀測標記讀取并記錄初始位移結(jié)束在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)是 測量并記錄鎖定軌溫7.1.1測量軌溫，當施工時鋼軌的溫度在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)時，采用滾筒放散法進行施工。7.1.2確定待放散線路鋼軌的長度，保證單元軌節(jié)內(nèi)各焊接接頭合格。7.1.3以岔后第一個單元為例。在線路與道岔岔前之間留夠鋁熱焊的縫隙，一般情況下設置為2528毫米（為了保險起見，根據(jù)施工經(jīng)驗對于不能及時進行鋁熱焊施工的該處軌縫預留量盡量小于設計量）。將待放散鋼軌向前方鎖定70100米，作為受力起始段。7.1.4用內(nèi)燃扳手解除本次待放散單元軌節(jié)上剩余

11、的所有扣件，抬起鋼軌每隔1015米在軌底墊一個滾筒。7.1.5設置臨時位移觀測點，按照每100米一個點，共設置20處，每處設置一名觀測員。7.1.5在線路放散全長范圍內(nèi)每300500米左右設一處撞軌點，用撞軌器沿放散方向撞擊鋼軌，同時用手錘敲擊鋼軌軌腰，使鋼軌能夠自由伸縮，充分放散溫度應力。嚴禁敲擊軌頭及軌頂面，觀測各點的位移量變化情況，當軌端及各觀測點位移發(fā)生反彈時，則視為鋼軌達到自由伸縮狀態(tài)，此時停止撞軌，放散歸零完成；否則，應檢查滾筒有無傾斜、脫落，鋼軌有無落槽及撞擊力不夠等現(xiàn)象，如果存在則進行調(diào)整，重新撞軌。7.1.6鋼軌應力放散均勻后撤掉滾筒，使長軌平穩(wěn)地落入承軌槽內(nèi)，同時檢查橡膠墊

12、有無歪斜，及時加以糾正，同時為了鋼軌的后期精調(diào)質(zhì)量，鋼軌落槽前確保承軌臺上干凈無雜物。7.1.7放散范圍內(nèi)要迅速上齊扣件并擰緊，當單元軌節(jié)終端100150米范圍內(nèi)扣件上齊且達到設計的扣壓力時，此時視為此單元軌節(jié)已鎖定，測量并記錄安裝扣件的開始和結(jié)束時的軌溫，取其平均值作為該單元的實際鎖定軌溫。7.1.8如果因為作業(yè)空間限制，放散完成后扣件可以按照“隔二上一”的方法，后面可以及時跟進補齊所有扣件。7.1.9做好位移觀測標記，讀取并記錄初讀數(shù)7.1.10將先期鎖定的70100米鋼軌松開扣件，墊好滾輪，用手錘敲擊鋼軌軌腰，使鋼軌能夠自由伸縮，充分放散溫度應力，迅速撤除滾輪并進行鎖定。7.1.11本單

13、元放散鎖定完成后，焊軌車推進到鎖定焊接位置，待下一個待放散單元鋼軌滾筒按照1015米標準墊完后開始進行鎖定焊接。焊接完成后焊軌機后退50米進行正火、粗磨、初次探傷合格后進行下一個單元應力放散鎖定。7.1.12解除上一單元已放散線路末端2550米長度范圍內(nèi)的所有扣件。抬起待放散鋼軌，每隔1015米在軌底墊一個滾筒，開始進行本單元的放散鎖定工作。7.1.13放散方法與上述7.1.57.1.9步驟相同。7.2、綜合放散法（拉伸）施工工藝（見附圖3）7.2.1測量軌溫，當施工時鋼軌的溫度低于設計鎖定軌溫范圍時，采用綜合放散法進行施工。7.2.2解除本次待放散單元軌節(jié)所有扣件，抬起鋼軌，每隔1015米在

14、軌底墊一個滾筒，使鋼軌達到自由伸縮狀態(tài)，上一單元鎖定完成后焊軌機推進到本單元進行鎖定焊接，正火，粗磨，初探合格后焊軌機后退50米，解除上一單元已放散線路末端2550米長度范圍內(nèi)的扣件，每隔1015米墊一個滾筒后開始進行本單元放散鎖定工作。7.2.3在線路放散全長范圍內(nèi)每300500米左右設一處撞軌點，用撞軌器沿放散方向撞擊鋼軌數(shù)次，同時用手錘敲擊鋼軌軌腰，使鋼軌能夠自由伸縮，當軌端和各觀測點位移發(fā)生反彈時，則視為鋼軌達到自由伸縮狀態(tài)，此時停止撞軌，鋼軌歸零完成；否則，應檢查滾筒有無傾斜、脫落，鋼軌有無落槽及撞擊力不夠等現(xiàn)象。7.2.4確定待放散線路鋼軌的長度，并每隔100米左右設1處臨時位移觀

15、測點，在各觀測點上做出拉伸位移的零點標記。附圖3：拉伸放散法施工工藝流程圖不均勻確定放散長度放松扣件墊入滾筒、鎖定焊測量軌溫撞擊鋼軌使之達到自由狀態(tài)設拉伸位移觀測標記拉伸鋼軌讀取位移鋼軌落槽,安裝扣件設位移觀測標記讀取并記錄初始位移結(jié)束計算拉伸量同時撞軌低于設計鎖定軌溫繼續(xù)撞軌均勻 測量并記錄鎖定軌溫7.2.5測量此時軌溫，根據(jù)此時軌溫與計劃鎖定軌溫之差計算拉伸量、鋸軌量：7.2.5.1、按下式計算鋼軌拉伸量L=L（Tjh-Tsg)式中：L單元軌節(jié)拉伸量（mm）。 鋼軌的線膨脹系數(shù)，取=0.0118/L放散長度 (m) ， 為放散單元軌節(jié)與已鎖無縫線路末端所拆扣件長度之和。Tjh計劃鎖定軌溫

16、（）。Tsg施工時所測單元軌節(jié)的平均軌溫 ()。7.2.5.2鋸軌量L=L+LyLf式中：Lf長軌處于自由狀態(tài)時，長軌末端與下一個單元軌節(jié)始端的距離( mm)。Ly預留軌縫（一般取68mm）。L：如計算出為正值則需鋸軌，如計算出為負值則不需鋸軌。舉例：某待放散單元長2000m，設計鎖定軌溫Tjh =23，現(xiàn)場撞軌歸零后實測平均軌溫Tsg= 18.5,現(xiàn)場量測Lf=140mm總拉伸量L=L（Tjh-Tsg)=106mm 預留軌縫Ly =6mmL=L+LyLf=-28mm 不用鋸軌，直接拉伸根據(jù)總拉伸量計算出各個臨時位移觀測點1#19#點的拉伸位移量進行觀測鋼軌的位移量，及時排除影響放散的障礙，確

17、保應力放散均勻、徹底。7.2.6安裝拉軌器。將待放散前一個單元從相鄰端100米扣件上緊，拉軌器安裝在待放散長鋼軌自由端和前一個單元的鋼軌始端部，根據(jù)計算的總拉伸量確定各個臨時位移觀測點的拉伸量并做好標記，按計算的拉伸量L拉伸鋼軌，在拉伸過程中采用撞軌器、手錘配合，待觀測點達到設計的拉伸量后從1號點到20號點依次進行拆除滾筒上緊扣件進行鎖定。7.2.7在拉軌器保壓狀態(tài)下撤除撞軌器及滾筒，使長軌平穩(wěn)地落入承軌槽內(nèi)，安裝扣件，鎖定線路。同時檢查橡膠墊，有錯位者糾正，同時確保承軌臺上無雜物。7.2.8單元軌節(jié)末端75m100m范圍內(nèi)要迅速上齊扣件并擰緊，此時視為單元軌節(jié)已鎖定，測量并記錄75m100m

18、范圍內(nèi)扣件的開始和結(jié)束時的軌溫，取其平均值作為該單元的實際鎖定軌溫。其余地段扣配件由隔二上一緊扣件，直至補齊上緊。注意：在鎖定作業(yè)完成之前不得因拉軌器的失壓而使軌端出現(xiàn)位移。7.2.9撤除拉伸器，根據(jù)拉伸的實際長度和拉伸時的軌溫，換算出本根鋼軌的實際鎖定軌溫值，填入記錄表。7.2.10當扣件“隔二上一”上完后，進行另一股鋼軌的放散作業(yè)，待本單元軌節(jié)兩根鋼軌全部鎖定完后，補齊所有扣件。7.2.11做好位移觀測標記，讀取并記錄初讀數(shù)。7.2.1焊軌車推進待下一單元滾筒墊好后進行焊軌作業(yè)，探傷合格后進行下個單元的放散和鎖定。拉伸器拉軌圖片 曲線路段防鋼軌側(cè)翻裝置 內(nèi)燃扳手上緊扣件 夜間進行鋼軌鎖定焊

19、接臨時位移觀測點 電子數(shù)顯軌溫計測量軌溫撞軌器撞軌 安裝滾筒附：應力放散與鎖定施工順序圖待鎖定長軌2待鎖定單元長軌1已鎖定的單元長軌第二步：根據(jù)實測軌溫，計算拉伸量，安裝拉伸機拉長待鎖定長軌1待鎖定長軌2待鎖定長軌1已鎖定的長軌扣件系統(tǒng)全部松開第一步：用移動焊機焊接鋼軌接頭扣件系統(tǒng)全部鎖緊焊機退出75m，松開扣件扣件系統(tǒng)全部鎖緊待鎖定長軌2待鎖定長軌1已鎖定的長軌扣件系統(tǒng)全部鎖緊扣件系統(tǒng)全部鎖緊第三步：將待焊長軌1的扣件全部鎖緊，并撤除拉伸機，即完成待鎖定長軌1的鎖定。已鎖定的長軌1待鎖定長軌2已鎖定的長軌第四步：用移動焊機焊接鋼軌接頭，進入下一處無縫線路鎖定施工扣件系統(tǒng)全部鎖緊扣件系統(tǒng)全部鎖

20、緊八、道岔焊接及鎖定8.1按照設計要求，道岔內(nèi)部及岔前、岔后采用鋁熱焊焊接方式。8.2道岔應力放散及鎖定必須在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)進行。8.3道岔采用滾筒放散法施工。敲擊軌腰時使用銅錘，避免傷害道岔母材。8.4道岔放散鎖定時，必須將岔間渡線同時放散鎖定。由于道岔不宜直接承受拉力，無特殊情況下一般采用滾筒放散法進行放散鎖定，不宜采用拉伸放散法。8.5施工工藝與上述相同。九、技術(shù)保證措施及注意事項9.1進行線路應力放散鎖定前，軌道標高、軌向、高低、水平等幾何參數(shù)基本達到設計標準，按設計要求設置好位移觀測樁。9.2施工軌溫應在設計鎖定軌溫范圍以內(nèi)或以下時施工，施工前應掌握當?shù)剀墱刈兓闆r，根據(jù)軌溫變化

21、規(guī)律，合理選定施工時間。9.3測量軌溫要有專人負責。測量軌溫的方法為在單元軌節(jié)的兩端分別設一個測點、中間每隔500設一個測點，同時進行測量，取其平均值，根據(jù)施工經(jīng)驗軌溫表要放置軌腰背光處。9.4線路應力放散鎖定前，應按設計要求埋設位移觀測樁。位移觀測樁應設置齊全、牢固可靠、易于觀察和不易損壞。線路鎖定后，應立即在鋼軌上設置縱向位移觀測的“零點”標記，按規(guī)定開始觀測并記錄鋼軌位移情況。9.5無縫線路鎖定軌溫必須準確，并在設計鎖定軌溫范圍內(nèi)。同時應滿足前后單元軌節(jié)及左右股鋼軌鎖定軌溫的有關(guān)要求。9.6放散單元軌節(jié)長度宜為10002000米，最短不得小于200米。9.7上扣件人員必須步調(diào)一致、緊張有序，在短時間內(nèi)迅速上完扣件。9.8左右股單元軌節(jié)接頭相錯量不宜超過100mm，鋪軌的過程中就要控制鋼軌接頭的相錯量，若左右股接頭的相錯量超過100mm時應及時鋸軌。9.9京滬高鐵彈條的扭力矩設計是250N.M，扣件安裝應正確，無缺少、無損壞，無污染、無空吊，扭力矩達到設計標準（10%），彈條中部前端下頦與軌距塊凸臺間隙0.1mm9.10采用滾筒放散法放散時，為了徹底消除鋪軌過程中鋼軌碎彎，使線形更平順，在不超過設計鎖定軌溫上限的前提下適當?shù)挠美炱鲗︿撥夁M行拉伸，一般