《铁道工程技术》PPT课件.ppt

高速铁路无缝线路施工 高速铁路无缝线路施工 v概述 v施工 概述 v无缝线路是将标准钢轨焊接而成的长钢轨线 路，又称为焊接长钢轨线路（英文简称CWR Track） l按钢轨内部温度应力的处理方式分类 温度应力式 定期放散应力式 自动放散应力式 l按钢轨长度分类 l优点： 运行平稳 延长部件使用寿命 减少维修费用 l缺点： 钢轨承受温度变化造成的巨大温度力，导致夏季胀轨、冬天断轨 钢轨较长，需要特殊考虑运输、装卸、铺设方法与机具等 焊接质量对线路影响大 普通无缝线路：长度一般为10002000m 区间无缝线路：长度小于区间长度 跨区间无缝线路：长度大于区间长度并焊接无缝道岔 l基本理论 一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化 t时，其伸缩量为 lalt 如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生 温度应力。根据虎克定律，温度应力t为： tEtE( ll) E alt l Eat 一根钢轨所受的温度力Pt为： PttF2.5tF l线路纵向阻力 纵向阻力是指阻止钢轨及轨道框架纵向伸缩的阻力。包括扣件 阻力和道床纵向阻力。 扣件阻力 各种中间扣件及防爬设备阻止钢轨相对于轨枕纵向位移的阻力 扣件阻力必须大于道床纵向阻力， 否则，钢轨将沿轨枕移动， 这是设计无缝线路必须考虑的 一个基本要求。 道床纵向阻力 道床抵抗轨道框架沿线路方向纵向位移的力称为道床阻力。 特点： 大小同线路状况有直接关系 随着轨枕位移的增加而增长，但当位移达到一定值时，阻力 就不再增加。 只有当扣件阻力大于道床纵向阻力时，钢轨才能带动轨枕作 纵向位移而产生道床纵向阻力。 道床纵向阻力的作用顺序是轨端向无缝线路的中部渐次延伸 ，到最高、最低轨温，直到最大温度力为止。 钢轨伸缩调节器EJ（Expanson Joint） 主要用于无缝线路所跨越的长大连续梁桥上、以及道岔附 近。 目前在无缝线路采用的EJ包括单向和双向两种。 当在跨超过120m的连续梁上铺设无缝线路时，由于梁、 轨的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵 向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应 力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨 道的安全性、稳定性，危及行车安全。 解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。 钢轨伸缩调节器平面线型采用的是缓和曲线型。缓和曲 线在用于高速铁路时是非常必要的，它可以降低车轮对纵坡的 冲击，减小轨道的几何不平顺。 钢轨伸缩调节器 橡胶垫板 提高垫板 轨撑导向轨撑 法国和德国高速铁路采用感应式或音频式无绝缘轨道电路，站线的钢轨 绝缘接头采用高强度、高韧性胶接绝缘接头，因而较为广泛地采用超长无缝 线路。但在大桥上铺设无缝线路仍然设置伸缩调节器，例如：法国高速铁路 巴黎一里昂段，从圣弗洛朗丹至里昂就有为较多的预应力混凝土连续梁桥无 缝线路设置伸缩调节器。德国高速铁路的汉诺威一维尔期线伊茨赫希海姆桥 、格明登桥、罗姆巴赫跨谷桥设有传力装置或徐变连接器，铺设无缝线路仍 采用伸缩调节器。 无缝线路设置伸缩调节器的投资费用较高，且在伸缩调 节器范围内轨道平顺性不及超长无缝线路。我国高速铁路无缝 线路结构以超长无缝线路作为主要结构型式，但在长大桥上铺设无缝线 路，为减少桥梁和轨道所受纵向力，宜设置伸缩调节器。 因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在12km以内的无缝线路。 使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的12km延长至两个相邻车站站 端道岔之间长度的无缝线路。 使用无缝道系将焊接长钢轨穿越车站道系，从而使一条焊接长钢轨 将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。 概念区分 超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称 超长无缝线路 普通无缝线路 区间无缝线路 跨区间无缝线路 高速、重载是铁路现代化的重要标志，超长无缝线路的发展则是 现代化铁路强化轨道结构的客观需要。 采用强度高、绝缘性能好、使用寿命长的胶接绝缘接头和道岔的 无缝化是发展超长无缝线路必须掌握的关键技术。 优越性 1、彻底地实现了线路的无缝化，全面地提高了线路的平顺性和整体强度 。 无缝道岔指的是道岔自身钢轨接头的焊接、胶接或冻结，以及 道岔两端钢轨与连接轨的焊联。无缝道岔钢轨在温度力作用下力的 传递与分布规律，是无缝道岔设计的理论基础。 2超长无缝线路取消了缓冲区及钢轨接头，因而钢轨部件的损耗率和 维修工作量得以进一步减少。 3超长无缝线路没有伸缩区，伸缩区因过量伸缩而不能复位时产生的 温度力峰，都随之消失，有利于轨道的稳定和维修管理。 5无缝道岔为道岔实现上部准、下部稳的整体稳固状态打下了基础 。 时速120km以上的区段铺设了12号提速道岔； 时速160km以上、200km及以下的区段铺设了12号或18号可 动心轨道岔。 岔枕以混凝土岔枕、弹条扣件为主； 尖轨在弹性可弯中心之前设限位器，之后设分布的间隔铁； 可动心轨辙叉采用了长翼轨；固定型辙叉前后趾4个接头采用 了高强度冻结接头； 锁闭方式改用了利于调整错位的外锁闭。 6超长无缝线路及无缝道岔的绝缘接头一律采用胶接绝缘接头。 冻结接头和胶结绝缘接头 1、冻结接头 利用钢轨轨腔上下颚两个张口斜面，将夹板上下面也加 工成同样斜度的斜面，然后使用10.9级高强度专用大六角螺 栓，利用1.31.4kNm紧固扭矩，产生较大的接头阻力， 实现钢轨接头的有效冻结。 冻结接头夹板采用B7钢制作，在工厂专用模具内将钢 轨胶结绝缘材料和夹板胶结在一起，到现场组装使用，减少 了养护维修成本和养护维修工作量。 经测试，最大接头阻力为1300 kN，远远超过一般钢轨 接头阻力600 kN，冻结效果良好。 2、胶接绝缘接头 无缝线路的有绝缘轨道电路和无缝道岔的绝缘接头必须采用 胶接绝缘接头。 这类接头分为胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板。 胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板均采用特制夹板和绝缘胶板 由工厂按各自的工艺制成。 胶接绝缘钢轨与长轨条和无缝道岔钢轨的联接采用焊接。 钢轨胶接绝缘材 料以热胶为主，大多 数采取工厂生产。胶 接绝缘接头由以下部 件组成：钢轨、全断 面夹板、绝缘胶板、 绝缘套管、绝缘端板 、高强度螺栓、平垫 圈，经加温、加压固 化而成。 控制温度是保证胶接质量的关键。 许昌胶接轨厂自行研制了用远红外线加热板的加温箱， 箱温通过控制箱调节，轨温的升降通过热敏温度计监测，效 果良好。它有以下优点： 1能对加温温度实行有效控制，根据气温变化，可调整 加温温度，一次加温不到位可再次加温。 2钢轨、夹板可同时在加温箱内加温，两者温度一致， 可保证胶接质量。 3在胶接时，可以从容地进行胶接部件的组装，不必担 心温度下降而紧张操作。一旦胶接温度低于规定值，可在组 装后再度升温，以确保胶接质量。 4工艺简单，操作容易，可降低成本。 、钢轨 通常使用2根各长3.25m全长淬火轨，硬度达到320 340HB，为防止钢轨胶接绝缘接头运营时产生轨顶肥边，胶 接端的轨顶必须按2x45倒棱，钢轨外观平直，用1m直尺检 查，轨顶不平顺不超过0十0.2mm，轨头侧面不平顺不超 过0.2mm。 2胶层 钢轨胶接绝缘材料拟采用热胶槽板，在工厂制成成品， 要求槽板截面尺寸如图所示 ： 3全断面夹板的设计需考虑以下要求： ()按照胶层固化后的厚度，预留夹板与钢轨之间的间隙； (2)增大夹板竖向刚度，以减小列车荷载作用下胶接绝缘接头的挠 度； (3)几何尺寸尽可能对称，便于轧制加工和热处理； (4)按照轨道电路的要求，全断面夹板外形设计还应给扣件安装留 有必要的空间 4紧固件 选用小扭矩系数的高强度螺栓，当螺栓公称直径 、螺栓扭力矩M一定，螺栓张力与扭矩系数成反 比： 选用小扭矩系数高强度螺栓可提高螺栓张力，使胶 接钢轨绝缘接头获得良好紧固效果。 、技术性能 近几年来，我国在吸收美国3M公司和Allegheny 公司钢轨胶接绝缘接头技术的基础上，在生产工艺上 作了改进，从而使我国钢轨胶接绝缘接头整体剪切和 疲劳寿命的检验值达到了国际先进水平。目前我国在 干线上铺设的钢轨胶接绝缘接头数量已超过15万个 。有的区段累积通过总重超过400Mt，未发生破损和 绝缘失效。今后在高速铁路上的应用能够满足使用要 求。 二、纵向力的测定 纵向力检测的方法，大致可分为两类，一类是应变法 ，一类是应力法。 应变法 、观测桩法 观测桩法是应变法的一种，是在长轨条铺设之前，先 期按长轨条设计位置，即普通无缝两端、伸缩区终点、长 轨条中点及距伸缩区终点100m处的路肩上埋设57对位 移观测值，使用光学准直仪和对中器来进行观测 在跨区间无缝线路上，单元长钢轨位移观测桩的设置 如图所示。 当长轨条铺设锁定之后，立即在与观测桩相对应的 钢轨上做好标记，作为观测钢轨爬行的观测点。 、 测标法 测标法是标定轨长法的演进，它克服了钢轨 与普通钢尺的线胀缩系数差异、测尺的差和其它 人为误差等缺点。 在焊轨厂的配轨车间，对处于自由状态的 25m标准轨设标距为24m，测标是打在轨头非工 作边侧面，直径不大于0.5mm的冲眼，然后将设 标轨焊于长轨条中，每250m设测标一组。现场 铺设后，仍用原设标钢尺或经检验的钢尺，检测 施工锁定轨温。当轨温变化到T时，测定24m的 尺长与钢轨标距之差，可视作钢轨未实现的伸长 量，同理可计算得锁定轨温。 应力法 钢轨锁定轨温是零应力轨温，那末通过检测钢 轨中的温度应力即可监控锁定轨温的情况。 目前，如何能直接准确测量钢轨温度应力，仍 然是个技术难题，各种直接检测温度力的仪器设备 ，至今仍很少能达到实用水平。因此，应力法检测 锁定轨温，尚未进入阶段。 跨区间无缝线路纵向力（温度力）的调整 超长无缝线路因取消了缓冲区，因而应力放散时，不可 能通过更换不同长度的缓冲轨来补偿无缝线路的放散量， 只能锯切钢轨，预留“开口量”，采用液压钢轨拉伸器张拉 钢轨和撞轨实现应力放散。 为达到放散均匀、彻底，要求张拉钢轨时，必须将长 轨条搁置在滚筒上，并每隔100m设置钢轨纵向位移观测标 记，测量放散量。当液压拉伸器张拉钢轨达到计划放散量 时，立即拆除滚筒，拧紧扣件。与此同时，在钢轨锯切处 用铝热焊焊联钢轨，因而锯切钢轨还应考虑铝热焊的预留 焊缝。 施工 无缝线路施工是多种设备和多工种联合作业的 系统工程。无缝线路铺设施工技术涉及到新 设备新技术、新工艺、新材料等多个领域。 我国采用的是结合大修的时候进行。 步骤： 、先将m或m的长轨条由运轨小车运到线路两 边。 、长轨条在现场实地焊接成需要的有限长的长轨条。 、焊好长轨条后，封锁线路（开天窗），用换轨车来完成旧钢 轨的转移和新轨条的搬入。 、锁定。 移动式气 压焊、铝 热焊 一、普通无缝线路的铺设一、普通无缝线路的铺设 长轨条的焊接 二、跨区间无缝线路的铺设二、跨区间无缝线路的铺设 连连入铺设铺设 法 铺设铺设 作业轨业轨 温与设计锁设计锁 定轨轨温范围围相符合时时，所采用的 铺设铺设 方法。 跨区间间或区间间无缝线缝线 路采用连连入铺设铺设 法时时，本次正要铺铺 设设的单单元长钢轨长钢轨 的锁锁定和上次已铺设铺设 的单单元长钢轨长钢轨 的 焊连焊连 同时时完成，因此又叫“一步法”。 插入铺设铺设 法 在任意轨轨温下施工。本次铺设铺设 的单单元长钢轨长钢轨 的锁锁定与上次已铺铺 单单元长钢轨长钢轨 的焊连焊连 分别进别进 行，因此又叫“两步法” 每个作业时间内完成铺设的长钢轨的的长度单元长钢轨 连连入铺设铺设 法 施工质量：温度力分布均匀。 施工天窗：时间较长时间较长 。 施工季节性：适宜春、秋季，轨轨温状态稳态稳 定，容易获获 得 适宜的施工天窗。 插入铺设铺设 法 施工质量：温度力分布不均。 施工天窗：总时间总时间 加长长，行车车也大为为干扰扰。 施工季节性：夏、冬两季。 连入法和插入法的比较连入法和插入法的比较 长钢轨焊接工艺长钢轨焊接工艺 移动式气压焊移动式气压焊电接触焊电接触焊 铝热焊铝热焊 质量好，现场焊质量好，现场焊 质量好，厂焊质量好，厂焊 质量差，现场联质量差，现场联 合接头、原位焊复法合接头、原位焊复法 专用设备：压机、加热器、 直轨机。 通用设备：氧化瓶、乙炔、 液化石油器瓶、减压器。 冷却设备：冷却水泵、液 压设备、油泵。 气压焊接缺陷的原因及防治 钢轨的焊接，有时会产生外形或内在的缺陷。 一、外形缺陷 外形缺陷主要有：前后不直，如硬弯、 错牙、扭曲等；打磨不平，如不圆顺、打磨过量、打磨欠量 等。 外形缺陷产生的原因有二： (1)挑选钢轨不严，使对接钢轨断面的尺寸误差大于 规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，对接时形成较大 偏差。 (2)对锉头、打磨、调直的工艺掌握不严，没有达到 规定标准。 二、内在缺陷 内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。 1光 斑 光斑属未焊透现象，它是常见的一种缺陷。光斑处手感光滑，呈银灰 色，焊道出现光斑的钢轨抗冲击性能显著下降。另一种光斑呈半焊接状， 其断面呈灰色，手感不光滑，且有一定强度。产生光斑的原因如下： (1)钢轨端面处理不洁，或受油、烟、水、尘、锈污染； (2)顶锻力不足或过大，顶锻与加热温度配合不当等； (3)加热器火孔不标准或摆动偏移，以致加热不均匀； (4)火焰使用不当，有烟或氧化火焰； (5)火孔受堵，气流不正常或不稳定，或气体中含有杂质； (6)对接的钢轨材质不同。 2过 烧 过烧多出现在轨底两脚，严重者可烧穿。其外形呈裂 缝或蜂窝状，重者可目视分辨，轻者用放大镜观察。轨脚处产 生缺陷，将使钢轨强度显著降低。 其成因如下： (1)加热器局部火孔扩大，超出标准； (2)加热器安装不正，加热时间过长； (3)火焰气流调节不当，形成气化性火焰或气体压力过 大。 3轨底脚凹陷 轨底凹陷既影响外观又影响强度。产生的原 因如下： (1)加热时间过长； (2)加热器位置不正，或火孔不正常； (3)对接时钢轨不平直，原钢轨有低头未经调直。 4其他缺陷 如热裂、气孔、切亏、横纹、焊道晶粒粗大等。产生原因如 下： (1)工艺不严格，打磨操作不当等； (2)加热温度高、时间长，加热器位置不正，或火孔不正常； (3)正火工艺掌握不严，如时间不正常、正火温度过高或未达变态温度就 进行了正火等 接触焊接缺陷形成的原因 一、几何形状不良 机械磨损、安装不正、支承轨不平、焊机刚度不足因 顶锻而变形、顶锻力不在同一轴线上、导轨松弛等，均有导 致接头几何形状不良的可能。 二、未焊透 1钢轨预热温度不够； 2连续闪光过程不稳定； 3顶锻速度过低或顶锻时断电过早； 4顶锻力不足或顶锻时钢轨在钳口内有滑动 5变压器的级数过高。 三、夹 渣 闪光过程不稳定、烧化不够、顶锻力不足或速度过低，均 有导致焊缝夹渣的可能。 四、过烧或局部烧伤 加热过量、焊接时间过长、有电流顶锻时间太长，均能导致 过烧。 局部烧伤多发生在钢轨与电极接触的部位，尤其轨底容易 烧伤。形成的原因是：电极清扫不彻底、有残渣残留、电极磨损不 均匀、钢轨打磨不平、夹紧力不足等，导致接触不良，接触电阻增 大，以致局部烧伤。 五、无光泽斑点 无光泽斑点是常见缺陷，它严重影响焊接强度。在焊接 过程中，顶锻力过小、闪光过程中产生的火坑不能封闭、连 续闪光过程不正常、空气侵入而氧化或火口过大引起氧化等 ，都能导致这类缺陷的形成。 六、疏松 疏松一般发生在焊缝两边12mm的半熔化区。钢轨加热过 量、焊接时间过长、高温加热区过宽等。 铝热焊连入焊接（只有移动式气压焊的70%热量） 采用铝热焊连入焊接，也要区分三种不同的施工过程中的轨 温情况。 a施工过程中轨温比较稳定 预留轨缝宁小勿大。新钢轨拨入后，先锁定轨端25m，然 后将轨端多余的长度锯掉，准备焊接。 b在升温情况下进行连入焊接 施工过程中，轨温处于上升阶段，此时预留轨缝值可以 稍大一些。新轨拨入后，轨端25m一段锁定。若预留轨缝过 大，可用撞轨法调整，然后进行铝热焊。 c在降温情况下连入焊 施工过程中，预留轨缝值可稍小些。用拉伸机拉伸到位， 并在保压状态下进行施焊。 无缝线路养护维修管理 线路的养护维修，坚持预防为主， 修养并重的原则，贯彻状态修的方针， 采取大型养路机械综合维修+季节性 重点工作+临时补修的维修管理模式。 一、轨道动静态检测 轨道质量的检测，其主要内容包括轨道整体状态和轨道零部件状态。轨 道整体状态主要是指轨道几何尺寸，如轨距、水平及三角坑、方向、高低。 轨道零部件主要是钢轨状态，包括轨头磨耗、轮廓尺寸、轨面短波不平 顺(波磨和接头不平顺)以及轨头内部核伤和外表伤损等。 轨道检测按检测时的工况分为静态检测和动态检测。静态检测沿用于手 工检测工具进行；而动态检测则以轨道检测车，波磨测量车或钢轨探伤车对 轨道几何尺寸，钢轨波磨以及钢轨伤损等定期对轨道检测。 在跨区间无缝线路上，应充分利用动态检测手段指导状态修。利用好轨 道检测车的检查结果，变昔日的检前修为检后修。轨道动态检测较静态检测 内容更全面，结果更真实有效地指导现场的维修工作。 二、胀轨跑道及钢轨折断的预防与处理 1、预防胀轨的主要措施 遵循“一准、二清、三测、四不超、五不走”的原则 一准：准确掌握实际锁定轨温。 二清：综合维修、成段保养作业半日一清，零星保养、临时补修 一撬一清。 三测：作业前、作业中、作业后测量轨温。 四不超：作业不超温，扒碴不超长，起道不超高，拨道不超量 五不走：拔开道床不回填不走；作业后道床未夯拍不走；未组织 回检不走；线路质量未达到作业标准不走；发生异常情况未处理 好不走 2、胀轨跑道的处理 无论作业中或作业后，发现线路轨向不良，用 10m弦测量两股钢轨的轨向偏差，当偏差矢度平均 值达到10mm时，必须设置慢行信号，并采取夯拍道 床、填满枕盒道碴和堆高碴肩等措施。 当两股钢轨的轨向偏差平均值达到12mm，在轨 温不变情况下，过车后线路弯曲变形突然扩大，必 须立即设置停车信号，及时通知车站，并采取钢轨 降温等紧急措施，消除故障后放行列车。 发生胀轨跑道后，可采取浇水或喷洒液态二氧化碳的办 法降低钢轨温度。 轨温降低后方可拨道。 曲线地段拨道只能上挑，不宜下压。拨道后必须夯拍道 床，限速放行列车，并派专人看守，待轨温降至接近锁定轨 温时，再整正线路和恢复正常行车速度。 无缝线路发生胀轨跑道时，应对胀轨跑道情况做好登记。 2