8客运专线长钢轨低温锁定施工技术

1、客运专线无缝线路低温锁定施工技术陈孟强 邓启军 刘连学 【摘要】京津城际铁路全长113.544km，采用CRTS型板式无砟轨道结构一次性铺设跨区间无缝线路233公里，是我国第一条设计时速350km铁路客运专线。中铁二局在无缝线路锁定施工中，运用K922移动焊轨车焊接钢轨接头，运用拉伸法和加热法相结合等方式，克服平均气温-5以下、最低气温-15等低温恶劣天气的影响，于2007年12月至2008年1月底按期完成了全部无缝线路长钢轨锁定施工任务。本文以此为例，介绍了低温条件下无缝线路长钢轨锁定的关键技术理论分析、设备配置及施工工艺和方法，同时介绍了施工安全、质量控制的要点。【关键词】铁路客运专线 1

2、00m定尺钢轨 基地焊接 500m长钢轨 施工技术 1、陈孟强，中铁二局集团新运工程有限公司，四川成都6100312、邓启军，中铁二局集团新运工程有限公司，四川成都6100313、刘连学，中铁二局集团新运工程有限公司，四川成都610031 参考文献：1、中华人民共和国铁道部，铁建设200785号，客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行规定，中国铁道出版社，2007年；2、中铁一局集团有限公司，客运专线铁路轨道工程施工技术指南，TZ211-2005，中国铁道出版社，2005年；3、中华人民共和国铁道部TB/T 1632.1、2-2005,钢轨焊接之通用技术条件、闪光接触焊。中国铁道出版社，20

3、05年；4、无缝线路温度力放散与调整，中国客运专线网，2008年5、王金山等，无缝线路一次性铺设、焊接施工技术探讨，上海铁道科技。1 前言京津城际铁路全长113.544km，采用CRTS型板式无砟轨道结构一次性铺设跨区间无缝线路233公里，是我国第一条设计时速350km铁路客运专线。中铁二局在无缝线路锁定施工中，运用K922移动焊轨车焊接钢轨接头，运用拉伸法和加热法相结合等方式，克服平均气温-5以下、最低气温-15等低温恶劣天气的影响，于2007年12月至2008年1月底按期完成了全部无缝线路长钢轨锁定施工任务。2 无缝线路设计 京津城际铁路地处京津冀平原地区，无砟轨道无缝线路的设计锁定轨温根

4、据线路通过地区的最高和最低轨温、无缝线路的允许温降和允许温升计算确定为23，设计相关要求如下。、锁定轨温锁定轨温23±3，相邻单元轨间的锁定轨温之差不大于5，同一区间单元轨间的最高与最低锁定轨温之差不大于10，左右股钢轨锁定轨温之差不大于3。、京津城际铁路全线跨区间无缝线路由2对超长轨条组成，单元轨节标准长度1500m或2000m，最短不小于200m (道岔区)。无缝道岔中单组或相邻多组道岔（含其间线路）及其前后各200m以上的线路一次锁定组成单元轨节、除道岔焊接接头采用铝热焊外，其余钢轨焊接接头采用闪光接触焊，钢轨焊接按要求作焊接型式试验和周期检测。、京津城际铁路无砟轨道使用V30

5、0-1型弹条扣件，每组扣件设计可以为无缝线路提供最大9KN的阻力。3 无缝线路低温锁定理论研究进行低温条件下的无缝线路锁定施工，一是低温条件下完成的钢轨焊接质量必须满足350km/h铁路客运专线的要求，二是长钢轨必须达到设计锁定轨温条件下的应力状态。经研究分析，从理论分析和设备配置两个方面解决这2个问题。3.1 长钢轨低温锁定工艺理论分析按长钢轨力学和热力学性能采用拉伸法或加热法使长钢轨伸长，使低温条件下长钢轨达到锁定轨温时所需要的长钢轨长度，即达到设计锁定轨温条件下长钢轨所处的应力状态。当实际轨温低于设计锁定轨温T时，长钢轨的温度力、温度线膨胀量、拉力、拉伸伸长量等物理学换算关系如下：、加热

6、法使长钢轨均匀受热，长钢轨实际轨温升高T至设计锁定轨温时，长钢轨伸长量L = 轨温差T×温度线膨胀系数1×长钢轨长度L，温度线膨胀系数1=11.8×10-6-2。、拉伸法使长钢轨均匀伸长，拉伸伸长量L与述温度伸长量相当时，长钢轨状态达到设计锁定轨温状态，轨温差对应的拉伸力、拉长量关系如下表示。T=L/（1×L）钢轨0.61KN/m拉力T=（弹性模量E×钢轨伸长率L/L）×钢轨横断面积A；钢轨伸长量L=温度变化值T×钢轨线膨胀系数1×钢轨长度L。钢轨横断面积A=77.45cm2；钢轨弹性模量E=210GPa钢轨与辊轴

7、的摩擦系数=0.16；钢轨线膨胀系数1=11.8×10-6-2。每组钢轨扣件的纵向阻力按9KN计。计算结果如下：温差钢轨长度m拉伸量m拉伸率拉应力MPa拉伸力KN摩擦力KN总拉力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，选用90吨级钢轨液压拉伸机可满足轨温差35以下1500m单元轨或30以下2000m单元轨锁定施工的需要，鉴于京津城际铁路无缝线路锁处于一年中最冷12月、1月间施工，京津地区最低气温-22以下、白天气温最大-10以下的实

10、际，并结合设计锁定轨温23的要求，施工准备按最大温差35控制，经设计同意后，将无缝线路单元轨节标准长度由2000m减至1500m。、每组V300-1钢轨扣件可提供纵向阻力9KN，按1.5倍安全系数，锁定100m线路即可完全提供1500m单元轨锁定所需的拉伸力。3.2 关键设备配置、利用性能更强的K922移动焊轨机替代铝热焊、气压焊或K900及以下移动焊轨机焊接长钢轨，型式试验和周期性生产检验结果表明，低温条件下使用该型焊机工地焊接长钢轨焊接稳定可靠。、90吨级钢轨液压拉伸机，可满足实际轨温最大低于设计锁定轨温35时1500m及以下长度单元轨的放散锁定施工。、利用火焰加热器对短距离的长钢轨往返加

11、热，可使长钢轨均匀受热伸长。4 施工方法及工艺4.1 施工工艺流程图4-1 客运专线无缝线路长钢轨低温锁定工艺流程4.2关键工序施工工艺无缝线路长钢轨低温锁定，分为两种情况，一是区间无缝线路的两端，因道岔或无缝线路尽头因道岔不能拉伸或钢轨拉伸机没有地方定位无法提供拉伸反力而不能采用拉伸法施工的地段，该地段只能采用火焰加热法施工，二是区间无缝线路的中部，可采用拉伸法由区间的一端向另一端连续施工。、施工准备无缝线路长钢轨低温锁定由区间或股道的一端向另一端施工。、人工拆除起点处一对100m拉伸锚固轨和与其连接的2000m单元轨范围内全部轨枕扣件和绝缘垫片，按10m间距支垫滚轮，使钢轨处于“无阻力状态

12、”。、在钢轨轨腰上每间隔100m安装轨温器，查看轨温。、在2000m钢轨上按200300m间距安装撞轨器，并向锁定施工前进方向进行撞轨，使100m轨和2000m轨之间留有一定的缝隙。、火焰加热法施工图 4-2 长钢轨加热一般情况下，火焰加热法的施工长度不得大于100m，通过火焰加热使钢轨伸长，达到锁定轨温条件下的钢轨长度。、用锤敲击钢轨轨要使钢轨在滚轮上伸缩进行应力释放，使钢轨处于“无阻力状态”，在钢轨沿线路方向两端和中部设位移观测点，查看钢轨伸长量。、按每5m一个煤气喷枪对钢轨来回循环加热，观察轨温表的轨温显示和钢轨伸长量。、当钢轨伸长量达到计算量且钢轨温度达到锁定轨温上限时停止加热，迅速取

13、出滚轮使钢轨落槽，并上紧扣件对钢轨进行锁定。、因火焰加热法存在一个停止加热、锁紧扣件的过程，因此，加热时的钢轨伸长量和轨温控制以高出设计锁定轨温5为准。、利用K922接触焊机对100m拉伸锚固轨与前端的2000m单元轨进行焊接。、拉伸法施工图4-3 长钢轨低温锁定施工流程示意（拉伸法）图4-4 长钢轨拉伸图4-5 长钢轨拉伸量观察、利用撞轨器向施工反方向进行撞轨和敲轨，使钢轨处于当前轨温的自由长度，在2000m单元轨前端并安装钢轨拉伸机。、每隔100m根据拉伸长度要求设置一个钢轨观测点，以便确认钢轨的均匀拉伸和钢轨拉伸量。、在拉伸钢轨的同时，辅以撞轨器向锁定施工前方方向撞击，并配以铁锤敲击钢轨

14、轨腰，使钢轨在拉伸时均匀伸长。、线路锁定、观测钢轨拉伸过程中每个观测点的位移量，当钢轨拉伸量达到计算要求时，停止拉轨，取出钢轨下面的滚轮。、拆除支垫滚轮及撞轨器，上齐轨枕扣件和绝缘垫片，每隔100m利用一台定扭矩的内燃扳手对钢轨沿线的扣件进行紧固，并拧至规定扭矩值，完成2000m钢轨的应力放散锁定。、拆除钢轨拉伸机，并转移同线另一根钢轨上进行应力放散和锁定。5）、设置线路标志设置位移观测桩，粘贴位移标尺，清理线路。6）、其他两单元轨之间的焊接两单元轨之间钢轨焊接时，焊缝应设在两承轨台之间，离承轨台的最小距离100mm。5 劳动力及资源配置表5-1 长钢轨低温锁定2000m单元轨劳动力组织表序号

15、工序及岗位单班人员配置说明1指挥组3含队长1、安1、工12线路工40含工班长5，配合线路3普工1604施工防护45以上合计207表5-2 无缝线路长钢轨低温锁定材料及设备序号设备名称规格型号单位数量1移动焊轨车K922台12轨道车JY290DT-5台13内燃锯轨机HC355台24端面打磨机台25仿型打磨机MR150E台26氧炔焰正火设备套17发电机凯马5KW台48内燃螺栓扳手NLB-300台309超声波探伤仪CTS-23plus台210粗磨设备800w套211钢轨液压拉伸机90吨级12火焰加热器13滚轮个 15014轨温计15钢轨平直度检查尺1m16钢板尺17起道机15t台86 施工保证措施、

16、对于钢轨焊接、正火、探伤、装吊、行车、应力放散等作业人员进行技术培训，增强员工的技能和安全意识。施工前进行详细的技术交底，使所有参战的施工人员熟悉施工工艺和工序。、钢轨工地接触焊接施工中，经过型式试验确定的焊接参数，不得随意改变，每个焊头由焊机计算机全过程自动监控，识别焊头的合格情况。并按规定每焊接500头进行周期性生产检验。、钢轨焊接前对焊缝两端各1m范围进行预热，正火后必须对焊接接头进行保温，以免焊头因冷却过快而淬火。并对焊接过程中的每一道工序质量实行自检和互检。、正线无缝线路最短焊接短轨不小于25m，道岔前或后最短焊接短轨不小于31m或37.5m，钢轨焊接接头须错开刚度变化点5m以上，单元轨焊接接头应置于两承轨台扣件节点中间。、钢轨焊接必须采取焊前加热和焊后保温的措施，严格控制打磨接头的平顺度：轨顶面+0.2、0mm，轨头内侧工作面+0.2、0mm，轨底（焊筋）+0.5、0mm。、钢轨应力放散锁定施工中，撞轨和取放滚轮时用撬棍抬放钢轨