趙鋒

（中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司，西安 710000）

1 引言

不管是鐵路軌道還是地鐵軌道，鋼軌接頭是軌道上最脆弱的環(huán)節(jié)之一，如果產(chǎn)生鋼軌縫隙，火車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)，列車(chē)的平穩(wěn)性和乘客的舒適度會(huì)受到此沖擊力的影響，同時(shí)導(dǎo)致路基上的道砟結(jié)塊、滑塌、混凝土軌枕破損等病害，加快鋼軌和連接零件的磨損及耗損速度。在施工季節(jié)及施工地點(diǎn)環(huán)境的影響下，鋪設(shè)無(wú)縫軌道時(shí)，通常軌溫?zé)o法在設(shè)計(jì)鎖定軌溫下鎖定，導(dǎo)致維修保養(yǎng)工作無(wú)法順利進(jìn)行[1]。若鎖定軌溫低，維修保養(yǎng)施工受到影響，并且使鋼軌在高溫下承受巨大的溫度應(yīng)力，同時(shí)長(zhǎng)鋼軌不勻稱(chēng)蠕變產(chǎn)生應(yīng)力聚集，導(dǎo)致鋼軌變形和膨脹的危害；相反若鎖定軌溫高，處于低溫狀態(tài)時(shí)的鋼軌拉力增大，鋼軌內(nèi)部應(yīng)力不均勻，局部拉力劇增，溫度拉力和蠕變附加拉力加在一起，導(dǎo)致拉斷連接夾板或造成鋼軌斷裂。本文將對(duì)無(wú)縫線路應(yīng)力放散的前提、方式、品質(zhì)掌控、線路鎖緊的最佳溫度展開(kāi)研究探討，希望能從中積累寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

烏將鐵路擴(kuò)能改造工程S2 標(biāo)西起北三臺(tái)、東至將軍廟，位于吉木薩爾縣和昌吉州境內(nèi)，途經(jīng)烏魯木齊國(guó)家級(jí)甘泉堡經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、昌吉州國(guó)家準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)及準(zhǔn)東煤田五彩灣礦區(qū)，然后沿準(zhǔn)東煤田Z917 線（準(zhǔn)東公路）南部向東，最后到準(zhǔn)東煤田Z917 線和S228 線交匯處西側(cè)的準(zhǔn)東煤田將軍廟礦點(diǎn)。

3 應(yīng)力放散條件

溫度應(yīng)力型長(zhǎng)鋼軌鎖緊后，鋼軌不能跟隨溫度轉(zhuǎn)變而開(kāi)放式伸縮。鋼軌溫度和設(shè)計(jì)鎖緊軌溫不一致時(shí)，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的溫度應(yīng)力，溫差與鋼軌應(yīng)力呈正相關(guān)。為使溫度應(yīng)力得到有效控制，選擇定期松開(kāi)夾板和緊固件，防止鋼軌強(qiáng)度及線路穩(wěn)固性損壞，此施工步驟為應(yīng)力擴(kuò)散。

無(wú)縫線路的鎖軌溫度要求精準(zhǔn)、均勻，如出現(xiàn)下列情況之一必須解除或調(diào)整：

1）現(xiàn)實(shí)鎖定軌溫在計(jì)劃鎖緊軌溫范圍外，或左右段長(zhǎng)鋼軌實(shí)質(zhì)鎖軌溫差＞5 ℃。

2）鎖緊軌溫不明確或不精準(zhǔn)；夏季新疆白天溫度過(guò)高，導(dǎo)致軌溫太高，無(wú)法鎖定，白天鎖定后進(jìn)行線路搗固，晚上進(jìn)行應(yīng)力放散。

3）相鄰兩個(gè)單元無(wú)縫鋼軌跨段與全段的鎖軌溫度差＞5 ℃，同一段單元鋼軌最低和最高鎖軌溫度差為10 ℃。

4）鋪設(shè)和維護(hù)方式不當(dāng)造成長(zhǎng)鋼軌脹縮異常。

5）固定區(qū)域及無(wú)縫窄軌產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻位置轉(zhuǎn)變。

6）線路軌道嚴(yán)重?fù)p壞，斷彎多。

7）因處理線路故障或施工，原鎖軌溫度發(fā)生變化。

8）在低溫下鋪設(shè)長(zhǎng)軌時(shí)拉伸欠缺或不均衡。

4 應(yīng)力放散方法

當(dāng)前主要有以下幾種應(yīng)力放散方法：

1）鼓式擴(kuò)散法。松開(kāi)所有緊固件，每隔10～15 m 在鋼軌下放置一個(gè)滾輪，使鋼軌離開(kāi)墊塊開(kāi)放式伸縮，當(dāng)鋼軌溫度滿足要求時(shí)鎖線。

2）火車(chē)滾動(dòng)法。根據(jù)列車(chē)運(yùn)行方向，保持鋼軌始端扣件不動(dòng)，松開(kāi)其他扣件和防爬裝置，通過(guò)列車(chē)運(yùn)行振動(dòng)擴(kuò)大消散鋼軌溫差力，實(shí)現(xiàn)預(yù)定要求時(shí)重新鎖定軌溫。

3）鋼軌碰撞分散法。松開(kāi)緊固件，用鋼軌保險(xiǎn)杠碰撞鋼軌，耗散溫差力，完成預(yù)定要求后再鎖緊鋼軌。

應(yīng)力放散施工主要通過(guò)滾筒結(jié)合拉伸，同時(shí)匹配碰撞軌的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)縫線路應(yīng)力解除的操作，其作業(yè)流程如下：

1）清理道床砟肩，以防影響施工。

2）籌備鋼軌，卸到設(shè)定地點(diǎn)，同時(shí)準(zhǔn)備夾板和螺栓；準(zhǔn)備撞軌器、鋼軌鋸、鋼軌焊機(jī)和鋼軌拉伸機(jī)及夜間照明設(shè)備；根據(jù)要求配備作業(yè)安全防護(hù)用品。

3）施工區(qū)域的緊固件和接頭螺栓應(yīng)提前松開(kāi)并涂油，然后再擰緊，務(wù)必預(yù)先處理無(wú)效扣件和螺栓。彎曲段地面錨桿需提前拆卸再涂油。

4）確定拉伸點(diǎn)，按Δl=αLΔt計(jì)算出拉伸量，其中，Δl為熱伸長(zhǎng)量；α為管材膨脹系數(shù)；L為管段長(zhǎng)度；Δt為管道在運(yùn)行時(shí)的溫度與安裝時(shí)的環(huán)境溫度差。

5）事先在鋼軌和軌枕上分別做好碰撞點(diǎn)、壓路機(jī)安裝點(diǎn)和位移觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)記且編號(hào)。軌道碰撞點(diǎn)設(shè)置在200～300 m位置處；拉軌機(jī)距離第一臺(tái)撞軌器300～400 m 設(shè)置；滾動(dòng)直徑為30～35 mm，安裝間隔為30～40 m；沿長(zhǎng)鋼軌每隔100 m 設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)，用油漆在軌枕上標(biāo)出設(shè)計(jì)伸縮量并注明方向。

5 方案確定

鎖線前檢查線路的整體質(zhì)量，包括軌道幾何尺寸、軌道床參考數(shù)據(jù)等，證實(shí)其達(dá)到設(shè)計(jì)方案及規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)滾筒解除法及綜合解除法削弱鋼軌內(nèi)應(yīng)力，直到為零。軌溫和鎖緊軌溫一致時(shí)安置鋼軌，但軌溫未超過(guò)鎖緊軌溫時(shí)，采用單元軌段兩頭的拉軌器將鋼軌段延長(zhǎng)到鎖緊軌溫時(shí)的長(zhǎng)度，最后落下并鎖住鋼軌再標(biāo)記為零位移。

1）一端放散。一端放散是最普通的放散類(lèi)型，以單元軌道節(jié)點(diǎn)為單元，長(zhǎng)度大概1～1.5 km，長(zhǎng)度太長(zhǎng)影響應(yīng)力的均衡性。

2）兩端放散。獨(dú)個(gè)單元軌段常用兩端放散法，操作時(shí)比較煩瑣，通常條件下不采納。若兩端有緩和區(qū)可一并管理，調(diào)整緩沖導(dǎo)軌間隙。

6 施工工藝及要求

6.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→設(shè)置臨時(shí)位移觀測(cè)樁→拆卸扣件→軌下墊滾筒→撞軌、通過(guò)釋放應(yīng)力測(cè)量位移量→軌溫測(cè)量→落軌→鎖定線路→設(shè)置位移觀測(cè)標(biāo)志→質(zhì)量檢查。

6.2 施工要求

1）軌道狀態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)全部鋼軌，需在應(yīng)力放散前進(jìn)行，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：鋼軌尺寸、軌道水位、中心線方位、枕形道床的剛度、側(cè)阻力等，通過(guò)綜合質(zhì)量檢驗(yàn)確定軌道已初步穩(wěn)定，準(zhǔn)備開(kāi)始線路鎖緊操作。

2）近期軌溫調(diào)查。通過(guò)最近考查，確認(rèn)鎖緊時(shí)間是每天下午17～20 點(diǎn)或早上5～8 點(diǎn)，鎖緊溫度在26～27 ℃。

3）拉欄桿。為使焊接作業(yè)便捷，安裝滾輪后應(yīng)拉軌，前后軌間隙不超過(guò)5 mm。拉軌間隔不超過(guò)50 cm 時(shí)，選擇鋼軌拉伸器進(jìn)行拉軌；拉軌間隔超過(guò)50 cm 時(shí)，采用短軌焊接，加入的短軌長(zhǎng)度≥20 m，每個(gè)區(qū)間只能插入兩根短軌。

4）焊接。焊接前拆掉緊固件、放置滾輪、除銹、軌頭對(duì)準(zhǔn)、開(kāi)始焊接，焊頭粗磨按單元鋼軌焊接工藝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5）應(yīng)力放散及鎖定。（1）測(cè)量軌溫，在鋼軌的不同地方采取多點(diǎn)勘測(cè)，獲得平均值。（2）拆卸待放散單元軌道連接處的所有緊固件，每隔5～10 m 墊入一個(gè)滾輪，每300～500 m 設(shè)置一個(gè)搗軌器。（3）放散時(shí)，每隔100 m 設(shè)置一個(gè)暫時(shí)轉(zhuǎn)移觀測(cè)樁，觀測(cè)鋼軌的位移，實(shí)時(shí)消除影響放散的妨礙物，實(shí)現(xiàn)均勻、完全的應(yīng)力放散。梳理鋼軌碰撞位置，直到“零點(diǎn)”為零。此時(shí)立即拆下滾輪，使軌道開(kāi)槽、上扣鎖緊單元鋼軌段。（4）鋼軌拉伸的計(jì)算公式為：Δl=αLΔt（α=1.18×10-5）。（5）首先將單元軌縫放散到零應(yīng)力形態(tài)，然后依照300 m 間距裝配碰撞裝置。使用鋼軌沖擊器沿同一方向沖擊鋼軌，利用拉伸器均衡拉伸，直至與設(shè)計(jì)鋼軌溫度相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，并且注意，零點(diǎn)對(duì)零點(diǎn)的位移和暫時(shí)位移觀測(cè)點(diǎn)呈線性比例。當(dāng)鋼軌碰撞各檢查點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)一致或最大偏差距為2 mm 時(shí)可將鋼軌應(yīng)力看作零，然后祛除滾輪，鋼軌落下，隨后鎖緊線路。

拉軌前必須在軌上設(shè)置臨時(shí)位移觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)間隔100～150 m，用于檢查單元鋼軌截面受力是否均衡。在牽引鋼軌的過(guò)程中，為了保持單元鋼軌截面應(yīng)力的均衡性，一般選擇鋼軌振搗器和小錘對(duì)鋼軌進(jìn)行碰撞擊。牽引量滿足預(yù)定數(shù)值時(shí)終止碰撞，鎖住單元軌節(jié)。否則查明原因，拉鋼軌保持壓力繼續(xù)撞軌，直到滿足要求。

6.3 線路鎖定、焊機(jī)位移

安裝保溫塊和緊固件，根據(jù)設(shè)計(jì)的屈曲壓力緊固緊固件，驗(yàn)證鎖軌溫度，填寫(xiě)作業(yè)記錄表。鎖定線路后，焊工轉(zhuǎn)移到下一個(gè)需焊接的接頭等待焊接。

無(wú)縫鋼軌焊接和放散鎖定：長(zhǎng)鋼軌架設(shè)后現(xiàn)場(chǎng)單元鋼軌焊接。在壓力放散之前合理設(shè)置位移觀測(cè)樁，在應(yīng)力放散過(guò)程中觀察軌道轉(zhuǎn)移，以確保均勻應(yīng)力放散。當(dāng)單元軌接頭松開(kāi)并鎖定時(shí)，放散與之連接的單元軌道接頭30 m 范圍的緊固件，該緊固件已被放散并鎖定，防止焊接頭范圍的應(yīng)力聚集。鎖緊后，在200 m 轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，無(wú)縫線路位移觀測(cè)樁對(duì)應(yīng)位移≤10 mm，且任意一個(gè)位移觀測(cè)樁的位移≤20 mm。確定完全放散均衡后上扣鎖住軌道，緊固件同步、有序在短時(shí)間內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)上扣安裝。依據(jù)氣象數(shù)據(jù)、無(wú)縫線路允許溫降和允許溫升決定無(wú)縫線路設(shè)計(jì)鎖軌溫度，同時(shí)達(dá)到橋上無(wú)縫線路的斷縫驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)，并且鄰近單元軌之間的鎖軌溫差≤5 ℃，兩邊鎖軌溫差≤5 ℃，同一間隔內(nèi)單元鋼軌接頭的最高、最低鎖軌溫差≤10 ℃，同一單元鋼軌接頭的兩邊鎖軌溫差≤5 ℃。

7 施工注意事項(xiàng)

7.1 應(yīng)力放散鎖定安全措施

1）操作人員務(wù)必參加安全培訓(xùn)合格后方可上崗作業(yè)，操作時(shí)聽(tīng)從命令，認(rèn)真根據(jù)流程進(jìn)行作業(yè)，禁止違章蠻干。

2）長(zhǎng)軌在移動(dòng)、拉伸、碰撞到位時(shí)要協(xié)調(diào)動(dòng)作，手、腳不得放在長(zhǎng)軌下。

3）與鋼軌相撞時(shí)指揮同步，每組動(dòng)作同步，用力均衡，防止碰撞塊飛起傷人。

4）卸載固件時(shí)禁止蠻力砸擊，避免彈條飛出傷人，緊固時(shí)，每2 人之間應(yīng)間隔3 根以上軌枕，避免使用扭力扳手時(shí)相互碰傷。

7.2 放散后鎖定軌溫的確定

因?yàn)闊o(wú)縫線路原始鎖軌溫度出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，不能成為放散時(shí)的原始證據(jù)，所以，鎖軌溫度的計(jì)算應(yīng)按照現(xiàn)實(shí)施工狀況決定。

1）當(dāng)鋼軌溫度在計(jì)劃的鋼軌鎖緊溫度范圍內(nèi)時(shí)，鋼軌碰撞到“零應(yīng)力形態(tài)”，最后緊固緊固件和接頭螺栓。這時(shí)鋼軌溫度為鋼軌鎖緊溫度，即t鎖緊=t當(dāng)前鋼軌溫度。

2）當(dāng)軌溫低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí)，將鋼軌撞到“零應(yīng)力狀態(tài)”，測(cè)得此時(shí)的軌溫為t0，利用拉伸器拉伸鋼軌，拉伸長(zhǎng)度折算軌溫為t0′（℃），最后得鎖定軌溫為ts（°），則：

式中：Δl為鋼軌拉伸長(zhǎng)度，m；l為軌道長(zhǎng)度，m。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鐵路建設(shè)也迎來(lái)了高峰期，無(wú)縫線路應(yīng)力放散與鎖定技術(shù)作為一種新型的軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)，為發(fā)展我國(guó)鐵路行業(yè)，完善軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)提供了重要的技術(shù)支撐。但在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了不少問(wèn)題，需要施工方和技術(shù)人員進(jìn)一步研究及探索無(wú)縫線路應(yīng)力放散與鎖定技術(shù)，從而為后期類(lèi)似工程提供參考。