达成高速铁路应力放散锁定工艺分析

达成高速铁路应力放散锁定工艺分析 冉耀华

 【摘  要】达成高速铁路是西南地区第一条设计时速为200km及以上的高速铁路，是全无缝线路。高速铁路的施工中对单元轨放散锁定施工的要求最为严格，对铁路的应力放散锁定的是否彻底将直接影响到铁路的施工质量和未来的行车安全，经对当地气候情况进行调查，并结合施工实际情况，决定采用的是零应力锁定放散法和拉伸器滚筒法进行应力放散锁定施工。
【关键字】气压焊 锁定 放散 轨温 零应力 拉伸器滚筒法
 
 达成高速铁路是国家规划的“四纵四横”快速客运通道之一沪汉蓉客运通道的重要组成部分，与遂渝线共同形成了成渝间的便捷铁路通道，并且是西南地区第一条设计时速为200km及以上的铁路。为了保证达成高速铁路未来的行车安全，在线路的锁定放散施工中所采用的施工工艺是零应力放散锁定法和拉伸器滚筒法共同进行无缝线路的应力放散锁定施工，这两种方法是在实测温度低于设计锁定轨温时所采用的方法，因其不受温度影响，施工的时间范围较长，具有放散效果好的特点。
 一、施工方法
 1、零应力锁定法
 达成高速铁路无缝线路放散锁定采用的是零应力综合放散法。零应力判断法即先在钢轨与砼枕上每隔100m左右设一临时标记,然后用撞轨器撞击钢轨,如果钢轨被撞击反弹后钢轨上的标记仍在原标记位置时,即可判定钢轨已处于零应力状态。本论文由论文同学网(myeducs.cn)整理，更多论文，请点毕业论文范文查看
 2、拉伸器滚筒法
 拉伸器滚筒法是指由于施工作业时轨温低于设计锁定轨温范围内时使用的方法，如果实测轨温低于设计锁定轨温时，利用钢轨拉伸机和撞轨器共同将钢轨拉至锁定轨温范围内钢轨的长度。由于达成高速铁路在进行放散锁定施工开始时间为2009年4月开始，该月的气温明显低于往年该月的平均气温，实测的钢轨最低只有14度，因此结合气温情况，采用拉伸器滚筒法进行施工。
 二、主要设备
 达成高速铁路应力放散锁定施工的主要设备有：YLS-900型液压钢轨拉伸机、YH气压焊轨机、撞轨器、锯轨机、钢轨端磨机、滚筒、轨温计等、电动扳手。
 1、YH气压焊轨机
 YH气压焊轨机是由锦州铁工养路设备有限公司生产的钢轨焊接机械。由压接机、加热器、气体流量控制箱、液压泵站、冷却系统、推凸刀具、钢轨端面打磨机等设备组成。使用氧—乙炔焰加热，气压焊轨机应用塑性气压焊接原理，采用三段压力焊接工艺，气压焊轨机各试验数据符合铁道部标准，焊头成型良好并具有全断面推除焊瘤功能。其中压接机取消传统的轨顶、轨底螺丝机构，变轨底定位为轨头平直定位，并增加过压保护装置。气压焊轨机设计更为合理，操作十分方便，更加适合普通无缝线路、高速铁路、地铁等线路的钢轨焊接。YH气压焊轨机主要技术参数（60kg/m钢轨）
油缸最大顶锻力（KN） 最大行程（mm） 液压系统最高工作压力（Mpa） 液压系统最高工作压力（Mpa） 液压系统最高工作压力（Mpa）
452 155 40 4 5.5
 
 2、YLS-900型液压钢轨拉伸机
 该设备适用于无缝线路应力放散和长轨铺设，也适用于线路上铝热焊焊接钢轨。现场施工时，在低于锁定轨温的一定范围内，用该设备把处于零应力状态的钢轨，强行拉伸到锁定轨温时的长度，进行重新锁定或进行铝热焊焊接钢轨。该设备具有构思独特，机体轻便，操作简易，不伤害轨头工作面等特点。
 YLS-900型液压钢轨拉伸机主要参数（60kg/m钢轨）
最高额定工作压力(Mpa) 最大拉轨力(kN) 工作油缸最大行程(mm) 两拉杆中心距(mm) 锁定方式 机组质量   (kg)
57 2×450 ≥760 360mm 斜铁夹紧轨腰 ≤370
 三、技术标准及拉伸量计算公式
 1、技术标准
 a锁定放散前道碴饱满，枕盒内道碴及碴旁道碴饱满。
 b轨顶标高要达到设计标准。
 c轨道长平及方向达要到设计标准。
 d经大机机作业后线路状态稳定。
 e线路轨枕上配件齐全。
 f线路防爬柱埋设完毕。
 g确定锁定轨温范围。达成铁路设计锁定轨温为32±5℃(天台寺隧道内除外)。
 h无缝线路锁定时必须准确确定并记录锁定轨温。相邻单元轨节间的锁定温差不应大于5℃，左右股钢轨的锁定轨温差不应大于3℃，同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温差不应大于10℃。
 i扣件的扣压力应符合设计要求，上螺帽前应在丝杆上涂长效防护油脂，拧紧螺帽使弹条中部前端下颏与轨距挡板接触，或用扭力扳手进行，使扭力距保持在100～140 N·m。
 j左右股轨端相错量不应大于100mm。
 2、拉伸量计算公式
 测量单元轨节始、中、末端轨温，取其平均值做为单元轨节的轨温，T0=（T始＋T中＋T末）/3。
 拉伸量计算公式：△L=α（T锁定—T0）L
 式中：△L—钢轨拉伸量（mm）；
 α—钢轨线膨胀系数，为0.0118/℃;
 L—单元轨节长度(m);
 T0—实际轨温;
 T锁—设计锁定轨温。
四、焊接工艺分析
1、工艺流程  如图一
2、工艺流程分析
 （1）施工前根据设计要求提前预埋位移观测桩，组织人员及机械开始各种准备工作。
 单元轨节起终点的位移观测桩宜与单元轨节焊接接头对应，纵向相错量不得大于30m，中间位移观测桩埋设之间的距离不大于500m。位移观测桩应与电务设备错开。
 （2）开始放散应力时，现场技术人员每隔100m左右设一个临时位移观测点，以便观测钢轨的位移量，及时排除影响放散的障碍，达到应力放散均匀、彻底。
 （3）根据现场施工指挥人员的统一指挥，焊缝处的施工人员先将焊缝两侧各20m处的扣件拆除，并用不同宽度的钢轨垫块将两侧钢轨抬起，并将两轨头相错开，在组织拆卸扣件班组人员从小里程向大里程方向将放散的单元轨上的扣件全部拆卸完毕。

图一   拉伸器滚筒法工艺流程
 （4）施工人员每隔7根砼枕在钢轨下垫一个滚轮，直到整条单元轨全部抬起后，每隔500m左右，在钢轨上放置一台撞轨器。在现场施工指挥人员的统一指挥开始撞轨，每个临时位移观测点上的观测人员对钢轨的放散量进行观测，当钢轨轨头位置出现回弹时停止撞轨。
 （5）在单元轨的两端及中间处放置一台轨温计测量轨温，观测人员将所测的轨温报给焊接处的技术人员，技术人员根据实测轨温和设计锁定轨温计算出钢轨的拉伸量。
 （6）焊轨施工人员根据计算的拉伸量将单元轨需要锯掉的钢轨用锯轨机锯除。在锯轨时要考虑焊接所要损耗的钢轨量和锯片的宽度。锯完后要用钢轨端磨机将两侧钢轨的端部的锈蚀和锯轨时产生的氧化物打磨掉，并将截面打磨平整，在用搓刀将钢轨截面搓毛。如锯完后轨头之间的轨缝较大时，就利用YLS-900型液压钢轨拉伸机将轨头拉在一起（如在焊轨机的最大行程内，则用气压焊机代替），紧接着用撞轨器进行撞轨，临时位移观测点上的观测人员继续观测钢轨的位移量，直到由拉轨产生的钢轨内应力均匀放散完毕，停止撞轨，从单元轨上将撞轨器移开。
 （7）YLS-900型液压钢轨拉伸机继续拉伸钢轨，施工人员将单元轨下的滚轮全部移除，将钢轨从新落在砼枕承轨面上。
 （8）施工人员在现场指挥人员的指挥下开始进行线路锁定。线路锁定分为线路锁定和锁定焊接两部分。
 线路锁定施工人员开始依次上扣配件，小里程方向的电动扳手向焊头方向开始拧紧扣配件，使扭力距到达100～140 N·m，达到线路锁定要求。
 电动扳手将扣件拧紧到离焊头处50m处时，将YLS-900型液压钢轨拉伸机撤下，将YH气压焊轨机放置在焊接接头处开始锁定焊接，在焊接前先检查焊头两端的钢轨的是否有尖点，并将尖点的大小控制在0.3mm~0.5mm范围内时方可进行焊接。待焊接完毕，轨头的温度将至500℃以下，将焊机抬离焊接处，将焊头两侧的线路恢复并上紧扣件。
 （8）技术人员待线路放散锁定完毕后在钢轨上设置位移观测标记，并根据位移观测桩在钢轨上设置零点位移标志，并建立档案，便于线路的养护和维修。
 五、常见问题分析
 1、灰斑。
 在钢轨焊接的过程中常见的病害主要是灰斑，它的成型原因很复杂并且是不可避免，可以通过钢轨探伤探出。如果焊头内的灰斑未超限，则视为合格。虽然灰斑不可避免，但是在施工的过程中可以通过以下方法减少或尽量消除焊头内的灰斑。
 （1）在焊接前将用钢轨端磨机将钢轨截面上的氧化物及锈蚀打磨干净，并禁止油类或人手污染截面。
 （2）在焊接加热的过程中，将加热区域钢轨充分加热至液态或胶凝状，并及时顶锻，顶锻时必须将在加热过程中产生的氧化物及杂质全部挤出，让钢轨结晶充分融合在一起。
 （3）焊接完毕后，在正火工序中，要进一步细化晶粒。
 2、细腰
 细腰是指焊接完毕后，将焊接设备移开后，由于焊接接头还很热，在钢轨内应力的作用下，焊好的接头处有明显的塌陷。因此在焊接前要要及时锁定线路，焊接完毕后要待焊头处的轨温低于500℃时方可将焊接设备移开。
 
 3、错牙
 错牙分为上下错牙和左右错牙两种。错牙的产生是由于配轨时两根单元轨中其中的一根单元轨的工作边未放在工作侧或在开始焊接前对轨人员对轨失误造成焊接完毕后焊头有明显的错牙。如果错牙在0.3mm以内，可以通过焊后打磨将错牙消除。
六、结论
 1、在无缝线路锁定焊接过程中，关键是要确定设计锁定轨温及现场锁定焊接时实际轨温的测定。
 2、由于采用零应力放散锁定，因此在放散的过程中要将钢轨的内应力充分放散。
 3、在应力放散锁定施工前，必须保证道床的密实饱满，保证道床横向阻力达到设计要求。
 4、在应力放散锁定的过程中，必须将同一里程处的两个焊头在同一天焊接完毕，并且相邻单元轨节间、左右股钢轨和同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温必须控制在规范规定的范围内。