任務(wù)四　無縫線路鋪設(shè)

鋼軌接頭是軌道薄弱環(huán)節(jié)之一。列車通過接頭時，車輪對接縫處軌端產(chǎn)生巨大的沖擊和振動，并伴隨有打擊噪聲，不僅影響行車平穩(wěn)和乘坐的舒適度，還會促使道床破壞、線路狀態(tài)惡化、鋼軌及聯(lián)結(jié)零件的使用壽命縮短、養(yǎng)護維修費用的增加。

為減少鋼軌接頭的不良影響，人們將鋼軌的軌端進行焊接，這樣就形成了無縫線路。與有縫線路相比，無縫線路在一定長度范圍內(nèi)消滅了鋼軌接頭，因而具有行車平穩(wěn)，提高旅客舒適度，降低維修費用，延長維修周期，延長線路設(shè)備和機車車輛使用壽命等優(yōu)點。所謂無縫線路，就是把標準長度的鋼軌（未經(jīng)鉆眼和淬火）焊接而成的長鋼軌線路，又稱焊接長鋼軌線路。

觀察與思考

無縫線路有哪些施工工藝流程？我國常用鋼軌焊接方法有何異同？無縫線路的長鋼軌鋪設(shè)方法有哪些？長鋼軌是如何鋪設(shè)的？無縫線路為什么要進行應(yīng)力放散？如何進行應(yīng)力放散？無縫線路是如何鎖定的？是如何精調(diào)的？下來就對此內(nèi)容進行學(xué)習(xí)。

無縫線路施工工藝流程為：鋼軌焊接→鋼軌鋪設(shè)方法→應(yīng)力放散方法→無縫線路鎖定方法→無縫線路軌道精調(diào)。

2.4.1　鋼軌焊接方法

1.鋼軌焊接方法對比

鋼軌焊接方法主要有四種，分別是閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和窄間隙電弧焊。我國主要采用閃光焊（又稱閃光接觸焊）、氣壓焊和鋁熱焊。

我國三種鋼軌焊接方法所占的接頭數(shù)量比例為：閃光焊約占87％，氣壓焊占10％，鋁熱焊占3％。

從焊接質(zhì)量看，閃光焊的質(zhì)量最穩(wěn)定，統(tǒng)計的折損率僅為0.007％，鋁熱焊最差，折損率為0.5％。可見閃光焊是最主要且最可靠的鋼軌焊接方法。

2.焊接工藝介紹

長鋼軌焊接基本工藝流程：選配軌軌頭校直→軌端處理→焊接→正火→焊縫粗打磨→焊縫冷卻→鋼軌四向調(diào)直→焊縫精打磨→探傷、驗收→存儲。

1）閃光焊焊接方法介紹

將待焊鋼軌分別上下夾緊，鋼軌兩端相互接近直至接觸，電流通過待焊鋼軌端部產(chǎn)生的熱量，不斷形成金屬過梁，隨著過梁爆破產(chǎn)生閃光、飛濺使被焊端面加熱至表面熔化狀態(tài)，隨后加壓頂鍛，在壓力下兩端金屬相互結(jié)晶，使兩節(jié)鋼軌焊接在一起，如圖2-24（a）所示。

閃光焊的焊縫缺陷有：灰斑、裂紋、燒傷、未焊合。

2）氣壓焊焊接方法介紹

將需焊接的鋼軌端面對準并緊密貼合，用火焰加熱端面周圍到塑性狀態(tài)，然后對貼合面加壓頂鍛。鋼軌氣壓焊的焊接溫度較低，只加熱到1250℃左右，且為固相結(jié)合，故具有焊接強度高等一般壓接法所具有的優(yōu)點，如圖2-24（b）所示。

氣壓焊的焊縫缺陷有：光斑、過燒、未焊合。

3）鋁熱焊焊接方法介紹

鋁熱焊是熱劑焊的一種。鋁熱焊是在待焊件之間留出一定的間隙，周圍用模具圍上，然后點燃坩堝中的焊劑，通過氧化還原反應(yīng)，放熱生成液態(tài)金屬，將液態(tài)金屬注入焊件之間的間隙，完成金屬的焊接，如圖2-24（c）所示。

鋁熱焊的焊縫缺陷有：夾碴、氣孔、夾砂、縮孔、疏松、未焊合、裂紋。

4）窄間隙電弧焊焊接方法介紹

將鋼軌待焊端部預(yù)留一定的間隙，軌底襯上模具，預(yù)熱后采用手工焊條進行焊接，軌底第一道焊接采用單面焊雙面成型，第二層以上采用單道焊接，每道焊接完后進行除渣。軌底焊完后，用模具圍住軌腰和軌頭兩側(cè)，采用連續(xù)焊接的方法焊接軌腰和軌頭，焊接過程不進行除渣。焊后對接頭進行熱處理和打磨，如圖2-24（d）所示。

3.焊后熱處理

鋼軌焊后熱處理對于接頭性能改善比較重要，通過熱處理：一方面可以細化焊接接頭組織晶粒，提高接頭韌性，防止接頭斷裂；另一方面對于熱處理鋼軌可以對接頭再次欠速淬火，恢復(fù)接頭硬度，可降低接頭處的磨耗。

4.鋼軌焊接接頭性能的基本要求

作為鋼軌焊接接頭，一般的要求是內(nèi)部沒有焊接缺陷，力學(xué)性能做到與母材匹配；在外觀上除了一般焊接接頭的要求，如咬邊及其他一些外觀缺陷有要求外，對焊接接頭的平直度有較高要求。

鋼軌焊接接頭的性能受鋼軌母材、焊接設(shè)備、焊接條件和焊后處理等因素影響。不同方法的焊接接頭的力學(xué)性能和服役狀態(tài)存在較大的差異，但也存在一些共同的特點，比如焊接熱影響區(qū)的存在引起的接頭區(qū)域等不均衡的磨耗、形成軟帶區(qū)域?qū)е陆宇^區(qū)域鞍形磨耗輪廓和應(yīng)力集中區(qū)域容易產(chǎn)生疲勞裂紋源。

5.焊接接頭外觀精整

鋼軌焊接接頭焊后打磨主要有粗磨和精磨兩個工序。粗磨主要是恢復(fù)接頭區(qū)域鋼軌輪廓，精磨是保證接頭及相鄰區(qū)域踏面和工作邊的平順狀態(tài)，提高列車通過時的平穩(wěn)性。

6.我國鋼軌焊接施工方式

1）新線施工焊接

多年來，隨著我國列車提速以及高速鐵路的發(fā)展，逐步形成了如下新線施工焊接方式：

（1）鋼廠生產(chǎn)的100m定尺鋼軌進入焊軌基地，用固定式閃光焊焊接成500m長鋼軌。

（2）用長軌列車把長鋼軌運至鋪軌基地，施工單位使用鋪軌機鋪軌后，再用移動焊軌車用移動閃光焊機進行單元焊接與鎖定焊接。

（3）在道岔內(nèi)部采用鋁熱焊。

2）既有線路換軌

既有線路換軌與新線施工類似：由運軌車把500m長軌卸到鐵路路肩，然后用移動焊軌車把放在路肩上的長鋼軌焊接成1.5km左右長鋼軌，這時的焊接稱為線下焊；然后用換軌車把1.5km長鋼軌換到線路上，再用移動焊軌車把長鋼軌的一端與正線焊接，這稱為線上焊。2012年之前，既有線換軌線下焊已經(jīng)普及了移動焊軌車，但線上焊仍有大量使用小型氣壓焊或鋁熱焊。

2.4.2　鋼軌鋪設(shè)方法

無縫線路的長鋼軌鋪設(shè)方法有：分段換軌法、長軌排鋪設(shè)法、單枕綜合鋪設(shè)法、推軌鋪設(shè)法。

1.分段換軌法

我國自20世紀50年代推廣無縫線路以來，對焊接長鋼軌的鋪設(shè)，只是在營業(yè)線上進行，按其作業(yè)類型，可稱為“分段換軌法”。近些年某些新線在鋪設(shè)軌排后，也采用此法換鋪長鋼軌。其基本作業(yè)程序為：

（1）先將長鋼軌運送至需要更換的線路區(qū)段，并擺放于線路兩側(cè)。

（2）將擺放于線路兩側(cè)的焊接軌，按所需鋪設(shè)的單元長度于現(xiàn)場進行焊接。

（3）由一臺收軌機將擬拆除的舊鋼軌收放于軌枕中間，同時由另一臺收軌機將擺放在線路兩側(cè)的單元軌收放于軌枕槽內(nèi)。

（4）調(diào)整軌距并安裝鋼軌扣件同時予以緊固。

（5）將拆除的舊鋼軌予以回收裝運。

分段換軌法的特點是作業(yè)簡便易行，使用的主要機械為兩臺收軌機。

2.長軌排鋪設(shè)法

自1969年開始，德國就采用長軌排鋪設(shè)法鋪設(shè)長鋼軌。其作業(yè)程序與傳統(tǒng)的短軌排鋪設(shè)程序基本相同，即軌排組裝、軌排運輸和鋪架、軌排連接和整理，但是長軌排可達180m。

1）軌排組裝

為了盡可能縮短長軌排的運輸距離，通常軌排組裝基地設(shè)置在距離鋪設(shè)工地幾千米處，可在車站的軌道上或直接在線路軌道上組裝軌排。組裝前，預(yù)先將長鋼軌存放在線路兩側(cè)鞍座上并在線路兩側(cè)各鋪一根與線路相平行的輔助軌，以作為龍門吊機行走軌；組裝時，先由門式吊機吊卸軌枕車上軌枕，并按要求的軌距將軌枕鋪設(shè)在線路軌道上，隨后由置放在線路一側(cè)的臂桿可回轉(zhuǎn)的多臺小吊機將長鋼軌吊放于軌枕軌槽內(nèi)，最后放置鋼軌抑件并予以緊固。

2）軌排運輸和鋪架

（1）軌排運輸。在軌排和線路軌道之間使用可變斜輔助軌進行連接；自行液壓式起重小車通過可變斜輔助軌駛?cè)胲壟跑壍溃⒃谲壟派习聪嗟染嚯x排列，排列后由起重小車上夾軌裝置將軌排夾緊；落下起重小車液壓支腿，將軌排吊起直至運載小車進入軌排下面為止；由牽引車輛將軌排運載小車推至軌排下面，并在每臺起重小車下面安置一臺運載小車；由起重小車在縮回液壓支腿的同時將軌排坐落于運載小車上，此時，可用牽引機車將運載小車隨同運載的軌排與起重小車推送至現(xiàn)場鋪設(shè)地點。

（2）軌排鋪架。軌排鋪架的前期工作是先在現(xiàn)場鋪設(shè)長度略長于軌排長度的輔助導(dǎo)軌，并與正式軌道連接。

由牽引機車將運載小車隨同軌排和起重小車推送至輔助導(dǎo)軌上；由坐落在軌排上的起重小車通過下落液壓支腿將軌排吊起，脫離運載小車；運載小車從軌排底下退出，同時由牽引車輛將輔助導(dǎo)軌向前拖拉，讓出軌排鋪設(shè)位置；由起重小車將軌排下落于鋪設(shè)位置，隨后起重小車自行跟隨運載小車返回組裝基地。

3）軌排連接和整理

將新鋪軌排兩端與正式軌道及輔助導(dǎo)軌進行連接，并按線路方向予以撥正，同時將鋼軌上手緊的扣件予以緊固。

3.單枕綜合鋪設(shè)法

（1）新建鐵路有砟道床的正線軌道鋪設(shè)宜采用單枕綜合鋪設(shè)法，如圖2-25所示，主要設(shè)備由牽引車、鋪軌機、枕軌運輸列車、運枕龍門吊等組成。

（2）單枕綜合鋪設(shè)法施工基本作業(yè)程序為：

施工準備→設(shè)備編組進場→長鋼軌抽放拖送→軌枕轉(zhuǎn)運→布枕→鋼軌入槽就位→軌枕方正→安裝扣件→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)，長鋼軌抽放拖送。

4.推軌鋪設(shè)法

對于長大隧道內(nèi)的整體道床以及無砟軌道，由于軌枕塊與道床已澆筑在一起，鋪設(shè)長軌時可采取長軌運輸車運輸長軌條，利用推軌車將長鋼軌一次推入承軌臺落槽后上緊扣件，推軌車和運軌車立即在其上行走通過，實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。

對于有砟軌道，當沿線交通條件較好，單根軌枕運輸方便時，也可以先人工布放單枕，然后采取推軌鋪設(shè)法鋪設(shè)長鋼軌。

推軌鋪設(shè)法相當于單枕綜合鋪設(shè)法中的一個鋪軌工序，但機具略作改造，十分簡單，鋪設(shè)速度較快，避免了換軌法鋪設(shè)長鋼軌需要二次鋪軌的缺點，也避免了單枕綜合鋪軌法需要昂貴大型專業(yè)機械的缺點，是必須掌握的一種長鋼軌鋪設(shè)方法。

2.4.3　應(yīng)力放散方法

1.應(yīng)力放散的環(huán)境

無縫線路有下列情況之一者，應(yīng)放散或調(diào)整應(yīng)力后重新鎖定，并使其符合設(shè)計要求：

（1）實際鎖定軌溫超出設(shè)計鎖定軌溫范圍。

（2）相鄰兩單元軌節(jié)鎖定軌溫之差大于5℃，左右兩股鋼軌的鎖定軌溫之差大于3℃，同一設(shè)計鎖定軌溫的長軌條最高與最低鎖定軌溫之差大于10℃。

（3）鋼軌產(chǎn)生不正常的過量伸縮。

（4）無縫線路固定區(qū)鋼軌出現(xiàn)嚴重的不均勻位移。

（5）原因不明，施工時未按設(shè)計規(guī)定鎖定的線路。

2.滾筒放散法

滾筒放散法是在設(shè)計的鎖定軌溫范圍內(nèi)，把需要放散應(yīng)力的長軌條先松開，并拆除扣件，然后抬起鋼軌，放上滾筒，將鋼軌落放在滾筒上，撞擊長軌條數(shù)次，使長軌條基本上能自由伸縮。一旦軌溫合適，即撤滾筒、緊扣件，進行鎖定。

滾筒放散法最好在軌溫較設(shè)計鎖定軌溫略高時進行，并與撞軌配合使用，以消除滾筒本身摩阻力的影響，才能使應(yīng)力放散均勻徹底。

3.綜合放散法

綜合放散法是在設(shè)計的軌溫范圍以下時，利用拉軌器和撞軌器配合作用，通過均勻拉伸長軌條，以提高它的零應(yīng)力軌溫，使鎖定軌溫一步到位的方法。拉伸長軌條時，應(yīng)做到勻、準、夠。其過程是：

（1）形成零應(yīng)力：在放散段自然溫度的條件下，軌下墊滾筒，全部配件必須松開，使鋼軌能自由伸縮、以50m或100m為單元進行觀測，并用撞軌器沿鋼軌走行方向依次撞軌。當鋼軌發(fā)生反彈現(xiàn)象時，即視為零應(yīng)力。

（2）計算拉伸量：鋼軌放散至零應(yīng)力狀態(tài)后，根據(jù)鎖定軌溫和實際軌溫計算出鋼軌拉伸量，用拉伸器和撞軌器聯(lián)合作用拉出該伸長量后即鎖定鋼軌。

2.4.4　無縫線路鎖定方法

1.鋼軌溫度的測定

（1）鋼軌溫度是無縫線路設(shè)計、鋪設(shè)和維修的重要資料。影響軌溫的因素比較復(fù)雜，根據(jù)調(diào)查觀測資料分析，一般規(guī)定最高軌溫比當?shù)刈罡邭鉁馗?0℃，最低軌溫與當?shù)刈畹蜌鉁叵嗤虚g軌溫為最高和最低軌溫的平均值。

（2）線路上的鋼軌由于背陰狀況、太陽直射與否等的影響，軌頂、軌腰和軌底的溫度可能都有差別，同一股鋼軌不同位置也有差別。因此，在測量軌溫時，要多測幾個位置，然后取其平均值。

（3）鋼軌軌溫目前多采用半導(dǎo)體點溫計和鋼軌測溫計測量。

2.鎖定軌溫

無縫線路的鎖定軌溫是指長軌節(jié)溫度應(yīng)力狀態(tài)為零時的軌溫（又稱零應(yīng)力軌溫）。在鋪設(shè)無縫線路時，把長軌節(jié)的始端和終端落槽時分別測得的軌溫取平均值，作為該段無縫線路施工的鎖定軌溫。設(shè)計無縫線路時采用的設(shè)計鎖定軌溫，通常是在保證無縫線路的強度與穩(wěn)定條件下，由計算確定，即這樣的軌溫要保證無縫線路冬天鋼軌不被拉斷，夏天不發(fā)生脹軌跑道。一般算得的設(shè)計軌溫比中間軌溫略高。

3.線路鎖定

（1）線路鎖定前應(yīng)掌握當?shù)剀墱刈兓?guī)律，根據(jù)各施工區(qū)段的時間間隔，選定軌溫及施工時間。

（2）考慮到施工的方便，線路鎖定時允許鎖定軌溫變化范圍為±5℃。

（3）鎖定軌溫應(yīng)準確、可靠，符合設(shè)計規(guī)定。

（4）整正軌枕及軌距后，應(yīng)兩股鋼軌同步鎖定，同時在鋼軌上設(shè)置縱向位移觀測的“零點”標記。

（5）必須準確確定無縫線路鎖定軌溫，相鄰兩段單元軌節(jié)鎖定軌溫之差不得大于5℃，左右兩股鋼軌的鎖定軌溫差不得大于3℃，同設(shè)計鎖定軌溫的長軌條最高與最低鎖定軌溫之差不大于10℃。

（6）鎖定軌溫與鎖定日期應(yīng)列入竣工資料。

4.整正軌道

線路鎖定后，應(yīng)立即按下列要求整正軌道，并開始觀測鋼軌位移情況：

（1）搗固道床，特別應(yīng)搗實經(jīng)方正的軌枕下的道床，水平和高低差應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。

（2）夯拍整理道床，使斷面符合設(shè)計要求。

（3）鋼軌位移觀測記錄應(yīng)列入竣工資料。

（4）起道時，著力點應(yīng)離開焊縫。

2.4.5　無縫線路軌道精調(diào)

1.有砟軌道無縫線路軌道整理

鋪設(shè)無縫線路之后至線路開通之前，道床應(yīng)逐步進入穩(wěn)定階段。通過檢測，對于不能滿足技術(shù)規(guī)定的線路，應(yīng)用大型養(yǎng)路機械等對軌道及道岔進行軌道整理作業(yè)。

軌道整理達標基本工藝流程為：軌道整理→靜態(tài)檢測→鋼軌預(yù)打磨→動態(tài)驗收→交工。

2.無砟軌道無縫線路軌道整理

1）一般規(guī)定

（1）無砟軌道工程施工質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，對不符合規(guī)定的軌道應(yīng)進行軌道整理作業(yè)。

（2）線路開通前應(yīng)由軌道檢查車進行動態(tài)質(zhì)量檢測（道岔及鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器與軌道一并進行）。

（3）線路動態(tài)質(zhì)量檢測應(yīng)符合軌道動態(tài)質(zhì)量檢測的相關(guān)規(guī)定，道床漏泄電阻和鋼軌阻抗應(yīng)滿足軌道電路傳輸長度的要求。

（4）位移觀測規(guī)定：對無縫線路長軌條位移情況每月觀測一次，并填寫記錄。位移觀測樁處相對位移換算軌溫加上原鎖定軌溫超出設(shè)計鎖定軌溫允許范圍時，應(yīng)及時查明原因并進行處理。

2）無縫線路及道岔軌道整理

（1）無縫線路軌道整理準備工作、作業(yè)軌溫條件等與有砟軌道線路相同。

（2）軌下充填式墊板施工基本工藝流程為：確認軌道狀態(tài)→按規(guī)定間距插入調(diào)整墊塊→精調(diào)軌面高程、水平、高低→插入注入袋→切開注入口、排氣口→調(diào)和樹脂并注入→不受載靜置，切除注入口、排氣口→取出調(diào)整墊塊，擰緊扣件螺栓→軌道狀態(tài)檢查。

3.鋼軌預(yù)打磨

（1）在線路驗收前，應(yīng)對全線鋼軌進行預(yù)打磨作業(yè)。

（2）鋼軌全線預(yù)打磨應(yīng)具備以下條件：無縫線路經(jīng)整理作業(yè)后，道床進入穩(wěn)定階段。軌面高程及道床外觀尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求。鋼軌扣件齊全緊固。鋼軌焊接接頭的平直度應(yīng)達到設(shè)計規(guī)定。

（3）打磨列車到達工地后，根據(jù)軌面狀態(tài)，可采用列車運行打磨、成形打磨等方式進行作業(yè)。打磨列車的使用和管理按其操作手冊及維修保養(yǎng)手冊的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

（4）質(zhì)量檢驗應(yīng)符合以下要求：檢驗機具包括直尺、塞尺、鋼軌平直度測量儀、波紋磨耗測量儀、鋼軌頭部橫斷面繪圖儀和打磨列車上的測量儀器。在使用打磨列車時，必須用安裝在打磨列車上的測量設(shè)備做打磨后測量。打磨后的鋼軌應(yīng)達到設(shè)計要求。