7客运专线长钢轨低温锁定施工工法.docx

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7客运专线长钢轨低温锁定施工工法

客运专线长钢轨低温锁定施工工法

中铁二局股份有限公司中铁二局集团新运工程有限公司

1前言

京津城际铁路全长113.544km，采用CRTSⅡ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。

技术总结形成本工法。

2工法特点

⑴、工地焊轨设备配置先进合理，施工工艺新，可操作性强。

⑵、施工方法简便，可操作性强，施工质量稳定，满足350km/h铁路客运专线技术要求。

⑶、施工进度快，降低了无缝线路长钢轨锁定施工对环境和气温的施工方法简便，值得推广。

3适用范围

本工法适用于低温条件下长钢轨放散锁定和焊接施工，也适合于非低温条件下的无缝线路放散锁定施工。

4工艺原理

⑴、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，焊接质量稳定可靠。

⑵、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。

⑶、运用在低温条件下进行无缝线路锁定施工，采用加热或拉伸的方法使钢轨伸长至锁定轨温时的长度，然后迅速进行锁定。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

图5-1K922移动焊轨机工地焊接长钢轨施工工艺流程图

图5-2客运专线长钢轨低温锁定施工工艺流程图

5.2长钢轨低温锁定工艺理论分析

按长钢轨的力学和热力学理论，当实际轨温低于设计锁定轨温ΔT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：

⑴、加热法使长钢轨均匀受热，长钢轨实际轨温升高ΔT至设计锁定轨温时，长钢轨伸长量ΔL=轨温差ΔT×温度线膨胀系数α1×长钢轨长度L，温度线膨胀系数α1=11.8×10-6℃-2；

⑵、拉伸法使长钢轨均匀伸长，拉伸伸长量ΔL与⑴述温度伸长量相当时，长钢轨状态达到设计锁定轨温状态，拉伸力T=（弹性模量E×钢轨伸长率ΔL/L）×钢轨横断面积A，即钢轨伸长量ΔL=（拉伸力T/钢轨横断面积A）/弹性模量×钢轨长度L，弹性模量E=210GPa，钢轨横断面积A=77.45cm2；

⑶、每组钢轨扣件可提供纵向阻力9KN。

经计算，90吨级液压拉伸机可满足实际轨温最大低于设计锁定轨温35℃时2000m及以下长度单元轨的放散锁定施工。

5.3操作要点

⑴、K922移动焊轨机工地焊接长钢轨施工

图5-3钢轨除锈

图5-4K922移动焊轨机工地焊接长钢轨

图5-5工地长钢轨焊接接头打磨

图5-6工地长钢轨焊接接头超声波探伤

1）、准备工作

移动焊轨机对位，支撑支腿油缸，拆除焊机前3m左右和前端待焊500m长轨的扣件，并用滚轮支垫，使两待焊轨端平齐。

2）、轨端除锈

用手砂轮机对钢轨端部600mm范围内的轨腰和端面进行除锈至表面有金属光泽。

3）、焊接

焊接前利用煤气喷枪对钢轨进行预热至50℃，然后操作焊轨车吊机，K922焊机对钢轨进行夹持、焊接并进行保压推瘤。

4）、焊轨机前行

同线另一根钢轨焊接完成后，拆除滚轮，按照1/3上线路扣减，并拧紧。

轨道车顶推焊轨机前行进行下一根钢轨焊接。

5）、正火

拆除焊缝两段约15m左右的扣件，将钢轨适当垫高，用氧炔焰对焊缝进行加热至900±50℃，熄火后迅速利用专门制作的钢轨焊头保温箱和石棉被对焊头进行覆盖，防止冬季低温和吹风使钢轨的冷却速度过快而淬火。

6）、钢轨打磨

对焊头轨底上角、下角进行打磨，应打磨圆顺；用仿型打磨机将焊缝及焊缝两侧1m长度范围内的轨顶面、轨头侧面进行精细打磨。

7）、探伤

利用便携式超声波探伤仪对焊缝进行探伤，并喷焊接流水号。

并将拆除的线路进行恢复。

⑵、无缝线路长钢轨低温锁定施工

1）、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。

①、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”。

②、在钢轨轨腰上每间隔100m安装轨温器，查看轨温。

③、在2000m钢轨上按200～300m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。

2）、起点处100m拉伸锚固轨锁定焊接

图5-7长钢轨加热

起点处拉伸锚固轨由于不能提供拉伸反力，不能采用拉伸法锁定，由于在低温条件下进行区间锁定时，道岔钢轨不能进行拉伸。

因此，100m拉伸锚固轨采用加热的方式使钢轨伸长，达到锁定轨温的长度。

①、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。

②、利用每个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。

③、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，迅速取出滚轮使钢轨落槽，并上紧扣件对钢轨进行锁定。

④、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。

3）、单元轨应力放散

图5-7长钢轨低温锁定施工流程示意（拉伸法）

图5-8长钢轨拉伸

图5-8长钢轨拉伸量观察

①、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。

②、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。

③、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轨腰，使钢轨在拉伸时均匀伸长。

4）、线路锁定

①、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。

②、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。

③、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。

6劳动力组织

表6-1移动焊轨机工地焊接长钢轨劳动力组织表

序号

工序及岗位

单班

单班人员配置说明

1

焊轨队长

1

2

轨道车司机

1

轨道车与移动焊轨车联挂

3

焊轨车操作

3

4

除锈、锯轨

2

钢轨除锈

5

正火

2

6

打磨

2

手砂轮和仿型打磨机各2

7

探伤

2

8

质量检查及喷号

1

9

防护

2

线路两端

10

线路工

2

11

普工

——

拆卸及恢复线路、安拆滚筒、钢轨拉伸、撞轨、位移观测等

12

值班电工及机修工

2

包括锯轨等

13

调车人员

1

合计

61

表6-2长钢轨低温锁定2000m单元轨劳动力组织表

序号

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1

2

线路工

40

含工班长5，配合线路

3

普工

160

4

施工防护

4

5

以上合计

207

7材料与设备

表7-1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

1

2

轨道车

JY290DT-5

台

1

3

内燃锯轨机

HC355

台

2

4

端面打磨机

台

2

5

仿型打磨机

MR150E

台

2

6

氧炔焰正火设备

套

1

7

发电机

凯马5KW

台

4

8

内燃螺栓扳手

NLB-300

台

30

9

超声波探伤仪

CTS-23plus

台

2

10

粗磨设备

800w

套

2

11

滚轮

个

150

12

钢轨检查尺

1m

套

6

13

起道机

15t

台

8

14

交通车

60座

台

3

15

运输汽车

3吨

台

3

8质量控制

8.1质量标准

⑴、正线无缝线路最短焊接短轨不小于12m，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，单元轨接头应置于两承轨台扣件节点中间。

⑵、除道岔内外焊接接头采用铝热焊外，钢轨焊接接头采用闪光接触焊，钢轨焊接按规定做焊接型式试验和周期检测，并由铁道部科学研究院出具钢轨焊接型式试验报告。

⑶、本线无缝线路锁定轨温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℃。

⑷、焊接接头的表面平直度允许偏差：

轨顶面+0.2、0mm，轨头内侧工作面+0.2、0mm，轨底（焊筋）+0.5、0mm。

⑸、全线钢轨预打磨作业后，钢轨顶面平直度1m范围内允许偏差+0.2、0mm。

8.2质量保证措施

⑴、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。

⑵、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。

⑶、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。

⑷、在无风线路应力放散锁定施工过程中，各工序施工人员按照技术交底要求和施工规范、技术标准，严把质量关。

⑸、开展QC活动、技术交流和合理化建议收集活动，积极采纳员工提出的合理化建议，通过不断改进和完善施工工艺和方法以提高施工质量。

9安全措施

⑴、按照“安全第一，预防为主”的方针，建立健全安全管理体系，推行安全生产责任制，加强施工人员安全培训和生产过程的安全监督检查。

⑵、加强行车安全管理，行车中严格控制车速，施工中应在施工前后端个500m距离处设置安全防护。

⑶、焊接施工时，施工人员应避让飞溅的火花；经常检查正火设备氧气乙炔管道的密封性能

⑷、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应齐心协力，安装取出滚轮应迅速，以免引发安全事故。

10环保措施

⑴、设立环保机构，切实贯彻环保法规。

严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护、水土保持的法规、方针、政策和法令。

环保工作由专人负责，定期检查。

⑵、及时清理钢轨焊接、打磨过程中产生的灰尘、铁屑和焊瘤以及设备漏油。

11效益分析

11.1社会效益

⑴、京津城际铁路是中国第一条时速350km客运专线，备受国内国际关注，长轨铺设与焊接锁定全部使用本施工技术并取得良好效果，施工管理和施工质量受到主流媒体的广泛关注，社会反映良好。

⑵、本施工技术保证了施工质量和工期，为京津城际的顺利完工提供了技术保障。

11.2经济效益

⑴、本施工技术的使用，在平均气温-5℃以下、最低气温-15℃等恶劣天气条件下，按期完成了京津城际铁路233公里客运专线无缝线路长钢轨锁定施工，既保证了工期，又节省了二次放散的费用。

⑵、K922移动焊机的保压推瘤功能在焊轨过程中的使用，填补了国内有碴和无砟轨道锁定焊接的空白，具有广泛的应用前景。

12工程实例

京津城际铁路全长113.544km，采用CRTSⅡ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。

中铁二局运用本技术在平均气温-5℃以下、最低气温-15℃的恶劣天气条件下完成全部无缝线路长钢轨锁定施工，铁道部和北京铁路局、京津城际铁路公司组织的无缝线路锁定轨温检测仪检测的结果表明，施工质量合格稳定。