论文高速铁路无缝线路应力放散及锁定施工技术.docx
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论文高速铁路无缝线路应力放散及锁定施工技术
高速铁路无缝线路应力放散及锁定施工技术
中铁十四局集团第五工程有限公司于目涛周峰
摘要：
随着世界高速铁路技术的日新月异，无缝线路逐渐取代有缝线路成为世界高速铁路发展的主流，特别是京沪高速铁路的修建，为世界高铁的发展具有指导意义。
本文根据现场施工经验，着重讲解了新建高速铁路无缝线路的应力放散和锁定，为今后同类施工起到指导意义。
关键词：
高速铁路无缝线路放散锁定
一、前言
京沪高速铁路是世界上标准最高，技术含量最大，一次性建成里程最长的高速铁路，北起北京南站，途径天津、河北、山东、江苏、安徽，终点到上海虹桥站，贯穿四个省三个直辖市，全长1318公里。
施工中首先铺设500米轨条，然后采用世界上最先进的移动闪光焊技术进行现场焊接，全线为无缝钢轨。
为了克服钢轨的热胀冷缩，即：
克服钢轨在高温时产生的压应力和在低温时产生的拉应力，就要掌握钢轨在零应力时的轨温，在钢轨零应力时对钢轨进行锁定，就是钢轨的锁定轨温。
无缝线路应力放散与锁定是跨区间无缝线路施工的最后关键工序，应力放散是否均匀、准确、彻底，直接影响到线路的稳定性。
应力放散是拆除单元轨节的扣件,解除约束,抬上滚筒,通过滚筒、拉轨器、撞轨器、小锤等工具,使积累在单元轨节内的温度力得到释放,然后落槽,上好扣件达到设计的扣压力进行锁定,保证钢轨在锁定轨温下达到零应力状态。
应力放散与线路锁定根据现场的钢轨温度的不同有综合放散法（也叫拉伸放散法）和滚筒放散法（也叫自由放散法）两种。
线路经应力放散和焊接锁定后形成无缝线路。
二、施工作业准备
2.1组织机构准备
成立应力放散和锁定领导小组，全面负责无缝线路应力放散和锁定工作。
应力放散和锁定工作牵扯工序多，人员多，部门多，线路长，要求严，是一项综合性的工作，必须有一个统一的领导组织，各工序之间要相互配合，协调作业。
锁定焊轨、正火、粗磨、探伤、精磨、平直度检测及放散和锁定等工序要有机的协调好，才能确保此项工作顺利优质快速的进行。
2.2内业技术准备
根据施工要求编制可实施性的施工方案编制后,经过相关上级部门审批后，在开工前组织技术人员认真进行学习。
阅读、审核施工图纸,澄清有关技术问题,熟悉规范和技术标准，制定施工安全保证措施，编制相应的应急预案。
对施工人员进行技术交底，进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
由于放散锁定工作受钢轨的实际温度限制，施工前，调查近期钢轨轨温，填写钢轨轨温调查表，确定放散锁定工作开始时间。
2.3外业准备
根据现场实际施工情况需要配齐作业人员及施工机具，易损件配备足够的备用件。
设置足够的技术管理人员，配备齐全的检测工具及仪器设备。
三、技术要求
3.1技术管理
技术主管负责技术交底书的编制、发放，对工序的实施过程进行控制检查；根据施工进度，提报材料计划。
现场技术员负责拉伸量及各临时位移观测点位移量的计算工作，并做好放散中的检查工作。
质检工程师负责对整套工序监督检查及抽查。
3.2技术标准
3.2.1正线轨道为一次铺设跨区间无缝线路。
确保放散前各单元轨节钢轨的外观完好无损没有外伤，单元焊头质量合格。
3.2.2锁定轨温：
京沪高速铁路三标段、四标段设计锁定轨温根据江苏、山东两省年最高、最低轨温进行确定。
根据设计和上海局要求明确规定京沪高铁徐州至宿州段、徐州至枣庄段无咋轨道锁定轨温控制在23±2℃，战场内有咋轨道锁定轨温28±2℃（上海铁路局管辖）；根据设计和济南局要求枣庄至曲阜段锁定轨温控制在23±3℃（济南铁路局管辖）。
3.2.3线路锁定时，实际锁定轨温必须在设计锁定轨温允许范围内。
相邻单元轨节的锁定轨温差不得大于5℃；同一单元轨节左右股钢轨锁定轨温应一致，最大温差不得超过3℃；同一区间内无缝线路内单元轨节的最高与最低锁定轨温之差不得大于10℃。
如果不满足以上任何一项，则应采取重新放散措施。
3.2.4为保证轨内应力均匀放散，避免出现过大的温度力差，在同一单元轨节长度内要同步进行锁定。
3.2.5单元轨节布置
单元轨节就是在现场把已经铺好的几根500米（有时也存在小于500米的短轨）钢轨根据设计要求先焊接成为一个单元，放散锁定时再把各个单元进行锁定焊接，使全线成为无缝线路。
单元轨节的布置根据线路条件、工点情况、施工工艺等因素进行设置，其长度除站场范围外，一般按1000～2000m设置，最短不得小于200米。
除特殊条件外，在区间内一般按2000米作为一个单元轨节。
3.2.6岔区无缝线路
3.2.6.1道岔焊接采用铝热焊的焊接方式，除绝缘接头采用胶接绝缘接头外，其余全部焊联。
无缝道岔直股与相邻长轨条焊联，为防止直曲基本轨和直曲尖轨出现位移相错量，在岔后侧股焊联一定长度并锁定。
3.2.6.2单组或相邻多组一次锁定的道岔（含区间线路）及其前后各一定范围的钢轨组成一个单元轨节。
其锁定轨温与两端区间无缝线路设计锁定轨温一致。
四、施工人员分工及机械设备配备
按照一个放散及锁定班组设置，每班组需要人员如下：
序号
岗位
人数
施工作业内容
备注
1
指挥
1
现场负责
2
技术员
2
现场质量控制
3
班组长
3
负责班组内作业
4
扣件拆装
30
扣件拆除、锁定
绝缘垫片的安装
5
滚筒安装
50
应力放散
6
位移观测
20
观测钢轨位移
7
拉轨器组
8
拉轨器操作
8
撞轨组
24
撞轨器安装及撞轨
9
钢轨焊接
10
锁定焊接
10
安全员
4
防护
11
探伤工
2
锁定焊头探伤
合计
154
应力放散机具配置表
序号
工具名称
数量
备注
1
对讲机
20台
2
起道机
6台
3
撬棍
40把
4
内燃螺栓扳手
14台
5
丁字扳手
20把
6
小平板车
8台
7
照明设备
2套
8
活动扳手
4把
9
锯轨机
2台
一台备用
10
手锤
50把
据实际情况而定
11
照明头灯
120个
夜间施工时用
12
滚轮
400个
13
拉轨机
2台
一台备用
14
防侧翻滚轮
30个
曲线段用
15
撞轨机（包）
4套
一套备用
16
电子数显轨温计
10块
17
吹风机
4台
五、作业内容
单元轨节焊接完成后，进行应力放散及锁定作业。
当实测平均轨温在设计锁定轨温范围时，采用滚筒放散法（也叫自由放散法）进行应力放散；当实测平均轨温低于设计锁定轨温时，采用综合放散法（拉伸）进行线路应力放散。
确保线路应力放散均匀、准确、彻底。
根据所处的位置不同分为区间、站场、岔区放散与锁定。
六、工艺流程（见附图1）
图中：
Tsg—表示施工时测量轨温，Ts—表示设计锁定轨温
附图1：
应力放散及线路锁定工艺流程图（以四标段设计标准为例）
七、作业细则
7.1滚筒放散法施工工艺（见附图2）
附图2：
滚筒放散法施工工艺流程图
7.1.1测量轨温，当施工时钢轨的温度在设计锁定轨温范围内时，采用滚筒放散法进行施工。
7.1.2确定待放散线路钢轨的长度，保证单元轨节内各焊接接头合格。
7.1.3以岔后第一个单元为例。
在线路与道岔岔前之间留够铝热焊的缝隙，一般情况下设置为25~28毫米（为了保险起见，根据施工经验对于不能及时进行铝热焊施工的该处轨缝预留量尽量小于设计量）。
将待放散钢轨向前方锁定70~100米，作为受力起始段。
7.1.4用内燃扳手解除本次待放散单元轨节上剩余的所有扣件，抬起钢轨每隔10~15米在轨底垫一个滚筒。
7.1.5设置临时位移观测点，按照每100米一个点，共设置20处，每处设置一名观测员。
7.1.5在线路放散全长范围内每300~500米左右设一处撞轨点，用撞轨器沿放散方向撞击钢轨，同时用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，充分放散温度应力。
严禁敲击轨头及轨顶面，观测各点的位移量变化情况，当轨端及各观测点位移发生反弹时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时停止撞轨，放散归零完成；否则，应检查滚筒有无倾斜、脱落，钢轨有无落槽及撞击力不够等现象，如果存在则进行调整，重新撞轨。
7.1.6钢轨应力放散均匀后撤掉滚筒，使长轨平稳地落入承轨槽内，同时检查橡胶垫有无歪斜，及时加以纠正，同时为了钢轨的后期精调质量，钢轨落槽前确保承轨台上干净无杂物。
7.1.7放散范围内要迅速上齐扣件并拧紧，当单元轨节终端100~150米范围内扣件上齐且达到设计的扣压力时，此时视为此单元轨节已锁定，测量并记录安装扣件的开始和结束时的轨温，取其平均值作为该单元的实际锁定轨温。
7.1.8如果因为作业空间限制，放散完成后扣件可以按照“隔二上一”的方法，后面可以及时跟进补齐所有扣件。
7.1.9做好位移观测标记，读取并记录初读数
7.1.10将先期锁定的70~100米钢轨松开扣件，垫好滚轮，用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，充分放散温度应力，迅速撤除滚轮并进行锁定。
7.1.11本单元放散锁定完成后，焊轨车推进到锁定焊接位置，待下一个待放散单元钢轨滚筒按照10~15米标准垫完后开始进行锁定焊接。
焊接完成后焊轨机后退50米进行正火、粗磨、初次探伤合格后进行下一个单元应力放散锁定。
7.1.12解除上一单元已放散线路末端25~50米长度范围内的所有扣件。
抬起待放散钢轨，每隔10~15米在轨底垫一个滚筒，开始进行本单元的放散锁定工作。
7.1.13放散方法与上述7.1.5~7.1.9步骤相同。
7.2、综合放散法（拉伸）施工工艺（见附图3）
7.2.1测量轨温，当施工时钢轨的温度低于设计锁定轨温范围时，采用综合放散法进行施工。
7.2.2解除本次待放散单元轨节所有扣件，抬起钢轨，每隔10~15米在轨底垫一个滚筒，使钢轨达到自由伸缩状态，上一单元锁定完成后焊轨机推进到本单元进行锁定焊接，正火，粗磨，初探合格后焊轨机后退50米，解除上一单元已放散线路末端25~50米长度范围内的扣件，每隔10~15米垫一个滚筒后开始进行本单元放散锁定工作。
7.2.3在线路放散全长范围内每300~500米左右设一处撞轨点，用撞轨器沿放散方向撞击钢轨数次，同时用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，当轨端和各观测点位移发生反弹时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时停止撞轨，钢轨归零完成；否则，应检查滚筒有无倾斜、脱落，钢轨有无落槽及撞击力不够等现象。
7.2.4确定待放散线路钢轨的长度，并每隔100米左右设1处临时位移观测点，在各观测点上做出拉伸位移的零点标记。
附图3：
拉伸放散法施工工艺流程图
7.2.5测量此时轨温，根据此时轨温与计划锁定轨温之差计算拉伸量、锯轨量：
7.2.5.1、按下式计算钢轨拉伸量
△L=α×L×（Tjh-Tsg）
式中：
△L——单元轨节拉伸量（mm）。
α——钢轨的线膨胀系数，取α=0.0118/℃
L——放散长度（m），为放散单元轨节与已锁无缝线路末端所拆扣件长度之和。
Tjh——计划锁定轨温（℃）。
Tsg——施工时所测单元轨节的平均轨温（℃）。
7.2.5.2锯轨量
△L＇=△L+△Ly－Lf
式中：
Lf——长轨处于自由状态时，长轨末端与下一个单元轨节始端的距离（mm）。
△Ly——预留轨缝（一般取6~8mm）。
△L＇：
如计算出为正值则需锯轨，如计算出为负值则不需锯轨。
举例：
某待放散单元长2000m，设计锁定轨温Tjh=23℃，现场撞轨归零后实测平均轨温Tsg=18.5℃,现场量测Lf=140mm
总拉伸量△L=α×L×（Tjh-Tsg）=106mm预留轨缝△Ly=6mm
△L＇=△L+△Ly－Lf=-28mm不用锯轨，直接拉伸
根据总拉伸量计算出各个临时位移观测点1#~19#点的拉伸位移量进行观测钢轨的位移量，及时排除影响放散的障碍，确保应力放散均匀、彻底。
7.2.6安装拉轨器。
将待放散前一个单元从相邻端100米扣件上紧，拉轨器安装在待放散长钢轨自由端和前一个单元的钢轨始端部，根据计算的总拉伸量确定１～１９＃各个临时位移观测点的拉伸量并做好标记，按计算的拉伸量△L拉伸钢轨，在拉伸过程中采用撞轨器、手锤配合，待观测点达到设计的拉伸量后从1号点到20号点依次进行拆除滚筒上紧扣件进行锁定。
7.2.7在拉轨器保压状态下撤除撞轨器及滚筒，使长轨平稳地落入承轨槽内，安装扣件，锁定线路。
同时检查橡胶垫，有错位者纠正，同时确保承轨台上无杂物。
7.2.8单元轨节末端75m~100m范围内要迅速上齐扣件并拧紧，此时视为单元轨节已锁定，测量并记录75m~100m范围内扣件的开始和结束时的轨温，取其平均值作为该单元的实际锁定轨温。
其余地段扣配件由隔二上一紧扣件，直至补齐上紧。
注意：
在锁定作业完成之前不得因拉轨器的失压而使轨端出现位移。
7.2.9撤除拉伸器，根据拉伸的实际长度和拉伸时的轨温，换算出本根钢轨的实际锁定轨温值，填入记录表。
7.2.10当扣件“隔二上一”上完后，进行另一股钢轨的放散作业，待本单元轨节两根钢轨全部锁定完后，补齐所有扣件。
7.2.11做好位移观测标记，读取并记录初读数。
7.2.1２焊轨车推进待下一单元滚筒垫好后进行焊轨作业，探伤合格后进行下个单元的放散和锁定。
拉伸器拉轨图片曲线路段防钢轨侧翻装置
内燃扳手上紧扣件夜间进行钢轨锁定焊接
临时位移观测点电子数显轨温计测量轨温
撞轨器撞轨安装滚筒
附：
应力放散与锁定施工顺序图
八、道岔焊接及锁定
8.1按照设计要求，道岔内部及岔前、岔后采用铝热焊焊接方式。
8.2道岔应力放散及锁定必须在设计锁定轨温范围内进行。
8.3道岔采用滚筒放散法施工。
敲击轨腰时使用铜锤，避免伤害道岔母材。
8.4道岔放散锁定时，必须将岔间渡线同时放散锁定。
由于道岔不宜直接承受拉力，无特殊情况下一般采用滚筒放散法进行放散锁定，不宜采用拉伸放散法。
8.5施工工艺与上述相同。
九、技术保证措施及注意事项
9.1进行线路应力放散锁定前，轨道标高、轨向、高低、水平等几何参数基本达到设计标准，按设计要求设置好位移观测桩。
9.2施工轨温应在设计锁定轨温范围以内或以下时施工，施工前应掌握当地轨温变化情况，根据轨温变化规律，合理选定施工时间。
9.3测量轨温要有专人负责。
测量轨温的方法为在单元轨节的两端分别设一个测点、中间每隔500设一个测点，同时进行测量，取其平均值，根据施工经验轨温表要放置轨腰背光处。
9.4线路应力放散锁定前，应按设计要求埋设位移观测桩。
位移观测桩应设置齐全、牢固可靠、易于观察和不易损坏。
线路锁定后，应立即在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记，按规定开始观测并记录钢轨位移情况。
9.5无缝线路锁定轨温必须准确，并在设计锁定轨温范围内。
同时应满足前后单元轨节及左右股钢轨锁定轨温的有关要求。
9.6放散单元轨节长度宜为1000～2000米，最短不得小于200米。
9.7上扣件人员必须步调一致、紧张有序，在短时间内迅速上完扣件。
9.8左右股单元轨节接头相错量不宜超过100mm，铺轨的过程中就要控制钢轨接头的相错量，若左右股接头的相错量超过100mm时应及时锯轨。
9.9京沪高铁弹条的扭力矩设计是250N.M，扣件安装应正确，无缺少、无损坏，无污染、无空吊，扭力矩达到设计标准（±10%），弹条中部前端下颏与轨距块凸台间隙≯0.1mm
9.10采用滚筒放散法放散时，为了彻底消除铺轨过程中钢轨碎弯，使线形更平顺，在不超过设计锁定轨温上限的前提下适当的用拉伸器对钢轨进行拉伸，一般拉伸20mm左右。
十一、施工安全注意事项
11.1现场作业人员必须服从现场负责人的统一指挥，严格按照规定程序操作，严禁违章蛮干。
11.2在施工过程中，严格按照有关规定作业，在撤滚筒时手脚不得放在钢轨下方，防止钢轨、机具伤人。
11.3无缝线路放散锁定施工必须在确认线路封锁并设好防护后方可进行。
11.4应力放散用手锤敲击钢轨轨腰时，力量不宜过大，方法要正确，避免手锤反弹伤人。
11.5当轨温较高时，松扣件时，应先将接头打开，使长轨成自由状态，然后隔一松一，直至全部松完，防止胀轨伤人。
11.6应力放散施工过程中，使用起道机时，禁止“放炮”，防止钢轨突然落下损伤扣件。
11.7为了确保施工中人身安全，每个临时观测点人员负责各点施工人员的安全防护工作，把设置单元前后方向的两个安全防护员的指令传达给现场施工人员。
十二、结束语
我公司承担京沪高速铁路DK534+400~DK755+600管段的钢轨的铺设及放散锁定任务，施工中按照施工方案和工艺流程，严格控制，科学施工，克服先导段联调联试之施工干扰，自2010年10月2日开始到11月8日率先完成了京沪高铁先导段所属的宿州东站到枣庄西站间的正线的放散锁定任务，确保了京沪高铁先导段联调联试工作的正常进行，为12月3日京沪高铁创造时速486.1公里世界最高试验运营速度做出了贡献。
2010年12月22日完成了宿州东到曲阜东站间的所有的正线和站线的放散和锁定工作，标准高，要求严，施工科学规范，得到路局工务部门和业主的好评。
参考文献：
客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准铁建设[2005]160号
客运专线铁路轨道工程施工技术指南TZ211—2005
高速铁路轨道几何状态检测与轨道精调京沪高铁股份有限公司赵国堂
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