新建无砟轨道一次铺设跨区间无缝线路施工技术研究

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　　【摘要】京沪高速铁路起自北京南站，终到上海虹桥站。新建双线铁路全长1318公里，是世界上一次建成线路最长、标准最高的高速铁路，也是建国以来一次投资规模最大的建设项目。其道床结构为预制CRTSⅡ型板式(博格板式)无砟轨道，设计为一次性铺设跨区间无缝线路。该型式的无砟轨道无缝线路具有高、平、顺、稳、少维护的特点。本文重点阐述了京沪高速铁路一次性铺设跨区间无砟轨道无缝线路的施工工艺流程、施工方法和技术创新措施。研究表明，该施工工艺和方法同样适用于其他类型无砟轨道。
　　关键词：无砟轨道；无缝线路；施工工艺
　　
　　1工程概况
　　京沪高速铁路起自北京南站，终到上海虹桥站。新建双线铁路全长1318公里，是世界上一次建成线路最长、标准最高的高速铁路，也是建国以来一次投资规模最大的建设项目。全线共设北京南、天津西、济南西、南京南、虹桥等21个车站。设计时速为350公里，初期运营时速为300公里，规划输送能力为单向每年运送8000万人。
　　由中交集团承建的京沪高速铁路六标段铺轨起点常州东特大桥，终点虹桥站，里程为DK1148+522～DK1305+100范围内正线的跨区间无缝线路的铺设，以及无锡站、苏州站、昆山站、虹桥站、虹桥动车所走行线、虹桥站至虹桥动车所联络线范围内的线路、道岔和站线的铺设。其中正线铺轨313.85Km，站线及联络线铺轨76.6Km，铺设道岔193组。本标段正线道床全部为CRTSⅡ型板(博格板)式无砟轨道。
　　2建立铺轨基地
　　为了确保轨道铺设时长钢轨的及时供应，并考虑到焊轨厂长钢轨生产能力和长钢轨过既有铁路的运输限制，以及铺轨工期的要求，需提前储备一定数量的500m长钢轨，为此须建设500m长钢轨储存基地即铺轨基地。由于500m长轨是采用长轨运输列车通过既有铁路运输至铺轨基地，为此铺轨基地尽量选在邻近既有铁路，并且靠近新建铁路的地方，以尽量减少临时联络线的铺设，最好是能利用新建联络线作为500m长钢轨进出场通道。铺轨基地长轨存储规模，根据铺轨数量的大小、长钢轨供应能力，以及铺轨工期的要求设置，一般要求铺轨前长轨的存储量为铺轨数量的60%以上。
　　根据招标文件的要求，虹桥铺轨基地设置在新建虹桥动车所内，按照“永临结合”原则建设，北邻沪昆铁路封浜站，南邻新建虹桥高速站，利用虹桥站与动车所间高速动车进出段线作为长轨出场通道，进入虹桥站高速场后，再进入京沪正线进行长钢轨铺设。
　　
　　
　　3WZ500-TY型无砟轨道长钢轨铺设机组组成
　　随着我国高速铁路客运专线的快速发展，铁路钢轨纷纷由原来的25米长的P50轨改进为500米长的P60轨，轨道由原来的有砟轨道改为无砟轨道，原有的各种铺轨机已不能满足铺设长轨的高铁建设的需要，针对高铁这种铺设长轨的要求，同时为适应各类无砟道床铁路的建设，通过对原有WZ500型无砟轨道铺轨机组铺设情况的研究，与国际上技术领先的法国吉斯玛公司及隶属于南车集团的株州旭阳机电科技开发有限公司共同研发，并处于国内领先水平的无砟轨道铺轨机组。
　　该无砟轨道铺轨机组与传统铺轨机组相比具有以下优点：一、推送装置改进了利用卷扬机拖拉钢轨方式，采用液压机械手从长轨车上直接抓取钢轨，大大提高了安全、可靠和效率等性能；二、推送装置采用两级推送，加大了大坡度和小半径曲线的推送力度，提高了铺轨效率；三、牵引车采用可旋转走行轮，实现了牵引车的横向移动，节省了双线间转线的时间，大大提高了铺轨效率。
　　WZ500-TY型无砟轨道长钢轨铺设机组由长钢轨牵引车、钢轨推送车及钢轨顺坡车三大部分组成。
　　长钢轨牵引车（图2）：主要起钢轨铺设导向和提供部分牵引力作用。牵引车由操纵控制室、底盘、橡胶轮行走机构、钢轮行走机构、夹轨装置、地面滚筒收发箱、自动导向装置、动力装置、液压系统、电控系统等组成。
　　钢轨推送车（图3）：分为主推送和框架推送，主要完成抓取、分轨、推送等动作。由框架推送装置、卷扬装置、分轨装置、主推送装置、过渡装置、对轨装置、液压系统、动力电控系统等组成。
　　钢轨顺坡车（图4）：完成从钢轨推送车顺坡过渡至无砟道床上，再连接至牵引车。
　　长钢轨运输车组（图5）：四层钢轨运输车组。承载钢轨量50根或48根，承载量50根的车组可以通过国铁既有运输铁路，每层装载方式为底层往上依次14、14、12、10根；承载量48根的车组不可以通过国铁既有运输铁路，每层装载12根。
　　
　　
　　4WZ500-TY型无砟轨道长钢轨铺设施工
　　4.1施工准备
　　500m长钢轨铺设前需做好充分准备，主要包括调度集中运输指挥系统建立、机车乘务和列检组织、长轨运输通道、长轨和扣配件集中存储、线路道床检查。为保证长轨工程列车正点运行，铺轨前必需建立高度集中指挥的行车调度所，沿线车站按临时开站管理。设置铺轨基地预先存储长钢轨和扣配件是确保WZ500-TY型铺轨机不间断连续作业的基本条件。机车乘务换班和列检作业则需根据施工进度和每日工程列车发车要求，提前规划。线路道床检查是在铺设长轨前，首先评定无砟整体道床是否具备铺轨条件、勘查现场是否存在铺轨障碍。
　　4.2螺栓孔注油和散铺扣配件
　　4.2.1螺栓孔注油
　　在拧套螺纹道钉前，逐一揭开螺栓孔保护帽，检查螺栓孔，清理杂物。采用BADGER防锈脂加注机配合人工，按福斯罗扣件在螺栓孔中添注10-15克润化剂，对套管和螺纹道钉进行润化防护。
　　4.2.2散铺扣配件
　　京沪高铁预制CRTSⅡ型板式(博格板式)无砟轨道，需待整体道床形成后，扣配件再组织运输到现场临近堆料点，采用垂直运输机械和物料运输车转运至道床上人力散铺安装，并按隔一紧六，拧紧预上的扣配件。
　　4.3编制配轨计划
　　根据单元轨节设计和铺轨前方桥梁、隧道、道岔设置情况，编制配轨计划。按配轨计划组织长钢轨运输车在存轨场装车线吊装长钢轨，拼装式长轨运输车按两层6km每车，每层12根长钢轨装车。装车时，选择轨端高低公差相近的长钢轨配对为前后两对长轨。装车完毕，逐根逐层检查长钢轨锁定状态，确保锁固。
　　4.4长钢轨运输
　　长钢轨装车和锁固完毕，经列检作业，以东风4型机车为牵引动力，从存轨场经由接轨站、长钢轨运输临时通道按超长货物运输组织方案组织运输至铺轨现场。途中，列车尾部、锁定装置旁派遣随车人员，进行引道和监控长轨运行中的稳定状态，随时与机车上乘务长保持联系，确保运行安全。
　　4.5长钢轨推送喂轨
　　当运输列车停好就位后，由引道员准确安放铁鞋。松开要拖拉钢轨的锁定装置，将分轨导框调到与拖拉钢轨位置相应的宽度，用WZ500-TY长轨推送器上的卷扬机钢丝绳（带夹轨器）牵拉长钢轨至推送器钢轨夹钳处，锁定钢轨夹钳并关闭卷扬机，启动WZ500-TY长轨推送器推送长轨至WZ500铺轨牵引车钢轨夹钳处，将钢轨头与牵引车钢轨夹钳锁固好。
　　4.6牵引机牵引拖拉长钢轨
　　长钢轨轨头与WZ500牵引车钢轨夹钳锁固就绪后，启动拖拉钢轨前行，在无砟轨道轨枕边缘（靠近前进方向），每隔12m左右随着运行依次放置一对滚轮。运行中每间隔50m左右各设防护员监护长轨运行，确保不刮碰螺杆扣件及滚轮正位滑移。在长大上坡或曲线地段，摩擦阻力增大运行困难时，开启推轨器加力推送，提高铺轨效率。牵引运行限速5km/h，离末端还有10m时，降速至0.5km/h，开启过渡桥吊缓慢引导钢轨下滑，钢轨末端下滑至前分轨小车滑槽时停车，前拉或后退微调，把钢轨后端平稳移拉到与已铺好的钢轨连接，后端安装钢轨接头应急保护夹轨器，前端将铺轨牵引车钢轨夹钳处松开，推出轨头。

　　4.7收取滚轮和整理紧固扣件
　　依次取出滚轮，采用ROBEL内燃液压紧固机按直线地段隔7紧1、曲线及大坡度地段隔5紧1拧紧一组扣件，接头前后各5根轨枕扣件应安装齐全拧紧。用运输小平车收取滚轮，在牵引车尾部平台码放好。铺轨列车以不大于5km/h的速度推进，循环进行下一对长钢轨的铺设。
　　5500m 长钢轨工地焊接
　　长钢轨铺设进度超过1个区间后，按邻线行车，采用K922移动闪光焊轨机组织本线将相邻500m长钢轨工地焊接成1500-2000m的单元轨节，顺铺轨方向依次进行，焊轨时需要在线路两端设置防护，以保证施工设备及人员安全。
　　5.1拆除扣件和支垫滚轮
　　拆除待焊钢轨所有扣件以及待焊轨相邻后端钢轨约10m范围的扣件，在待焊钢轨下每隔12.5m支垫滚轮，使待焊钢轨处于自由状态，满足焊接过程拉轨的需要。
　　5.2钢轨除锈
　　采用手提砂轮打磨机打磨轨缝两侧的轨腰及轨端面，对焊轨接头处除锈。要求表面光洁，不得有锈斑，打磨量1次不超过0.2mm，接头前后各打磨700mm。
　　5.3焊机就位和钢轨对位
　　当载有移动焊机的平板车第一个轮对距焊接位置2.4m左右，焊机对位完成，迅速安放铁鞋；利用液压支腿顶升平板车，使其前轮离开轨顶面6～8cm。利用手摇式起道机将钢轨顶起，在距待焊端面1m左右钢轨轨底敲入斜铁，夹紧两待焊钢轨进行对位，满足预拱度为1.7～2mm，轨头水平和垂直方向错边不得超过0.5mm，轨底边缘错边不得大于1mm。
　　5.4钢轨焊接
　　使用K922型移动闪光焊机对钢轨进行焊接。焊机夹紧钢轨后自动焊接钢轨并推除焊瘤。焊机操作人员应认真观察焊接过程并填写焊接记录。焊接结束后立即检查焊机钳口部位及钢轨与钳口接触处，如果焊头存在被钳口烧伤、严重错位、推瘤推亏、裂纹等缺陷都应判为不合格。每焊完一个焊头应对钳口进行清理，保证钳口表面光洁、平整。
　　5.5焊后正火
　　正火使用火焰加热器对接头进行加热。正火过程中应控制好氧气、乙炔流量及摇火摆动频率。加热起始阶段轨头表面中心线温度应在400℃以下，加热终了轨底表面中心线温度应为850℃左右。正火结束后用光电测温仪测量并记录温度，用波磨尺测量轨顶面和内侧工作面的平直度是否满足规范要求。
　　5.6粗磨及精磨
　　利用钢轨角磨机对焊接接头的轨顶面、侧面、轨底角表面进行粗打磨，打磨时不宜横向打磨焊缝。接头降温至50℃以下后，采用仿形打磨机对焊缝两侧各450mm范围内的轨顶面、轨头内侧工作边进行精打磨。精磨后接头表面的不平度应满足焊缝中心线两侧各100mm范围内不大于0.2mm。轨顶面及轨头内侧工作边母材打磨深度不应超过0.5mm。
　　5.7钢轨焊接接头探伤检查
　　每个钢轨焊接接头均应进行超声波探伤检查，探伤时接头的温度不应高于40℃。焊接接头中发现缺陷当量大于探伤灵敏度规定值时，应判定为不合格，经外观和探伤检查不合格者均必须锯切重焊。
　　6应力放散及锁定
　　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，上好扣件锁定，保证钢轨在锁定轨温下达到零应力状态。
　　应力放散有滚筒放散法与综合放散法两种。
　　6.1当轨温在设计锁定轨温范围内时采用“滚筒放散法”
　　滚筒放散法是用撞轨器和小锤敲击单元轨节放散应力。作业时，施工人员用撞轨器沿放散方向撞击钢轨，用小锤敲击轨腰，待轨端位移出现反弹且零点归零时落槽，锁定单元轨节。
　　6.2当轨温在锁定轨温范围以下时采用“综合放散法”
　　综合放散法亦须先将单元长轨条放散至呈零应力状态，再根据基本公式△L=αL△t计算出钢轨拉伸量，将钢轨均匀拉伸至设计锁定轨温所对应的长度，并注意零点归零及临时位移观测点的位移量成线性比例。当与理论计算值相差不大于3mm时，钢轨落槽，即刻锁定线路。
　　6.3滚筒放散法施工工艺流程及技术要求
　　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。解除本次待放散线路及上次已放散线路末端75米左右线路上的扣件。抬起钢轨，每个10米左右在轨底放置滚筒。
　　每隔500米左右设一处撞轨点，用撞轨器撞击钢轨，同时观测各点的位移量变化情况。当钢轨位移发生反弹且各点位移变化均匀时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时停止撞轨；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。撤掉滚筒，使长轨平稳地落入承轨槽内，同时检查橡胶垫，有错位者纠正。
　　将作业人员均匀分布待应力放散长轨范围内，测量并记录开始紧扣件时的轨温，同时进行紧扣件作业，每隔两根紧一根，无缝线路尾端25～75m范围内的扣件全部紧完，并上紧无孔钢轨接头，此时视为长轨已锁定。记录此时轨温为结束时轨温，同时继续紧完其余全部扣件。
　　做好位移观测标记，读取并记录初始读数。
　　无缝线路锁定时，实际锁定轨温应在设计锁定轨温范围内，相邻单元轨节间的锁定轨温差不应大于5℃，同一单元轨节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℃。无缝线路应力放散应做到均匀、准确、彻底。
　　无缝线路锁定后，应立即在钢轨上标记位移观测“零点”位置，应力放散后连续5天进行观测钢轨位移情况并做好记录。
　　6.4综合放散法施工工艺流程及技术要求
　　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。
　　长轨拉伸量按以下公式计算：
　　 △L=α×L×（TSJ―Td）
　　 △L―拉伸量（mm）
　　 α―钢轨的线膨胀系数，α＝11.8×10-6/℃
　　 L―单元轨节长度（mm）
　　 TSJ―设计锁定轨温（℃）
　　 Td―锁定作业当时实际轨温（℃）
　　使钢轨达到自由伸缩状态，施工方法与滚筒放散法相同。在各观测点上做出拉伸位移的零点标记。
　　
　　7轨道精调与钢轨预打磨
　　7.1轨道精调
　　无缝线路形成之后，在联调联试前，采用轨道检测小车配合人工进行整理作业，使得线路的平顺性满足要求。
　　7.2钢轨预打磨
　　在线路验收前，采用PGM-48型钢轨打磨列车对全线钢轨进行全长预打磨作业，使钢轨表面光滑、平顺、无斑点，以进一步提高轨道平顺性。
　　8结束语
　　跨区间无缝线路铺设的精度对高速铁路的高、平、稳具有重要的意义，其关键是钢轨焊接和长轨应力放散锁定的质量控制，因此必须坚持严格的钢轨型检、焊接周期检验、现场无损探伤，规范施工工艺，大力引进和研究创新更安全、性能更优越的配套工装设备，同时应进一步探索论证500m长轨连续焊联作业法的科学性，形成工艺创新的新思路，全面系统提升我国高速铁路跨区间无缝线路铺设施工技术水平。
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