沙特南北鐵路無縫線路應(yīng)力放散施工工藝

管 羽

（中鐵十八局集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，天津 300222）

1 工程概況

沙特南北鐵路礦物線路CTW200標(biāo)段軌道設(shè)計(jì)為有碴道床、混凝土軌枕及60kg/m鋼軌無縫線路，總長(zhǎng)457km。此標(biāo)段位于沙特中北部地區(qū)，氣候炎熱干旱，晝夜溫差較大，白天氣溫最高可達(dá)45℃，夜間最低氣溫達(dá)到零下3℃，絕對(duì)最高溫度可達(dá)50℃～65℃，給受溫度影響較大的應(yīng)力放散施工帶來更高的要求。且標(biāo)段橫穿沙漠，風(fēng)沙較大，軌道經(jīng)常積沙，應(yīng)力放散施工前需先清理軌道上的積沙，從而影響應(yīng)力放散作業(yè)進(jìn)度。

2 無縫線路的應(yīng)力放散

無縫線路已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國(guó)鐵路的主要軌道結(jié)構(gòu)，但是由于鋼軌的軌條長(zhǎng)度會(huì)隨著鋼軌周圍環(huán)境氣溫的變化而變化，自由伸縮長(zhǎng)短，導(dǎo)致“冬季斷軌，夏季脹軌”，所以需要通過應(yīng)力放散的技術(shù)方法消除或減少溫度的影響，保障線路的穩(wěn)定性和安全性。

此外，在無縫線路施工過程中也會(huì)出現(xiàn)實(shí)際鎖定軌溫超出設(shè)計(jì)軌溫范圍的情況，導(dǎo)致線路出現(xiàn)脹軌或斷軌現(xiàn)象，應(yīng)采取對(duì)長(zhǎng)軌條進(jìn)行放散或調(diào)整應(yīng)力后重新鎖定。全區(qū)間或跨區(qū)間無縫線路的應(yīng)力放散應(yīng)按管理單元進(jìn)行，按計(jì)劃開口，然后放散應(yīng)力。

常用的應(yīng)力放散分為滾筒放散法和綜合放散法。放散時(shí)一定注意做到“勻、準(zhǔn)、夠”；左右兩股鋼軌應(yīng)同步鎖定，避免出現(xiàn)過大溫度力差；實(shí)際鎖定軌溫應(yīng)準(zhǔn)確、可靠，符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

3 無縫線路放散量及放散方向的確定

3.1 放散量

3.1.1 拉伸量

式中 ΔL——鋼軌的拉伸量；

α—— 鋼軌的線膨脹系數(shù)，α=0.0000118/℃；

L——鋼軌長(zhǎng)度；

Ts——鋼軌的設(shè)計(jì)鎖定軌溫；

Tsj——鋼軌的實(shí)際軌溫。

3.1.2 放散量

式中 ΔL——放散量；

α—— 鋼軌的線膨脹系數(shù)，α=0.0000118/℃；

L——需要放散應(yīng)力的鋼軌長(zhǎng)度；

T1——設(shè)計(jì)鎖定軌溫；

T2——作業(yè)時(shí)軌溫。

當(dāng)施工軌溫低于鋪軌平均軌溫時(shí)，ΔL為負(fù)值，即放散后單元軌節(jié)要縮短，此時(shí)應(yīng)立即鎖定線路，將前方單元軌節(jié)向后串動(dòng)焊接。當(dāng)施工軌溫高于鋪軌平均軌溫時(shí)，放散后則需鋸軌。鋸軌量為兩軌端之間的長(zhǎng)度。鋸軌時(shí)按鋸軌操作程序進(jìn)行鋸軌，并要求軌端不垂直度小于0.8mm。

3.1.3 鋸軌量

式中 ΔL″——鋸軌量；

ΔL′——放散量；

λ——焊接預(yù)留軌縫；

α—— 整治線路爬行時(shí)鋼軌移動(dòng)量，如移動(dòng)方向與應(yīng)力放散方向相反為正，反之為負(fù)［1］。

3.2 放散方向的確定

放散方向與行車方向一致時(shí)，能使長(zhǎng)軌條放散后的鎖定軌溫更均勻，特別是在低溫拉伸時(shí)，因此，應(yīng)盡量使放散方向與行車方向一致。如結(jié)合整治線路正爬行時(shí)，可采用放散方向與行車方向相反［2］。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1 施工人員及機(jī)具設(shè)備

施工主要人員大約需要35人，主要有焊軌組、撞軌組和拉伸組等組成。主要機(jī)具設(shè)備包括：鋸軌機(jī)，液壓軌道拉伸器，扣件機(jī)，電動(dòng)仿型打磨機(jī)，撞軌小車，鋁熱焊設(shè)備，角磨機(jī)，防磨機(jī)，溫度計(jì)，滾輪，空壓機(jī)和撬棍等。

4.2 應(yīng)力放散施工流程

圖1 應(yīng)力放散施工流程圖

4.3 施工準(zhǔn)備

4.3.1 鎖定軌溫

鋪設(shè)無縫線路的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)逆i定軌溫，這對(duì)無縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有很大的影響。一般采用稍高于本地區(qū)的中間軌溫作為鎖定軌溫。根據(jù)CTW200標(biāo)特殊規(guī)范要求，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)剀墱氐淖兓?guī)律，確定沙特南北鐵路鋼軌放散溫度在20℃～47℃，鎖定軌溫在42℃～47℃，現(xiàn)場(chǎng)施工一般取44.5℃為鎖定軌溫。當(dāng)溫度低于42℃時(shí)，可以采用長(zhǎng)軌條下加設(shè)滾筒，同時(shí)在放散終端按照拉伸器進(jìn)行輔助拉伸，以提高它的零應(yīng)力軌溫；如軌溫超過47℃時(shí)，需等到溫度合適再進(jìn)行放散施工。鎖定軌溫是設(shè)計(jì)、鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)無縫線路的重要技術(shù)參數(shù)，須高度重視，如實(shí)記錄。

4.3.2 設(shè)置位移觀測(cè)樁

按單元軌節(jié)設(shè)置位移觀測(cè)樁，樁間距離不宜大于500m；當(dāng)單元節(jié)不足500m時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整樁間距離。每組道岔應(yīng)設(shè)置5對(duì)位移觀測(cè)樁，即岔前、岔后、限位器、距離道岔前后各50m設(shè)1對(duì)位移觀測(cè)樁，較長(zhǎng)橋梁的兩端應(yīng)增設(shè)位移觀測(cè)樁。

4.3.3 標(biāo)記臨時(shí)位移觀測(cè)點(diǎn)

根據(jù)設(shè)置好的位移觀測(cè)樁，在鋼軌上標(biāo)記，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)加密觀測(cè)點(diǎn)，作為鋼軌應(yīng)力放散時(shí)的臨時(shí)位移觀測(cè)點(diǎn)，通過對(duì)鋼軌唯一的觀測(cè)，以判斷應(yīng)力放散是否徹底。

4.4 卸扣件、墊滾筒

無縫線路的應(yīng)力放散必須拆卸放散范圍內(nèi)的扣件，并在相應(yīng)鐵軌下放置滾筒，使軌下的阻力減小到最低限度，迫使鋼軌得以自由收縮。所以在應(yīng)力放散單元軌節(jié)和上一單元軌節(jié)100m范圍內(nèi)，每隔15m設(shè)置一滾筒。具體方法為：將鋼軌扣件卸除、用起道機(jī)頂起鋼軌落于滾筒上，鋼軌頂面高于承軌面5cm左右。

4.5 撞軌

由于鋪設(shè)長(zhǎng)軌可能與作業(yè)時(shí)軌溫不同，彈條卸除、鋼軌頂起后，鋼軌的約束解除將產(chǎn)生位移，由于摩阻力的影響，此時(shí)鋼軌內(nèi)部應(yīng)力仍不為零。用兩端的拉軌機(jī)來回串動(dòng)鋼軌，觀察鋼軌的位移從起點(diǎn)向終點(diǎn)方向是否呈線性增長(zhǎng)，若不是，則再串軌并在位移不均勻處輔以撞軌。

為了把阻力減小到最低限度，需在長(zhǎng)軌條下墊入滾筒，撞軌可促使鋼軌溫度應(yīng)力釋放，拉伸是為了補(bǔ)償溫差。滾筒配合撞軌法是在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)鎖定線路，拆除扣件，每隔10～15m撤出枕上橡膠墊板，同時(shí)墊入滾筒，配合適當(dāng)撞軌，使長(zhǎng)軌條正常伸縮，達(dá)到自由狀態(tài)。

4.6 拉軌

滾筒結(jié)合拉伸器配合撞軌法是在軌溫低于鎖定軌溫時(shí)，用前述方法放散使長(zhǎng)軌條達(dá)到自由狀態(tài)，然后使用鋼軌拉伸器拉伸長(zhǎng)軌條，拉伸到位后鎖定線路。施工時(shí)鋼軌鎖定軌溫應(yīng)在42℃～47℃，若軌溫低于鎖定軌溫即小于42℃時(shí)，單元軌節(jié)起點(diǎn)端用拉軌機(jī)固定，終點(diǎn)端用拉軌機(jī)拉伸。如軌溫大于鎖定軌溫，則等到軌溫在鎖定軌溫范圍內(nèi)，然后進(jìn)行拉軌工序。

4.7 落軌、上扣件鎖定

軌溫處于鎖定軌溫范圍內(nèi)或單元軌節(jié)拉伸至鎖定軌溫范圍內(nèi)時(shí)，由放散起點(diǎn)向終點(diǎn)方向依次去除滾筒，將鋼軌落到軌枕上，上好扣件緊固鋼軌，記錄鎖定軌溫和拉伸量。

4.8 鎖定后焊接

無縫線路焊接要求把鎖定軌溫不變作為最基本的要求，一般現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)有2種形式。

（1）不插入短軌原位焊接。

當(dāng)探傷檢查發(fā)現(xiàn)鋼軌焊接接頭有重傷，或發(fā)現(xiàn)沿焊瘤發(fā)生垂直斷裂時(shí)，可采用不插入短軌原位焊接。在鋼軌損傷處前后的軌頭非工作邊上，做控制點(diǎn)標(biāo)記，如圖2所示。如為重傷鋼軌，只需測(cè)量控制點(diǎn)距離L，若鋼軌已斷裂，則應(yīng)測(cè)量控制點(diǎn)距離l1、l2和斷縫S。

圖2 重焊前在軌頭非工作邊上作控制點(diǎn)標(biāo)記

（2）插入短軌原位重焊。

在鋼軌損傷處前后的軌頭非工作邊上，做控制點(diǎn)標(biāo)記，測(cè)量距離l1、l2和斷縫S。在兩控制點(diǎn)間，標(biāo)上鋼軌鋸切斷面位置，并測(cè)量?jī)啥蚊婢嚯xL2，如圖3所示，圖上L2-S=l3+l4，若L1=L3+l4，則L1=L2-S。配置插入焊接的短軌。設(shè)鋁熱焊預(yù)留焊縫為Δl，則插入焊接短軌的長(zhǎng)度L0按下式計(jì)算：L0=l1-2Δl或L0=L2-S-2Δl［3］。

圖3 鋸切斷面、測(cè)量距離和斷縫標(biāo)記

根據(jù)以上2種焊接形式，利用鋁熱焊將放散單元軌節(jié)于上一放散的單元軌節(jié)焊連起來。

因沙特南北鐵路在沙漠地段風(fēng)沙較大，在鋁熱焊施工中務(wù)必做好防沙工作以確保鋁熱焊質(zhì)量。

5 結(jié)束語

施工前首先應(yīng)認(rèn)真檢查機(jī)具和設(shè)備，操作人員必須服從統(tǒng)一指揮，按作業(yè)程序施工；其次，根據(jù)當(dāng)時(shí)氣溫控制好鎖定軌溫，實(shí)際鎖定軌溫必須在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)，必須準(zhǔn)確確定無縫線路鎖定軌溫；然后，確保相鄰兩段單元軌節(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℃，同一設(shè)計(jì)鎖定軌溫的長(zhǎng)軌條最高與最低鎖定軌溫之差不得大于10℃；最后，確保固定區(qū)鋼軌位移，避免出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻位移情況。但是在某些特殊條件下，施工需要提高或降低無縫線路的鎖定軌溫，以確保施工過程中不發(fā)生脹軌或長(zhǎng)軌節(jié)斷裂。該項(xiàng)目榮獲2016～2017年度中國(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)。

［1］ 丁士昭，逢宗展. 鐵路工程管理與實(shí)務(wù)［J］. 中國(guó)建筑工業(yè). 2016，（1）：105-107.

［2］ 田承禎，程永威. 無縫線路應(yīng)力放散和調(diào)整方法［J］. 鐵道建筑. 1999，（1）：25-27.

［3］ 劉濤. 淺談無縫線路應(yīng)力放散施工技術(shù)［J］. 甘肅科技. 2012，（3）：134-136.