更換長(zhǎng)軌時(shí)如何預(yù)先確定鉆孔位置

王成

在鐵路施工中，配合工務(wù)更換長(zhǎng)軌是電務(wù)常見(jiàn)的一項(xiàng)工作。更換長(zhǎng)軌時(shí)，工務(wù)部門一般選擇溫度適當(dāng)?shù)募竟?jié)（軌溫一般小于35℃），以避免因軌溫過(guò)高而影響鋼軌放置。電務(wù)配合工務(wù)部門更換長(zhǎng)軌時(shí)，需要等工務(wù)做好應(yīng)力放散后（新鋼軌位置不再變化），再進(jìn)行鋼軌鉆孔、打塞釘、安裝電容、引接線等工作，時(shí)間相對(duì)比較緊張，極易影響施工進(jìn)度；而且工務(wù)在做好應(yīng)力放散后，會(huì)有大量的地腳螺栓緊固人員在線路上進(jìn)行鎖定鋼軌作業(yè)，同時(shí)還有舊料回收的平板車來(lái)回在線路上運(yùn)行，與電務(wù)鉆孔作業(yè)時(shí)需固定在鋼軌上的鉆孔機(jī)嚴(yán)重交叉，影響作業(yè)效率。為此電務(wù)提出在待換鋼軌還未就位時(shí)，提前進(jìn)行鉆孔作業(yè)，且通過(guò)計(jì)算確定好鉆孔位置，提高要點(diǎn)施工時(shí)的工作效率。下面詳細(xì)說(shuō)明預(yù)鉆孔時(shí)鉆孔位置的確定方法。假設(shè)待換鋼軌上的鉆孔位置與既有鋼軌電務(wù)設(shè)備安裝位置的縱向變化量為ΔL，單位為mm。

1 工務(wù)大機(jī)更換長(zhǎng)軌的作業(yè)流程

工務(wù)大機(jī)更換長(zhǎng)軌施工時(shí)，會(huì)至少提前一天將長(zhǎng)軌卸放在既有鋼軌兩側(cè)，并進(jìn)行鋼軌焊接，通過(guò)拉桿（拉桿套在枕木的地角螺桿上）固定待換鋼軌。拉桿均勻分布且長(zhǎng)度一致，待換鋼軌距既有鋼軌約840 mm。換軌位置示意見(jiàn)圖1。更換長(zhǎng)軌作業(yè)時(shí)，換軌作業(yè)車輛先運(yùn)行至換軌起點(diǎn)處，將新鋼軌穿入換軌車的中部導(dǎo)框位置，隨著換軌作業(yè)車的開行，新鋼軌與舊鋼軌沿著車輛運(yùn)行方向逐步實(shí)現(xiàn)位置的互換。隨后固定新鋼軌的換軌起點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的軌溫條件進(jìn)行相應(yīng)的鋼軌拉伸作業(yè)，最后再進(jìn)行鎖定鋼軌作業(yè)。

2 鉆孔位置變化定性分析

2.1 工務(wù)應(yīng)力放散的影響

根據(jù)鋼軌熱脹冷縮的原理，為確保鐵路運(yùn)輸安全，工務(wù)部門相關(guān)規(guī)定為：更換長(zhǎng)軌時(shí)要固定起點(diǎn)，將新鋼軌強(qiáng)制拉伸至預(yù)計(jì)鎖定后的軌溫狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，再進(jìn)行鎖定作業(yè)，這個(gè)拉伸量明顯會(huì)影響鋼軌的鉆孔位置變化。

2.2 曲線地段的影響

對(duì)于曲線地段，根據(jù)換軌處所曲線的曲線半徑和曲線長(zhǎng)度，可以近似得到曲線地段的圓心角θ，其計(jì)算公式為θ=L周/r（L周為圓弧周長(zhǎng)、r為半徑）。由于待換鋼軌是被均勻放置在既有鋼軌兩側(cè)約840 mm的位置，所以處于曲線內(nèi)側(cè)的待換鋼軌彎曲半徑，會(huì)比即將更換的鋼軌半徑小；而處于曲線外側(cè)的待換鋼軌彎曲半徑，會(huì)比其即將更換鋼軌半徑大。因曲線地段的角弧度θ不變，則L周會(huì)因半徑的變化而變化?？梢钥闯鲂落撥壍拈L(zhǎng)度L周與既有鋼軌長(zhǎng)度L周明顯存在差異，這個(gè)差異顯然也會(huì)影響鋼軌鉆孔的位置變化。

圖1 換軌位置示意

3 鉆孔位置變化量的定量分析

3.1 工務(wù)應(yīng)力放散定量分析

以直線地段更換長(zhǎng)軌為例，根據(jù)工務(wù)放散量的計(jì)算公式：

式中：L為鋼軌的長(zhǎng)度（m）；T1為預(yù)計(jì)放散后的鎖定軌溫，由工務(wù)部門事先確定；T2為放散作業(yè)開始時(shí)的軌溫。

2018年11月14日，在渝懷線松桃站自東向西（東龍口至西龍口）更換了1 000 m的長(zhǎng)軌，預(yù)計(jì)放散后的鎖定軌溫T1取32℃，T2取8℃，那么本次鋼軌的放散量為0.0118×1 000×（32-8）=283.2 mm，即鋼軌位置最大的變化量有283.2 mm。該值的確定對(duì)鉆孔位置影響較大。

對(duì)于電務(wù)來(lái)說(shuō)，需要得到每個(gè)電容、每根ZPW-2000軌道引接線鉆孔位置的變化量。因此根據(jù)上述計(jì)算，將放散量進(jìn)行均勻地分布，可得知對(duì)于1 000 m長(zhǎng)的鋼軌，每百米的放散量為28.32 mm。若第1個(gè)電容（引接線）距離東龍口100 m，那么每個(gè)電容（引接線）的鉆孔位置在換上待換鋼軌并鎖定后，會(huì)向西變化，且變化量依次為：28.32 mm、56.64 mm、84.96 mm……也就是說(shuō)，在待換軌上進(jìn)行鉆孔時(shí)，鉆孔位置需要依次按照上述變化量向東預(yù)留。由工務(wù)放散量的計(jì)算公式，直線地段距東龍口X處鉆孔位置變化量為

3.2 曲線地段定量分析

相比直線地段，曲線地段換軌稍顯復(fù)雜。先不考慮放散量，設(shè)r為既有鋼軌曲線半徑，r1為待換鋼軌曲線半徑，L1為待換鋼軌在此曲線地段的長(zhǎng)度。因是自東向西大機(jī)更換長(zhǎng)軌，所以其位置最大變化量為

進(jìn)而看出距東龍口X處鉆孔位置的變化量為：ΔLX=840×X/r；曲線內(nèi)側(cè)的鉆孔位置將向東變化（r＞r1），曲線外側(cè)則向西變化（r＜r1）。如曲線地段更換800 m長(zhǎng)軌，曲線地段半徑為1 000 m，可知θ=0.8。設(shè)溫度參數(shù)和前述直線地段一致，若先不考慮放散量，那么更換鋼軌后，處于曲線內(nèi)側(cè)的待換鋼軌會(huì)向東變化，且其最大變化量為

綜合考慮放散量（800 m鋼軌在T1取32℃，T2取8℃的放散量為226.56 mm），那么處于曲線內(nèi)側(cè)的待換鋼軌位置最大變化量為

對(duì)應(yīng)每百米的變化量為

445.44/8 =55.68（mm）。而處于曲線外側(cè)的待換鋼軌位置會(huì)向西變化，其最大變化量為

672+226.56 =898.56（mm）

對(duì)應(yīng)每百米的變化量為

898.56/8 =112.32（mm）。

根據(jù)以上計(jì)算，對(duì)應(yīng)處于曲線內(nèi)側(cè)的每個(gè)電容、引接線（設(shè)每100 m有一個(gè)電容或引接線，且第1個(gè)電容距離東龍口的距離為100 m）處的待換鋼軌鉆孔位置，向東的變化量依次為：55.68 mm、111.36 mm、167.04 mm……而處于曲線外側(cè)的每個(gè)電容（引接線）處的待換鋼軌鉆孔位置會(huì)向西變化，其變化量依次為：112.32 mm、224.64 mm、336.96 mm……

由此可以看出，曲線地段鉆孔位置變化量的確定方法為：

處于曲線內(nèi)側(cè)的鉆孔位置變化量為

而于曲線外側(cè)的鉆孔位置變化量為

X為鉆孔位置距東龍口的距離，單位為m；r為曲線半徑，單位為m；當(dāng)變化量計(jì)算結(jié)果為負(fù)值時(shí)，表示向東變化。

3.3 直線與曲線混合地段變化量定量分析

對(duì)于更換鋼軌的區(qū)域既有直線地段又有曲線地段的情況，可以先將該換軌地段分解成為若干個(gè)曲線和直線地段，分別計(jì)算其位置變化量；然后根據(jù)所處地段位置，依次自東向西累加前一段的變化量，這樣就能得到每個(gè)鉆孔位置的變化量。

如一次更換1 800 m的鋼軌，前1 000 m為直線區(qū)段，后800 m為曲線區(qū)段，曲線半徑為1 000 m。根據(jù)上述計(jì)算可知：前1 000 m直線地段的鉆孔位置的變化量和前述直線地段一致，而后一段曲線地段中處于曲線內(nèi)側(cè)鉆孔位置的變化量為：

處于曲線外側(cè)鉆孔位置的變化量為：

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施注意事項(xiàng)

4.1 相關(guān)準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施時(shí)，需提前調(diào)查好更換長(zhǎng)軌地段的參數(shù)，包括曲線半徑、曲線長(zhǎng)度、直線長(zhǎng)度等；施工點(diǎn)下達(dá)后，電務(wù)部門根據(jù)當(dāng)時(shí)天氣特點(diǎn)，確定好氣溫T2，T1可直接通過(guò)工務(wù)部門獲得，且攜帶好必要的測(cè)量工具及記號(hào)筆。

4.2 長(zhǎng)軌焊縫處的考慮

若計(jì)算出來(lái)的鉆孔位置位于長(zhǎng)軌的焊縫處前后400 mm范圍內(nèi)，根據(jù)工電結(jié)合部文件相關(guān)規(guī)定，屬工電結(jié)合部A類問(wèn)題，需適當(dāng)調(diào)整，向前或向后移動(dòng)，一定要避開在焊縫前后400 mm范圍內(nèi)鉆孔。

5 實(shí)施效果驗(yàn)證

根據(jù)上述計(jì)算方法，先后在渝懷線的沙壩站、普覺(jué)站、蘭橋站等更換長(zhǎng)軌施工中進(jìn)行了充分驗(yàn)證，鉆孔位置適當(dāng)。與傳統(tǒng)方式相比，節(jié)省時(shí)間約50 min，提高了配合效率和設(shè)備質(zhì)量，為以后配合工務(wù)線路大機(jī)搗固施工，減少了電務(wù)配合的工作量（基本不需要對(duì)線路引接線和電容進(jìn)行綁扎了），提高了電務(wù)勞動(dòng)效率。