北京大興機(jī)場(chǎng)線隧道段移動(dòng)式閃光焊焊插短軌技術(shù)

牛瑞達(dá)

（鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081）

1 引言

無(wú)縫線路有著接頭少、維修量小、列車運(yùn)行平穩(wěn)性高、噪聲低等優(yōu)勢(shì)，已逐漸成為現(xiàn)代城市軌道交通主要的發(fā)展方向。無(wú)縫線路施工過(guò)程中及列車運(yùn)營(yíng)期間，常出現(xiàn)鋼軌接頭重傷、鋼軌擦傷、位移觀測(cè)爬行量超限等問(wèn)題，為保證線路滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范及運(yùn)營(yíng)的要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修處理。針對(duì)以上問(wèn)題，常見(jiàn)的維修處理方式有鋁熱焊插焊短軌施工、移動(dòng)式閃光焊焊插短軌施工等。其中移動(dòng)式閃光焊由于具有焊接質(zhì)量更穩(wěn)定、焊接軌頭更耐磨的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為現(xiàn)代城市軌道交通施工常用的一種焊接形式，但其工序更為復(fù)雜，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求更高，因此需要對(duì)其施工把控更加嚴(yán)格。本文以北京地鐵大興機(jī)場(chǎng)線（以下簡(jiǎn)稱“新機(jī)場(chǎng)線”）隧道段軌頭損傷修復(fù)為例，介紹移動(dòng)式閃光焊焊插短軌施工流程及其控制要點(diǎn)。

2 施工前準(zhǔn)備工作

2.1 焊接參數(shù)確定

為保證焊軌作業(yè)的合規(guī)性、安全性，在正式焊軌前，需先分析焊軌機(jī)以及鋼軌母材特性，再進(jìn)行焊軌的試驗(yàn)工作，最后確定焊軌機(jī)焊軌時(shí)的相關(guān)參數(shù)。且焊接軌頭需經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行正式的焊軌作業(yè)。同時(shí)根據(jù)TB/T?1632.2-2014?《鋼軌焊接?第2部分：閃光焊接》要求，每焊接200個(gè)接頭需進(jìn)行一次生產(chǎn)性檢驗(yàn)。

新機(jī)場(chǎng)線用60軌鋼軌材質(zhì)為U75V，焊軌機(jī)型號(hào)為YHG-1200TH。結(jié)合其鋼軌材質(zhì)特性、焊軌機(jī)型號(hào)及工作環(huán)境等因素，確定焊軌機(jī)工作參數(shù)為：設(shè)置電壓370?V；帶電頂鍛時(shí)間1?s；總頂鍛時(shí)間6?s；最大頂鍛量13.5?mm；頂鍛后推瘤時(shí)間1?s；推瘤后保壓時(shí)間11?s。

2.2 施工機(jī)具及材料準(zhǔn)備

由于新機(jī)場(chǎng)線現(xiàn)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，針對(duì)施工期間遺留的軌頭損傷問(wèn)題，需充分利用列車停運(yùn)的“天窗時(shí)間”，由運(yùn)營(yíng)單位統(tǒng)一安排施工單位進(jìn)行維修處理。為確保施工作業(yè)順利進(jìn)行，在施工作業(yè)之前需將所需的工、機(jī)具準(zhǔn)備齊全。此施工作業(yè)之前需準(zhǔn)備的工、機(jī)具及材料主要有軌道車、移動(dòng)式焊軌機(jī)、移動(dòng)式正火設(shè)備、鋸軌機(jī)、角向磨光機(jī)、電動(dòng)鋼軌仿型打磨機(jī)、扣件裝卸機(jī)、撬棍、軌溫槍、探傷儀、插入焊用鋼軌（備用軌）、米尺、塞尺等。同時(shí)在施工作業(yè)期間，應(yīng)本著作業(yè)機(jī)具不損壞、有備用的原則。

新機(jī)場(chǎng)線軌頭損傷維修作業(yè)人員及工機(jī)具均以磁各莊車輛段為起點(diǎn)進(jìn)入正線作業(yè)區(qū)域，作業(yè)所用軌道車由地鐵運(yùn)營(yíng)單位提供，采用機(jī)車+平板（焊軌機(jī)）+平板（正火設(shè)備）+機(jī)車的聯(lián)掛形式，作業(yè)人員及工機(jī)具材料均由聯(lián)掛式軌道車承載進(jìn)入，車輛聯(lián)掛示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 聯(lián)掛示意圖

2.3 施工前人員安全技術(shù)交底

由于維修作業(yè)多為夜間施工，洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境昏暗、不同專業(yè)隊(duì)伍可能存在交叉作業(yè)等問(wèn)題，為確保運(yùn)營(yíng)線路及作業(yè)人員的安全，施工前需由運(yùn)營(yíng)單位組織相關(guān)人員，進(jìn)行安全、技術(shù)培訓(xùn)交底，交底工作主要包含以下內(nèi)容。

（1）施工作業(yè)前，需將施工技術(shù)資料、施工技術(shù)參數(shù)下發(fā)給各作業(yè)班組。各作業(yè)班組須對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到全體參與人員了解施工作業(yè)重難點(diǎn)以及施工任務(wù)的要求。

（2）根據(jù)實(shí)際需求，配足各種使用機(jī)具，配置專人提前確認(rèn)機(jī)具能否正常使用。

（3）根據(jù)實(shí)際需求，配足消耗品（磨片、切片、汽油等）、備用軌等，其中新機(jī)場(chǎng)線插焊用軌長(zhǎng)度不小于6.25?m。

（4）配置專人調(diào)度軌道車，車輛調(diào)度前要求施工技術(shù)人員與調(diào)度人員進(jìn)行充分溝通，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全；并備齊防護(hù)備品，如滅火器（需配備4個(gè)以上）等。

2.4 各工序時(shí)間安排

以2020年9月29日大興新城站—草橋站上行，K30+474右股處焊縫（焊縫Ⅰ）修補(bǔ)為例，介紹新機(jī)場(chǎng)線隧道內(nèi)各工序時(shí)間安排計(jì)劃。本次作業(yè)插入鋼軌長(zhǎng)度為7?m，故新增焊縫里程為K30+481（焊縫Ⅱ）。各工序具體時(shí)間范圍見(jiàn)表1。

表1 各工序時(shí)間安排

3 移動(dòng)式閃光焊焊插短軌技術(shù)施工流程

移動(dòng)式閃光焊焊插短軌技術(shù)施工流程主要有鋸軌、除銹打磨、焊接、正火作業(yè)等幾項(xiàng)，其工序流程見(jiàn)圖2。

圖2 插焊短軌工作流程示意圖

3.1 鋸軌、扣件拆卸、除銹打磨

作業(yè)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，需先將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)易燃物品用清理覆蓋等方式進(jìn)行保護(hù)，隨后分3批進(jìn)行作業(yè)，即鋸軌、扣件拆卸、除銹打磨。為縮短施工時(shí)間，3批作業(yè)同步進(jìn)行。

3.1.1 第一次鋸軌

為保障焊軌質(zhì)量，要求軌頭斷面垂直度不大于0.5??mm，因此在鋸軌過(guò)程中要求鋸軌機(jī)中心與鋼軌中心軸線重合，鋸軌機(jī)定位線與鋸片、鋼軌接觸點(diǎn)保持三點(diǎn)一線，最終滿足切面垂直角度的要求。在既有線切割過(guò)程中要采用覆蓋、遮擋等措施，對(duì)其他成品設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，并且在作業(yè)過(guò)程中，距作業(yè)點(diǎn)3?m范圍內(nèi)需備有滅火設(shè)備，防止安全事故發(fā)生。

3.1.2 扣件拆卸

一部分作業(yè)人員對(duì)作業(yè)區(qū)域內(nèi)扣件進(jìn)行拆卸，為后續(xù)插入短軌、撥彎等工作做準(zhǔn)備。拆卸長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下要求：

（1）對(duì)焊縫Ⅰ右側(cè)3～5?m內(nèi)扣件進(jìn)行拆卸，焊縫位置見(jiàn)圖1；

（2）對(duì)焊縫Ⅱ左側(cè)80～100?m內(nèi)扣件進(jìn)行拆卸，焊縫位置見(jiàn)圖1。

3.1.3 插入短軌、除銹打磨

進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，由施工人員攜帶打磨機(jī)以及必要輔助工具對(duì)插入焊用鋼軌進(jìn)行除銹打磨，待鋸軌完成、插入焊用鋼軌入槽后，對(duì)剩余軌頭進(jìn)行除銹打磨，以提高焊接質(zhì)量。除銹打磨應(yīng)滿足如下要求：

（1）先預(yù)打磨，檢查鋼軌表面是否存在損傷；

（2）對(duì)焊縫兩側(cè)軌腰部分和鋼軌端面800?mm范圍內(nèi)，軌底上、下表面距端面30?mm范圍內(nèi)進(jìn)行除銹拋光，打磨量不應(yīng)大于0.2?mm；

（3）距軌端800?mm范圍內(nèi)有軋制標(biāo)志的需與母材打磨平齊；

（4）打磨除污后，用角尺、塞尺進(jìn)行軌端垂直度檢查，要求軌縫間隙不大于0.5?mm；

（5）距軌端1?m范圍內(nèi)無(wú)污染、水分等。

3.2 焊接第一處焊口、第二處焊縫撥彎

3.2.1 焊接第一處焊口

焊軌機(jī)抵達(dá)第一處焊口（K30+474）后，焊接人員檢查焊軌機(jī)的工作狀態(tài)、檢查軌頭除銹是否符合焊接要求。自檢合格后，由焊接操作負(fù)責(zé)人進(jìn)行待焊鋼軌的夾持、調(diào)整，并對(duì)焊機(jī)進(jìn)行覆蓋處理，保護(hù)周圍成品設(shè)備。焊接過(guò)程中，為保證作業(yè)安全，焊接負(fù)責(zé)人員站在焊機(jī)機(jī)頭安全位置，出現(xiàn)緊急情況時(shí)可緊急停止焊機(jī)。為保證焊頭質(zhì)量，其焊接、推凸、打磨還應(yīng)滿足如下要求：

（1）對(duì)軌時(shí)需控制好起拱量，嚴(yán)禁出現(xiàn)低接頭現(xiàn)象，起拱度控制在2～4?mm，該過(guò)程應(yīng)由專人用平尺、鋼直尺測(cè)量以控制；

（2）推凸作業(yè)要求余量分別為軌頭不大于2?mm、軌腰不大于2?mm、軌底不大于1.5?mm、下顎不大于2.5?mm，推凸應(yīng)不損傷母材和焊縫；

（3）焊縫粗磨工作要求：①軌底下表面的平直度控制在0～0.5?mm以內(nèi)，嚴(yán)禁打虧；②打磨后軌腰焊筋厚度不超過(guò)1.5?mm；③軌頂?shù)菇谴蚰テ巾槪瑘A滑過(guò)渡，無(wú)焊筋凸臺(tái)及凹坑。

3.2.2 第二處焊縫進(jìn)行撥彎準(zhǔn)備

閃光焊焊接軌頭時(shí)存在損耗量，所以鋸軌長(zhǎng)度應(yīng)等于插焊用軌長(zhǎng)度減去2個(gè)焊頭的損耗量，即實(shí)際鋸軌長(zhǎng)度小于插入用軌長(zhǎng)度。焊接第二道軌縫前，軌縫兩側(cè)軌頭對(duì)位，要求焊縫Ⅱ外側(cè)40?m范圍內(nèi)鋼軌應(yīng)落入軌槽中，因此需要將第二處焊縫原有線外40～80?m范圍內(nèi)鋼軌撥彎處理，用以抵消焊縫焊接時(shí)的頂鍛量等長(zhǎng)度的需求，直至焊縫Ⅱ處存在3?mm左右間隙，撥彎作業(yè)方可滿足要求。鋼軌撥彎示意如圖3所示，其中L1不小于40?m、L2不小于40?m，撥彎段鋼軌下方需墊方木，以保護(hù)鋼軌、道床、電纜等設(shè)施不被損壞，并且保證鋼軌不回彈。

圖3 鋼軌撥彎示意圖（俯視圖）

3.3 焊接第二處焊口

為滿足鋸軌長(zhǎng)度等于備用軌長(zhǎng)度減去2倍的焊接損耗量的要求，需在鋼軌盡量平順時(shí)進(jìn)行第二次鋸軌，即在撥彎前進(jìn)行。焊接第二處焊口（K30+481）時(shí)，焊軌車需經(jīng)過(guò)焊縫Ⅰ（K30+474）以及插入的備用短軌，此時(shí)要求焊縫Ⅰ處軌溫降至300?℃以下，插入短軌段扣件按隔五緊一的原則上緊后，軌道車方可在鋼軌上運(yùn)行。第二處焊口的對(duì)軌、焊接、推凸、平直度檢查等要求與第一處焊口焊接流程大致相同，其中不同之處是，當(dāng)焊軌機(jī)進(jìn)行頂鍛作業(yè)時(shí)，需要指揮人員下達(dá)指令，將撥彎處鋼軌撥入承軌槽中，以抵消頂鍛量。

3.4 正火作業(yè)、精磨、探傷

為防止正火時(shí)溫度過(guò)高，對(duì)鋼軌局部應(yīng)力影響大，當(dāng)?shù)诙庈壙p溫度降至300?℃以下時(shí)，將正火設(shè)備運(yùn)至第一處焊縫處進(jìn)行正火作業(yè)。為保證正火設(shè)備能在軌道上安全運(yùn)行，正火車行駛區(qū)段內(nèi)已拆卸扣件的鋼軌按隔五緊一的原則安裝。

第一處焊縫正火完畢后，對(duì)第二處焊縫進(jìn)行正火作業(yè)。為縮短作業(yè)時(shí)間，正火完畢后，可用風(fēng)機(jī)加速降溫，待軌縫溫度降至40?℃以下后，方可用仿形打磨機(jī)對(duì)軌道進(jìn)行精磨。

焊縫處平直度檢測(cè)符合要求后進(jìn)行探傷作業(yè)。對(duì)軌道平直度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，焊縫兩側(cè)各500?mm范圍內(nèi)應(yīng)符合下列要求：

（1）鋼軌頂面平直度為 0 ～ 0.3?mm?/1?m；

（2）軌頭內(nèi)側(cè)工作面為 -0.3 ～ +?0.3?mm?/1?m（“-”為凹進(jìn)）；

（3）軌底下表面為 0 ～ +?0.5?mm??/1?m。

3.5 出清、返回磁各莊車輛段

當(dāng)進(jìn)行精磨、探傷等工作時(shí)，施工人員應(yīng)將拆卸的扣件上緊，將已使用完畢的工具（如鋸軌機(jī)、撬棍等）裝車，并派專人在作業(yè)區(qū)域內(nèi)沿線檢查是否有工具遺落。待平直度檢查和探傷作業(yè)均符合要求后，將剩余工具、用具裝車，再次派專人沿線檢查作業(yè)區(qū)域內(nèi)是否存在施工雜物。所有人員進(jìn)入軌道車后，統(tǒng)一清點(diǎn)人數(shù)，統(tǒng)一離開(kāi)作業(yè)區(qū)。抵達(dá)磁各莊車輛段后，所有人員所攜帶用具均由運(yùn)營(yíng)人員清點(diǎn)，確定無(wú)用具遺落作業(yè)區(qū)后，方為施工完畢。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)新機(jī)場(chǎng)線K30+474右股處焊縫維修施工流程的介紹，進(jìn)一步細(xì)化施工工藝，總結(jié)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)，提高插焊短軌的施工質(zhì)量，有效避免二次焊接的發(fā)生。本次施工借鑒以往插焊短軌的施工經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，通過(guò)本次施工流程的介紹，為其他無(wú)縫線路插焊短軌施工提供借鑒，對(duì)閃光焊維修損傷軌頭技術(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。