高速铁路无缝线路铺设施工技术探讨

高速铁路无缝线路铺设施工技术探讨 高速铁路无砟轨道无缝线路铺设施工技术探讨贾印满（中铁三局集团公司线桥工程分公司，河北三河燕郊开发区，065201）摘 要：探讨高速铁路无砟轨道无缝线路铺设；500米长轨条之间的现场焊接、锁定及应力放散的研究；通过检测无缝线路的铺设过程中的轨温和锁定轨温，分析确定合理的无缝线路锁定和放散方式，使无缝线路的铺设能满足高速铁路的要求；关键词：高速铁路无缝线路；铺设；施工工艺；焊接锁定1、无缝线路铺设工艺原理1.1 无缝线路铺设前，需建设铺轨基地，铺轨基地连接着既有线与新建铁路线路，铺轨基地内需设有装卸、存储500m长轨条的主要工程生产线及配套设施，利用长轨运输车进行工程材料（厂焊500m长轨条）装卸及运输。1.2 组装长轨运输车运输500m长轨条进入施工现场，利用专用无砟轨道长钢轨铺设机组，采用“推送法”一次性铺设新建铁路无缝线路。1.3 采用K922焊轨机对已铺设的长轨条进行焊接。1.4 采用“滚筒法”或“拉伸器滚筒法”两种方法对单元轨节进行放散锁定。1.5 对铺设好的轨道进行精调，达到联调联试的验收标准。2、施工工艺2.1 施工工艺流程（见图2-1）图2-1 工艺流程图2.2 关键工序工艺地建设铺轨基地是进行长钢轨铺设的总后方，是进行铺轨施工的基础。铺轨基地是长钢轨等材料进场的中转站，其生产力是保证铺轨进度的前提条件；铺轨基地内存放长钢轨的存轨台座建设质量是保证长钢轨存放不变形、不损害的重点；铺轨基地内装、卸长钢轨的龙门吊群是长钢轨运输的保证。1）铺轨基地设置方案长钢轨通过既有线火车运输，经宁芜线到达紫金山车站，经临时岔线进入先期完成的仙西联络线，过南京南站宁安场，经动车走行线到达南京南站动车运用所。两个500米长钢轨存放场分别利用动车运用所的D15、D20道为500m长钢轨装卸进出线，D15、D20线上各跨21m龙门吊32台，门吊间距15.7m，钢轨两端的吊点距轨端6.7m。每个500m长钢轨存放场设100道存轨台座，存轨台座间距5.0m，存轨台座长度15.5m，使用15.5m轨排作为存轨台座， 15.5m轨排下枕木32根，枕木下采用一级道砟铺设，其铺设厚度为25cm，全部存轨台座为等高程设计，人工配合机械进行养道。为防止道砟滑落及密度不实，我单位采用C20混凝土浇筑以增强道砟密实度及有效防止道砟滑落现象，保证存轨安全。钢轨以塔型正向堆码，排列整齐、平直稳固、一端对齐、相错不大于100mm；层间垫物采用100mm10mm扁钢，扁钢与台座钢轨中心垂直对齐，偏差不大于50mm。存轨层数为9层，存轨公里数200km。门吊控制采用32台集中控制和单台分散控制，每个吊点的额定起重量为3t。以确保500米长钢轨装卸存储能力达400km。2）存轨区进线线路情况存轨基地内最小曲线半径300米满足行车要求，竖曲线设计宜为平坡。3）存轨区排水系统存轨台座设置2%的单向排水坡，结合整个场地的状况，组成完整的排水系统，有效防止“存轨台座”边缘积水浸泡路基下沉。4）地下路基填筑情况根据铁路路基工程施工质量验收标准路基填筑时填料的含水量控制在最优含水量-3%+2%的范围内，摊平压实按照四区段八流程作业方式作业，已按要求重叠碾压各区段交接处，纵向搭接长度大于2m,横向层接头处重叠压实大于1m。检验方法K30平板载荷仪。符合铁路工程土工试验规程（TB10102）的有关规定，各种土类每填高0.9m、纵向每100m检查两个断面4点，距路基边缘2m处2点，中间2点，不足0.9m亦检查2个断面4点的要求。5）存轨台座检算 1 龙门吊间距检算长钢轨被吊起的应力与挠度按照连续梁计算，钢轨的许用拉压应力为273Mpa，许用挠度为f 0.032m。计算结果如不超过许用应力及挠度，则计算通过。假如龙门吊每台之间的距离是16米,则钢轨被吊起时产生的弯矩和挠度如下：已知q 600N/m, I 3217cm4 W拉 396 cm3 W压 339cm3 M ql2/8 600162/8 19200N拉 M/W拉 19200/396 48MPa273MPa压 M/W压 19200/339 56MPa273MPaf 0.521*ql4/100EI 600164/1002.11011321710-8 0.03（m）f 16/500 0.032（m） ff 假如有一个夹轨钳不起作用，则32米钢轨产生的弯矩如下：拉 193Mpa273Mpa 压 226Mpa273Mpa该计算结果在秦沈线、石太线已经过检验，事实证明，该间距合适，对钢轨不会造成损伤。 2 存轨台座间距检算存轨台座采用轨排方式，台座轨排长度15.5m，间距5.0m，型混凝土枕32根，枕下铺设0.25m厚的道砟并摊平碾压。每个500m长钢轨存放场设100道存轨台座，全部台座高程设计20米，人工配合机械进行养道。a、单个台座承载力m总 200km120t/km 24000tm台 24000100 240tP台 2.4106Nb、台座存轨断面示意图2-2如下：图2-2 台座存轨断面示意图c、混凝土枕静载计算由台座存轨断面示意图可得：d、台座应力传递示意图2-3图2-3 台座应力传递示意图假设：A、道床上的压力以扩散角按直线扩散规律从道床顶面传递道路基顶面；B、不考虑相邻混凝土枕的影响；C、道床顶面的压力是均匀分布的。轨枕横向及纵向的压力扩散线交点分别是K1、 K2，距枕底的高度分别是h1、 h2。由图中可求得：道床应力为：路基顶面应力为：道床允许承压应力，碎石道床路基表面允许承压应力，新建线路路基；既有线路路基；本次设计存轨台座间距为5米，存轨层数符合铁道部规定的10层，其挠度完全符合要求。6）存轨台座沉降观测及措施根据中华人民共和国铁道部运输局运基线路2009601号（）横担顶面（轨排钢轨顶面）应保持水平，高度差不大于10毫米，相邻横担的高度差不大于10毫米，整体高度差不大于20毫米，每月检查不少于一次。对焊接长钢轨存放台的混凝土地基梁或轨排的水平面，每年至少整修一次。横担顶面（轨排钢轨顶面）距离地面不小于350毫米。采用电子水准仪对存轨台座及沉降观测板做定期（不定期）沉降观测。定期观测每半月一次，不定期观测每上一层钢轨检测一次。保证存轨台座不均匀沉降量在可控范围内。装卸1）设备（1） 起重设备及其辅助机具应符合起重设备的有关要求，状态良好，并按照起重设备相关规定管理和维护。（2）吊运长钢轨的起重设备应具备集中控制功能，实现同步升降、同步横移；各台起重机标称的升降速度应一致，标称的走行速度应一致。（3）钢轨吊钩不得损伤钢轨，并防止高温涨轨。（4）伤损钢轨或不合格钢轨应单独存放并做好标识，建立台帐，记录焊轨基地名称、钢轨的生产厂家、牌号、型号、长度、缺陷种类及尺寸、部位、发现日期等信息。2 人员在开始存轨前，组织技术人员认真学习相关技术规范及技术标准，制定施工安全保证措施。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。3）吊运作业（1） 使用起重机吊运钢轨应遵守起重作业安全的有关规定。（2） 钢轨吊运分起吊、走行、下落三个阶段，三个阶段分步操作，每个阶段均应同步动作。钢轨应水平起吊，起升到位后方可走行，走行期间应避免钢轨摆动过大，走行到位确认钢轨平稳后方可下落。起吊和走行时应保证钢轨平顺，相邻吊点高低差不大于150mm、水平差不大于120mm；全长范围内高低差不得大于300mm、水平差不得大于500mm。（3）吊轨时应缓起缓落，并严禁跌落碰撞，长钢轨应单根起吊，并轻吊轻放。吊运中保持长钢轨平稳。将钢轨吊离长轨运输列车平板约1500mm左右时将钢轨横移出平板再进行起升和降落作业。32台3吨固定龙门吊同步集中控制吊装作业，吊轨时必须起到同一高度，再往外走以防碰到钢轨。钢轨出现摔跌后应单独存放，经铁路局或建设单位主管人员检查后处理。从1m以上高度摔落的钢轨应予以报废，不得使用。（4）长钢轨应单根起吊，并轻吊轻放。车存放的施工工艺流程1）施工程序长钢轨吊装施工程序为：机车对位逐层拆除锁轨装置长轨列车上夹轨 龙门吊吊运长轨至存轨台座卸放长轨安装锁轨装置封车。 3）卸装步骤说明第一步：行车人员引导长轨列车以不超过15km/h的速度，通过铺轨基地联络线进入铺轨基地长轨存放区，并引导机车按指定位置对位停车,安装列车防溜车装置。第二步：卸轨人员登上长轨列车，按卸轨顺序逐层拆除锁轨装置。第三步：由总控司机操作32台电动葫芦到达平车上，各组在平车上的人员负责检查夹轨钳、葫芦、螺栓等连接。然后手动操作夹轨作业，保证钢丝绳中心两线重合（中心与机臂线重合、中心与所吊钢轨线重合），最后适当调节钢丝绳松紧。第四步:由总控司机按照指挥人员检查完成后下达命令，群起运送长轨到达指定适当位置。第五步：由各辅助人员使用撬棍工具手动操作调节钢轨到指定位置。第六步：由卸车人员安装锁轨装置，并按行车人员要求封车。2.3 长钢轨运输行车安全是长钢轨运输作业的重中之重。为了保障长钢轨安全运输至铺轨地点，需配备足够的运输人员，制定完善的管理制度。1）根据运输距离，成立运输组织机构，配备足够的运输人员。2）依据铁路技术管理规程相关规定并结合工程运输生产实际，制度运输组织和各项规章制度、岗位责任制、技术安全措施，以保障工程运输安全通畅。3）工程运输所配备的运输设备（施）应状态良好，并按规定进行保养、维修。4）根据运输线路的实际情况，制定相应的运输线路巡检办法，确保行车安全。5）发车前严格检查长钢轨的锁定装置完好。2.4 长钢轨铺设序：钢轨解锁卷扬机拖拉钢轨牵引车牵引钢轨对轨及落槽 扣件紧固。艺流程（见图2-4）图2-4 施工工艺流程的准备：长钢轨运输车按照施工手册及轨节表在铺轨基地装车完毕，机车推送长钢轨运输车进入施工现场。 施工现场人员做好施工准备，检查牵引车及推送车机械性能，检查内燃扳手及各项施工机具，保证铺轨顺利进行。程机车推送铺轨列车进入施工现场，当钢轨推送车前轮轴距已铺钢轨前端7m时停车。长轨运输车对位停车打好铁鞋后，进行长轨铺设作业，其工序及安全注意事项如下：（一）钢轨解锁1）钢轨锁定车位于长轨运输车的中间。作业人员松开上层一对待拖拉钢轨的锁轨装置。（注：拖拉钢轨从钢轨中心距最接近1508mm的一对开始，再逐步向外成对拖拉钢轨，最后向内成对拖拉钢轨。下层钢轨照旧。2）注意事项：作业时要站稳，只松待拖拉钢轨的锁定装置。钢轨尾端离开锁定支架后，将锁定装置归位。3）使用工具：“十字”扳手一把（一头M46、另一头M30）；对讲机一台。（二）卷扬机拖拉钢轨1）解锁钢轨的同时，摆开上层钢轨的挡轨装置。2）开动卷扬机反转，把卷扬机钢丝绳从换向轮处牵引至离钢轨前端4米处安装钢轨夹具。（距离大于等于4米）。3）在钢轨头安装鱼头。4）开动卷扬机正转，当钢轨前端穿过推送机构辊轮0.5米时，停止卷扬取下钢轨夹具和鱼头。5）启动推送马达推送钢轨至钢轨前端离推送辊轮15米时停止推送。见图2-8推送车推送长钢轨。6）在既有轨前端10米处放置枕木头。7）在枕木头前放置第一对地面辊轮。注意事项：拖拉钢轨前必须确认钢丝绳和钢轨夹具是否完好；检查推送装置夹紧油缸是否处松开位置。确认安全后方可进行拖拉。在此拖拉过程中，钢轨可能会偏离辊轮，作业人员应及时用大撬棍拨正钢轨。使用工具：大撬棍2根；四根0.6米的枕木头。（三）牵引车牵引钢轨1）将牵引车退至悬臂钢轨的前端，将钢轨前端穿人牵引车夹轨装置中，在其前后安装钢轨夹具，并打好斜铁。2）启动牵引车牵引钢轨，5秒后启动推送装置推送钢轨。3）在距离第一对地面辊轮10米的位置放置第二对地面辊轮，以此每隔10米（15个轨枕）放置一对地面辊轮。4）当钢轨末端离过渡升降装置前端辊轮0.5米时停止牵引。5）降下过渡装置，使过渡装置最低处略高于钢轨顶面，列车后退，直到钢轨落到枕木上。6）用摇臂压机撤出枕木，缓慢将钢轨放置在地面辊轮上注意事项：在作业过程中，过渡升降装置下严禁站人，枕木头要放置稳当。地面辊轮要放正，位置偏的要及时用大撬棍拨正。使用摇臂压机要正确，防止倾覆伤人。牵引车夹持钢轨必须牢靠，在车上取辊轮的人要站稳。（四）对轨及落槽1）利用牵引车倒退来对轨。2）在牵引车后10米处放置枕木头。3）拆除钢轨夹具，牵引车向前走行，使钢轨缓慢脱离钢轨落在枕木头上。4）用摇臂压机撤出枕木。缓慢将钢轨落入槽中。5）撤出地面辊轮，将钢轨落入槽中。6）沿线收回地面辊轮，放置在小平车上。7）用液压内燃扳手进行隔五紧一，曲线段隔三紧一，上紧各部扣件。注意事项：使用摇臂压机要正确，防止倾覆伤人。撤出及收回地面辊轮速度要快，使用液压扳手要正确熟练。8）使用工具：小平车2台，液压内燃扳手2台，大撬棍12根，摇臂压机2台，大锤1把。（五）重复第二项作业项1）长轨运输车运行中严禁在平板车上载人。2）正确使用机具，避免碰伤。施工完毕，机具存放于线路旁，严禁侵限。3）铺轨作业人员在施工前先在线路下避让列车行驶及对位，当铺轨机由行车人员对位完毕，并有现场施工负责人命令后方可上线作业。半径铺轨采取的措施小曲线半径铺轨时，在钢轨外侧成倍增加工人，手持撬棍随时拨正钢轨，防止钢轨侧翻。减小辊轮垫放间距。每隔5m放置一个辊轮，增加钢轨滑动能力。减小扣件锁定间隔，采用隔三锁一锁定钢轨扣件，锁定时先锁定曲线内侧扣件。3、放散锁定施工工艺3.1 施工前的准备单元轨节接头已焊接完毕，或配合单元轨节接头焊接完毕，各项放散锁定工机具准备完毕。对焊接现场的条件进行综合评定，清除会导致火灾或安全事故的隐患。3.2 工艺流程图（见图2-15）图2-5 放散锁定施工工艺流程图3.3 施工方法及基本要求应力放散与线路锁定是铺设无缝线路施工中继铺设无砟道床、铺设长轨、现场焊接的一道工序，是铺设无缝线路成功与否的关键。 准备条件长轨通过现场焊接成单元轨节后，在进行放散和锁定作业前，现场应具备以下条件：道床达到初期稳定、按设计要求已设置钢轨位移观测桩、锁定作业时的温度应在设计锁定轨温范围以内或以下。 单元轨节布置放散锁定的单元轨节每1000-2000m为一个单元轨节，现场施工为500m锁定，同一单元轨节内各500m长轨条锁定轨温一致，且一次放散最短长度不应小于500m。无缝道岔中单组或相邻多组一次锁定的道岔及其间线路组成一单元轨节。 设计锁定轨温1）无缝线路应在设计锁定轨温范围内锁定，且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。2）无缝道岔的设计锁定轨温应与两端区间无缝线路的设计锁定轨温一致。3）隧道地段无缝线路的锁定温度 1 隧道内距隧道口200m范围无缝线路的设计锁定轨温宜与两端区间无缝线路的设计锁定轨温一致； 2 隧道口轨温过渡区段应根据计算加强锁定。 容许锁定轨温上下限及范围按该段最小曲线上最不利条件计算。 位移观测1）位移观测桩设置原则 1 位移观测桩按单元轨节设置，道岔区按道岔单元轨节设置。 2 单元轨节起终点的位移观测桩尽量与焊接接头对应，纵向错动量不得大于30m，位移观测桩间相对位置应保持基本不变。位移观测桩及标尺距离钢轨焊缝不小于0.5m，且宜设在轨道板或道床板沿线路方向的中心位置。相邻单元轨节起点和终点处位移观测桩共用。 3 桥梁地段，位移观测桩应设于桥梁固定支座附近。 4 到发线无缝线路除道岔外不设位移观测桩。 5 位移观测桩必须牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记应明显、耐久、可靠。 6 跨区间无缝线路、区间无缝线路按单元轨节等距离设置位移观测桩，且桩间距离不宜大于500m。单元轨节位移观测桩可按图2-16设置，单元轨节长度不足500m整倍数时，可适当调整桩间距离。 图2-6 单元轨节位移观测桩布置图 7 、跨区间无缝线路每组道岔设置5对位移观测桩，即道岔前、道岔后、限位器、距离道岔前后50m处各设置1对位移观测桩（如图2-17）。多组焊联道岔位移观测桩位置与单组道岔基本相同。当两组道岔之间距离大于50m时应在中间设位移观测桩（如图2-18），小于50m时可不设观测桩。42号道岔的理论岔心处增设一处位移观测桩。图2-7 单组道岔位移观测桩布置 单位:m 图2-8 多组焊联道岔位移观测桩的设置 单位:m 注：图中“”表示位移观测桩；图中A、B、C分别表示在岔头、限位器、岔尾的对应位置设置位移观测桩；当图2-18中L50m时，可不在中间设置位移观测桩。 8 、长度大于500m的桥梁两端，单跨跨度大于100 m的连续梁、连续刚构、提篮拱或系杆拱两端第一个固定支座处，跨区间无缝线路、区间无缝线路长轨条起、终点100m处，长大隧道的洞口应增设位移观测桩。另外，伸缩调节器基本轨一侧距离基本轨接头100150m处应设置一组位移观测桩。b、位移观测桩红白相间油漆标识尺寸30100mm，红色朝大里程方向。 1 、无砟轨道位移观测桩无砟轨道类型包括路、桥、隧等结构物上的CRTS 板式、CRTS 板式、CRTS 双块式、轨枕埋入式、道岔板式等，无砟轨道地段以位移观测标尺代替位移观测桩。在每单元轨节和每组道岔对应的位移观测桩位置的两侧钢轨外侧轨脚斜面上与两承轨台间对应的轨道板（道床板、道床板）上设零点，贴上观测标尺，同时观测标尺上的“0”刻度对应垂直面轨道板上用红白相间油漆标识。（标尺中间设零点，标尺采用铝合金材料制成，表面涂反光油漆，尺寸为20100mm，厚度为0.5mm，最小刻度为1mm，如图2-19所示）。观测时可采用三角板或垂球读取位移量。图2-9观测标尺示意图 2 、有砟轨道位移观测桩有砟轨道包括路基、桥梁、隧道内的有砟轨道。路基上使用准直仪进行位移观测，桥、隧地段使用拉线法进行。在每单元轨节和每组道岔对应位移观测桩位置的两侧钢轨上贴观测标尺，观测桩成对布置在线路两侧。标尺应帖在钢轨轨腰上或轨头外侧。路基上位移观测桩埋于距线路中心线5m内的路肩上。位移观测桩采用混凝土桩。砼强度为C20，截面200mm见方，高700mm，其中十字支架埋于桩顶面下20mm，埋深在地面650mm，基准轴为18mm圆钢（基准轴正对向钢轨），调节钢筋12mm圆钢，详见下图2-20。图2-10 位移观测桩结构桥梁上位移观测桩对称布置于桥梁固定支座附近线路两侧的防护墙上，观测桩高出最高轨面5cm，用红白相间油漆设置。隧道内位移观测桩对称布置于线路两侧隧道电缆槽轨道侧边墙上，观测桩高出最高轨面5cm，用红白相间油漆设置。c、位移观测桩的编号位移观测桩编号标注在标尺前方外侧轨腰上，采用红底白字，字号采用高度为40mm，宽度为30mm。位移观测桩由铺轨单位进行编号，编号按列车运行方向顺序编号。编号以阿拉伯数字标注，编号方法为AB。A为里程，编号为7位数，精确到米。如0665100表示里程为DK665+100。B为轨别，14：面向大里程方向，从左到右依次为1、2、3、4。道岔区直股同区间正线，曲股钢轨以接出直股钢轨编号加Q记。作者简介：贾印满，1971年1月出生，男，工程师，2006年7月毕业于中国地质大学土木工程专业（本科），中国共产党党员。参考文献：1 王其昌，高速铁路土木工程成都：西南交通大学出版社，1999.2 李怡厚，铁路客运专线架梁铺轨施工设备北京：中国铁道出版社，2003.3 中华人民共和国铁道部。TB20754-2010/J1150-2011 高速铁路轨道工程施工质量验收标准 北京：中国铁道出版社 2011-铺轨列车位安放滚轮推送一对钢轨钢轨对位撤除滚轮隔5锁1,曲线隔3锁1铺轨列车对位卸放垫板隔5松1，曲线隔3松1设置位移观测桩（临时）拆卸扣件支垫滚轮应力放散计算拉伸量（锯轨）钢轨位移标记测量轨温单元轨节锁定下一单元轨节接头焊接重复下一单元轨节放散锁定单元轨节锁定单元轨节锁定