乌精二线无缝线路应力放散施工技术

闫 瑞

(中铁一局新运工程公司 乌精二线铺架项目部，新疆 奎屯 833000)

1 工程概况

乌精二线设计为有砟道床(双层道床，厚度450 mm)，Ⅲ型混凝土枕及弹条Ⅱ型扣件，一次性铺设60 kg/m钢轨区间无缝线路，全线设计铺设无缝线路长度379.902 km。由于北疆地区高热、高寒、昼夜温差大、气候变化无常，极端最高气温达42.7℃，极端最低气温为-42℃，全年适合无缝线路施工的时间仅有4月，5月，9月和10月共4个月，对施工工期压力较大。

施工过程中要综合考虑到施工影响、环境影响和操作误差等因素，严格控制无缝线路施工中应力放散及锁定轨温。在保证施工质量的前提下，为了按期完成全线无缝线路施工任务，制订了两套方案。第一套方案为8月—9月份，避开白天高温，夜间进行无缝线路应力放散施工，按照《乌鲁木齐铁路局铁路营业线施工及安全管理实施细则》有关夜间施工的规定，编制了《夜间无缝线路施工方案》，经建设指挥部审查通过后实施，顺利完成了古河至奎屯西区间、昌吉至呼图壁区间无缝线路应力放散施工，实际锁定轨温满足设计要求;第二套方案为11月—12月，全天轨温较低，采取拉伸放散的方法进行无缝线路施工，安排专职技术人员进行全程控制，保证了冬期无缝线路应力放散的施工质量，顺利完成了开干齐至安库区间、乌兰乌苏至玛纳斯区间、三坪至乌西区间无缝线路应力放散施工，2009年共计完成无缝线路施工366.048 km。

2 无缝线路施工方法及要求

铺设无缝线路通常有两种方法，即“连入法(一步法)”和“插入法(二步法)”。“连入法”是将区间中相邻的两个单元轨节依次直接焊联的铺设作业方法，即把不同时间焊接成的两个相邻单元轨节的始端和终端同时焊接，同时放散，做到一步到位;“插入法”是在两个相邻单元轨节中间铺设一对缓冲轨，焊接时，取出缓冲轨，插入确定长度的钢轨，放散应力后进行最终焊接。

结合乌精二线的施工特点，本工程主要采用“连入法(一步法)”进行无缝线路施工作业。当作业时轨温在设计锁定轨温范围内时，采用“滚筒法”(自然放散法)放散应力后，予以锁定;当作业时轨温低于设计锁定轨温时，采用“钢轨拉伸器、滚筒法”(综合放散法)放散应力后进行锁定。

2.1 无缝线路应力放散及锁定技术要求

根据无缝线路的施工特点和现场情况综合考虑放散锁定单元轨节长度一般为1 500～2 000 m，最短不小于200 m。单元轨节锁定前，应按照设计要求设置无缝线路位移观测桩，500 m长钢轨焊接成单元轨节后，轨面设计高程、方向、水平及道床阻力均已达到设计标准时，方可进行线路锁定施工。施工时锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，否则必须进行应力放散，重新锁定。应力放散时应保证轨温均匀，相邻单元轨节节间的锁定轨温差不得大于5℃，左右两股钢轨的锁定轨温差不得大于5℃，且曲线外股钢轨锁定轨温不得高于内股，否则需放散应力重新锁定。测量轨温时，要对钢轨的不同位置进行多点测量，取其平均值。锁定轨温应准确、可靠符合设计规定。整正轨枕和轨距后，应两股同步锁定，同时在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记。必须准确确定锁定轨温，相邻两段单元轨节锁定轨温之差不得大于5℃，左右两股钢轨的锁定轨温差不得大于3℃，同一设计锁定轨温的长轨条最高与最低锁定轨温之差不得大于10℃。

2.2 无缝线路应力放散施工方法

2.2.1 滚筒放散法

滚筒放散法又称自然放散法，是在设计的锁定轨温范围内，把需要放散应力的长轨条先松开，并拆除扣件，然后抬起钢轨，放上滚筒，将钢轨落在滚筒上，撞击长轨条数次，使长轨条基本上能自由伸缩。一旦轨温合适，即撤滚筒、紧扣件、进行锁定。根据北疆的气候情况，其中4月，5月，9月，10月份适合采用此方法进行应力放散。

2.2.2 钢轨拉伸器、滚筒放散法

钢轨拉伸器、滚筒放散法称综合放散法，是在设计的锁定轨温范围以下时，利用钢轨拉伸器和撞轨器配合作用，通过均匀拉伸长轨条，以提高它的零应力轨温，使锁定轨温一步到位的方法。拉伸长轨条时，要做到“匀、准、够”。

1)形成零应力。在放散段自然温度的条件下，轨下垫滚筒，松开全部扣件，使钢轨能自由伸缩。以50 m或100 m为单位进行观测，并用撞轨器沿钢轨走行方向依次撞轨，当钢轨发生反弹现象时，即视为零应力。

2)计算拉伸量。钢轨放散至零应力状态后，根据设计轨温和实际锁定轨温计算出钢轨拉伸量，用拉伸器和撞轨器联合作用拉出该伸长量后即锁定钢轨。钢轨拉伸量按下列公式计算

式中，ΔL为钢轨伸长量(mm);α为钢轨线膨胀系数，α=0.000 011 8/℃;L为钢轨长度(m);TS为钢轨的设计锁定轨温(℃);TSJ为钢轨的实际轨温(℃)。

3)放散作业程序。确定放散长度→设立固定点→放松扣件，垫入滚筒，保证钢轨自由伸缩，测量当地轨温→根据放散轨温与当地轨温的差别，计算并标记钢轨的变化长度，并在钢轨上每隔50 m做标记→使用拉伸器和撞轨器共同作用拉伸钢轨，达到设定的标记位置→锁定钢轨，由焊接处向固定点方向上紧扣件→在焊接之后不少于20 min和焊缝两边至少30 m的范围内将扣件按照设计要求安装好后，撤出拉伸器，使各固定点之间的纵向力均匀。

4)放散量及锯轨量计算办法。

①放散量的计算

式中，ΔL为放散量(mm);α为钢轨线膨胀系数，α=0.000 011 8/℃;L为需要放散应力的钢轨长度(m);t1为钢轨的设计锁定轨温(℃);t2为作业时轨温(℃)。

②锯轨量的计算

式中，Δl″为锯轨量(mm);Δl′为放散量(mm);λ 为焊接预留轨缝(mm);a为整治线路爬行时钢轨移动量，如移动方向与应力放散方向相同为正，反之为负。

3 影响应力放散均匀的因素分析

影响放散均匀的因素很多，从施工的程序来分析，有以下几个因素最为关键。

1)撞轨的方式

撞轨的方式有两种，一种为小型撞轨器，在单元焊节上每500 m左右放置一个，通过撞轨器撞击撞块使钢轨克服伸缩阻力，向前移动;第二种为用大锤沿单元轨节长度均匀分布撞击钢轨，锤头作用力不得轻于27.2 kN。这两种撞轨方式在现场中均有使用，各有优缺点，实践证明将两者结合使用效果较好。当临时位移观测点距离为150 m时，临时位移观测点的位移量误差值能达到4 mm左右。

2)滚筒的阻力

滚筒的阻力取决于滚筒的数量和滚筒与钢轨的摩擦系数。滚筒的数量由放置距离决定，放置距离由钢轨的挠度决定，用公式 f=5ql4/(384EI)计算，式中 q为单位长度钢轨重量，l为长度，E为钢轨的弹性模量，I为钢轨的惯性矩，通过计算和实践，现场60 kg/m钢轨一般每10 m放置一个滚筒。

滚筒与钢轨的摩擦系数越小越有利于钢轨拉伸，滚动摩擦比滑动摩擦系数小，现场的滚筒均做成滚动轴承式滚筒。

3)线路的原始弯曲

线路的原始弯曲分线路的弯曲和钢轨的变形两种，线路的弯曲主要是钢轨在滚筒上放置时有一定的活动范围而产生的自然弯曲。

钢轨的变形有弹性变形和塑性变形两种，弹性变形一般可以通过撞轨恢复，塑性变形则必须使用钢轨校直器校正。在长轨条中，塑性变形在钢轨焊头处较常见。

4)线路曲线半径及坡度

曲线半径越小钢轨在滚筒上越不易伸缩，坡度为上坡时钢轨越不易伸缩。

4 解决应力放散不匀的方法

在滚筒放散时，当钢轨从滚筒上落到混凝土枕承轨槽上时，轨会向前窜动，2 km的轨条最大窜动量可以达到40 mm，相当于轨温变化了近2℃，解决此问题的方法被称为“预拉伸施工法”。所谓“预拉伸施工法”就是在线路放散前预先对钢轨进行拉伸，最大限度地消除线路的原始弯曲和滚筒的阻力，使放散更趋于均匀。

在滚筒放散法中，预先对钢轨拉伸100 mm左右，相当于对钢轨施加了10 t(60 kg/m钢轨)的力，然后使拉力归0，再落滚筒进行锁定。

在综合放散法中，预先对钢轨拉伸至计划值的80%，然后再使拉力归0，再次正式拉伸，后落槽锁定。

在滚筒放散过程中，预拉伸可以最大限度地消除钢轨的自然弯曲，从现场测得的数据看，钢轨在滚筒上处于自由伸缩状态时，10 m弦量最大正矢达到20 mm左右(直线)，通过拉伸后可以达到1 mm左右，钢轨充分展长。待钢轨从滚筒上落槽后，钢轨几乎无位移。

在综合放散法中，预拉伸可以最大限度地消除影响放散均匀的滚筒阻力和原始弯曲。从放散的效果看，当临时位移观测点距离为150 m时，理论位移量与实际位移量最大相差3 mm，当临时位移观测点距离为100 m时，理论位移量与实际位移量最大相差2 mm，放散均匀。

预拉伸法比“超张拉法”较为理想。所谓“超张拉法”即综合放散法在计划拉伸的量上超拉一定值，然后再松拉伸器，以克服钢轨全长范围内的阻力，这种方法的缺点是往往将“0”点拉过，所以不提倡使用。

5 结语

通过乌精二线无缝线路施工，无论在应力放散还是在锁定轨温方面都得到了很好的控制，并积累了一些在温差较大地区进行无缝线路应力放散及锁定的施工经验，但施工中仍然存在一些不足，需要进一步总结创新，最终形成一套成熟的钢轨应力放散及锁定施工技术。

［1］铁道部经济规划研究院.客货共线铁路轨道工程施工技术指南［M］.北京:中国铁道出版社，2008.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10082—2005 J284—2005 铁路轨道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10413—2003 J284—2004 铁路轨道工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2004.

［4］刘新盘.武广铁路客运专线长轨焊接锁定施工技术［J］.铁道建筑，2010(1):56-58.