采用移动焊轨车对既有高速铁路伤损接头焊复的研究

朱旭日

摘要：高速铁路的开通运营，是我国铁路建设高速发展的重要标志。随着高速铁路开通运营，必将会产生钢轨局部伤损和伤损接头，因线路爬行，维修作业方法不当改变了原来锁定轨温，影响无缝线路稳定。这些问题的产生必将涉及到线上钢轨焊接，采用移动焊轨车替代铝热焊工艺进行线上连入焊，可以大幅降低线路钢轨接头断头率，全面提升线路质量。但移动焊轨车对线路拢动量大，工艺相对复杂，如何组织施工是一项新的课题。

关键词：移动焊轨车；高铁；线上连入焊；钢轨伤损和伤损；接头恢复

中图分类号：U238文献标识码： A

一． 前言

高速铁路轨道大多为跨区间无缝线路，因技术标准要求高，铝热焊难以达到焊接要求，除在道岔、岔线采用铝热焊焊接外，正线以不允许采用铝热焊焊接，移动焊轨车气压焊和移动闪光焊能够满足高速铁路钢轨焊接要求，但施工对线路拢动大，工艺相对复杂，施工作业受封锁时间限制，因此研究采用移动焊轨车对既有高速铁路伤损接头焊复具有现实意义。

二．维修原则和方法

1．维修原则：

1）维修过程应最大限度减少对原有线路状态的扰动。即当线路上只存在单轨焊头损伤时，其修复作业过程应始终不拢动无伤损轨条；并且拆除或松/紧扣件的区段越短越好。

2）对于维修作业不可避免带来拢动的轨条区段，应根据修复作业时的实际轨温，气温条件，通过科学计算和合理设置焊轨车的拉轨、气压焊接、正火、风冷整套工艺参数，使该区段轨条最大限度满足设计锁定轨温±5℃的要求。

3）保证在天窗时间内，完成安全维修作业。

2．维修方法

1）对于单股钢轨存在伤损焊头的维修，整个作业过程（松/紧扣件、垫轨等）仅限于带伤损的本股轨条，不允许动对侧轨条线路。焊轨车在两股轨道有倾斜角度情况下，采用慢速（≤1km/h）爬行方式接近作业工位。

2）采用插入法施工，即在有伤损焊头部位锯掉一段与轨枕间距成整数倍长度的钢轨，然后人工换轨，插入一根相同类型的新钢轨（≥18米）；

3）在人工换轨之后，通过采用一套新设计的专用垫轨器，分别将 1#焊头（定义为无应力的单元焊接接头）、2#焊头（定义为带应力施焊的合拢锁定焊接接头）进行一次性永久维修焊复；

4）对于扰动过的轨条区段，不需二次放散。

三、维修设备

1．YHGQ-1200型气压焊轨车；

2．轨道车、平板车、小型辅助机具等。

四、专用垫轨器

新设计和特制的气压焊轨车维修专用垫轨器分 I 型（图 1）和 II 型（图 2）两种。

I 型垫轨器的结构是底部有U 型道钉栓孔，顶面为翼缘，有凹槽，顶面槽内放置有胶垫，两侧有螺孔，可以采用上螺栓和压板将钢轨固定。

与 I 型垫轨器相比，II 型垫轨器上部没有锁定钢轨的翼缘部分。对于不需锁住钢轨的地方，均采用 II 型垫轨器。

整套装置放置于轨枕上，利用轨枕上的道钉将其固定，使抬高轨条在原有轨枕位置保持稳定，不会滑落掉道。

五、施工工法

1． 车辆编组

按行进方向车辆编组为： 轨道车+平板车+气压焊轨车

由轨道车牵引平板车，平板车上放置新钢轨和小型辅助机具。

2．插入法换轨

在待维修钢轨处锯掉轨枕间距整数倍长度的钢轨（约 19800mm），插入新的钢轨。分两次焊接，第一次为无应力焊接（1#焊头），第二次为带应力锁定焊（2#焊头）。

气压焊轨车焊轨作业时，由于要求焊缝位置处的轨底距轨枕顶面不少于90mm，因为道钉最大高度为 120mm，焊机加热器底部距轨底 60mm，因此施工时采用垫轨法，采用新设计和特制的一套气压焊轨车维修专用垫轨器，将钢轨垫高，形成一个坡道，焊轨作业车开上坡道进行作业。

3．垫轨

静端垫轨主要采用不同高度的 I 型垫轨器，动端垫轨主要采用不同高度的I 型垫轨器。无论动端、静端，当垫轨高度低于 60mm时，均采用钢板支垫。

静端垫轨要求如图3 所示。需采用 5 个 I 型垫轨器，其高度分别为 170mm、150mm、120mm、90mm、60mm，其余部分支垫 20mm 和 10mm 厚的钢板，其中要求必须与钢轨锁定的垫轨器分别是 170mm、150mm和 90mm三个垫轨器。

动端垫轨要求如图4 所示。其中采用了三个 II 型垫轨器

六、试验工法

1．采用 GPW-1200 气压焊轨机焊轨修复时，需要先将 1#焊头的钢轨接头处提高约 190mm（加热器底部留空 70mm，轨枕螺栓最大高度 120mm）。由于现有的YGQH-1200 焊轨车无法采用原配液压支腿直接将车体前端打高至焊接要求的190mm高度，因此借鉴工程局新线施工和济南铁路局大修换铺施工经验，采用垫高钢轨、焊轨车爬坡的方法进行施工试验。焊轨作业状态见图 5所示。

2．1#焊头采用型检工艺进行焊复，待 1#焊头风冷至低于 300℃时，松开，焊轨车退回，拆除1#焊头的全套垫轨装置。

3．2#焊头采用拨弯连入法施工，进行焊复。即 2#焊头的焊缝前端一段钢轨不锁定，预留焊轨所需的烧化量和锁定轨温需要拉伸量，多余部分在≥50m 远端

拨弯消化，采用YGQH-1200焊轨车在线上进行连入，焊轨完成后，一次作业的效果就能使该区段的轨条得到所需要的锁定轨温，2#焊头拨弯连入法的相关位置关系如图 6所示。

4．为了实现在天窗内全面完成焊复工作，需要采用分段流水作业施工方法：

即：需将整个换铺和焊接连入分为若干工序，按时间顺序和允许作业的空间关系进行施工组织，具体步骤是：

1）预先按照公式 1计算好焊接消耗钢轨所需的预留长度；

2）预留焊接作业区段：根据锁定轨温和均温需要制定合理长度（200 米— 500米或更长）；

3）拨弯位置：从焊接工位起大于 50 米处将钢轨向外拨一小弯；使焊缝处可以进行2#焊头 2-2 轨面的端磨作业，保留20mm 的缝隙，最终可利用焊机的拉伸能力完成焊接合缝。

4）拨弯量按公式 1计算：

ΔL=S+B+D+C （式 1）

公式 1中：

S ---- 焊接烧化量（取 30mm）

B ---- 锁定轨温拉伸量（mm）

D ---- 起拱引起长度增量（-2mm）

C ----调节参数

，锁定轨温拉伸量按公式 2 计算：

B=（T-T1）×а×L（式 2）

公式 2中：

T---- 设计锁定轨温（18℃）

T1---- 预估焊接时的实际轨温，取值范围（5～18℃）

а---- 钢轨温度线长系数 0.0118mm/m℃

L---- 张拉钢轨的长度（100m）

预估轨温T1 的取值由经验确定，根据焊接时段的轨温变化规律估计。

调节参数是一个多因素的不确定参数，包含锯轨时产生的长度误差，预估轨温的误差等因素。

若锯轨误差取值±2mm，预估轨温误差±5℃，则其产生的长度误差为 5×0.0118×100=5.9mm。所以，调节参数的取值范围为：C=±2mm±5.9mm=-7.9mm～+7.9mm

根据上述计算，拨弯量计算公式简化为公式 3：

ΔL=30+（18-T1）×1.18-2±7.9

=49.24-1.18×T1±7.9（式 3）

调节参数为正时，预留的拨弯量增大，反之则减少。将 7.9mm 的拉伸误差换算为温度值时为：

7.9/0.0118/100=6.7℃

由于允许实际锁定轨温与设计轨温误差 5℃，与计算的极限值 6.7℃相差较小，所以在实际施工时，应当尽量减小误差。

七、应急措施

1.对新焊接的焊缝进行探伤，若焊缝出现质量问题，采用钻孔上鼓包夹板对焊缝进行加固处理（至少上紧 4 个接头螺栓）。

2.所插入钢轨宁短勿长，防止钢轨焊后因温度变化难以入槽，如轨温过低，伸缩量不足，可通过延长放散钢轨长度增加伸缩量，达到技术要求锁定轨温。

3.加强施工作业过程中高空坠落防护措施。