沙特南北铁路无缝线路应力放散施工工艺

管 羽

（中铁十八局集团国际工程有限公司，天津 300222）

1 工程概况

沙特南北铁路矿物线路CTW200标段轨道设计为有碴道床、混凝土轨枕及60kg/m钢轨无缝线路，总长457km。此标段位于沙特中北部地区，气候炎热干旱，昼夜温差较大，白天气温最高可达45℃，夜间最低气温达到零下3℃，绝对最高温度可达50℃～65℃，给受温度影响较大的应力放散施工带来更高的要求。且标段横穿沙漠，风沙较大，轨道经常积沙，应力放散施工前需先清理轨道上的积沙，从而影响应力放散作业进度。

2 无缝线路的应力放散

无缝线路已经成为当今世界各国铁路的主要轨道结构，但是由于钢轨的轨条长度会随着钢轨周围环境气温的变化而变化，自由伸缩长短，导致“冬季断轨，夏季胀轨”，所以需要通过应力放散的技术方法消除或减少温度的影响，保障线路的稳定性和安全性。

此外，在无缝线路施工过程中也会出现实际锁定轨温超出设计轨温范围的情况，导致线路出现胀轨或断轨现象，应采取对长轨条进行放散或调整应力后重新锁定。全区间或跨区间无缝线路的应力放散应按管理单元进行，按计划开口，然后放散应力。

常用的应力放散分为滚筒放散法和综合放散法。放散时一定注意做到“匀、准、够”；左右两股钢轨应同步锁定，避免出现过大温度力差；实际锁定轨温应准确、可靠，符合设计规定。

3 无缝线路放散量及放散方向的确定

3.1 放散量

3.1.1 拉伸量

式中 ΔL——钢轨的拉伸量；

α—— 钢轨的线膨胀系数，α=0.0000118/℃；

L——钢轨长度；

Ts——钢轨的设计锁定轨温；

Tsj——钢轨的实际轨温。

3.1.2 放散量

式中 ΔL——放散量；

α—— 钢轨的线膨胀系数，α=0.0000118/℃；

L——需要放散应力的钢轨长度；

T1——设计锁定轨温；

T2——作业时轨温。

当施工轨温低于铺轨平均轨温时，ΔL为负值，即放散后单元轨节要缩短，此时应立即锁定线路，将前方单元轨节向后串动焊接。当施工轨温高于铺轨平均轨温时，放散后则需锯轨。锯轨量为两轨端之间的长度。锯轨时按锯轨操作程序进行锯轨，并要求轨端不垂直度小于0.8mm。

3.1.3 锯轨量

式中 ΔL″——锯轨量；

ΔL′——放散量；

λ——焊接预留轨缝；

α—— 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反为正，反之为负［1］。

3.2 放散方向的确定

放散方向与行车方向一致时，能使长轨条放散后的锁定轨温更均匀，特别是在低温拉伸时，因此，应尽量使放散方向与行车方向一致。如结合整治线路正爬行时，可采用放散方向与行车方向相反［2］。

4 现场施工

4.1 施工人员及机具设备

施工主要人员大约需要35人，主要有焊轨组、撞轨组和拉伸组等组成。主要机具设备包括：锯轨机，液压轨道拉伸器，扣件机，电动仿型打磨机，撞轨小车，铝热焊设备，角磨机，防磨机，温度计，滚轮，空压机和撬棍等。

4.2 应力放散施工流程

图1 应力放散施工流程图

4.3 施工准备

4.3.1 锁定轨温

铺设无缝线路的关键是选择适当的锁定轨温，这对无缝线路的强度和稳定性具有很大的影响。一般采用稍高于本地区的中间轨温作为锁定轨温。根据CTW200标特殊规范要求，并通过实时监测当地轨温的变化规律，确定沙特南北铁路钢轨放散温度在20℃～47℃，锁定轨温在42℃～47℃，现场施工一般取44.5℃为锁定轨温。当温度低于42℃时，可以采用长轨条下加设滚筒，同时在放散终端按照拉伸器进行辅助拉伸，以提高它的零应力轨温；如轨温超过47℃时，需等到温度合适再进行放散施工。锁定轨温是设计、铺设及养护无缝线路的重要技术参数，须高度重视，如实记录。

4.3.2 设置位移观测桩

按单元轨节设置位移观测桩，桩间距离不宜大于500m；当单元节不足500m时，可适当调整桩间距离。每组道岔应设置5对位移观测桩，即岔前、岔后、限位器、距离道岔前后各50m设1对位移观测桩，较长桥梁的两端应增设位移观测桩。

4.3.3 标记临时位移观测点

根据设置好的位移观测桩，在钢轨上标记，并根据现场条件适当加密观测点，作为钢轨应力放散时的临时位移观测点，通过对钢轨唯一的观测，以判断应力放散是否彻底。

4.4 卸扣件、垫滚筒

无缝线路的应力放散必须拆卸放散范围内的扣件，并在相应铁轨下放置滚筒，使轨下的阻力减小到最低限度，迫使钢轨得以自由收缩。所以在应力放散单元轨节和上一单元轨节100m范围内，每隔15m设置一滚筒。具体方法为：将钢轨扣件卸除、用起道机顶起钢轨落于滚筒上，钢轨顶面高于承轨面5cm左右。

4.5 撞轨

由于铺设长轨可能与作业时轨温不同，弹条卸除、钢轨顶起后，钢轨的约束解除将产生位移，由于摩阻力的影响，此时钢轨内部应力仍不为零。用两端的拉轨机来回串动钢轨，观察钢轨的位移从起点向终点方向是否呈线性增长，若不是，则再串轨并在位移不均匀处辅以撞轨。

为了把阻力减小到最低限度，需在长轨条下垫入滚筒，撞轨可促使钢轨温度应力释放，拉伸是为了补偿温差。滚筒配合撞轨法是在设计锁定轨温范围内锁定线路，拆除扣件，每隔10～15m撤出枕上橡胶垫板，同时垫入滚筒，配合适当撞轨，使长轨条正常伸缩，达到自由状态。

4.6 拉轨

滚筒结合拉伸器配合撞轨法是在轨温低于锁定轨温时，用前述方法放散使长轨条达到自由状态，然后使用钢轨拉伸器拉伸长轨条，拉伸到位后锁定线路。施工时钢轨锁定轨温应在42℃～47℃，若轨温低于锁定轨温即小于42℃时，单元轨节起点端用拉轨机固定，终点端用拉轨机拉伸。如轨温大于锁定轨温，则等到轨温在锁定轨温范围内，然后进行拉轨工序。

4.7 落轨、上扣件锁定

轨温处于锁定轨温范围内或单元轨节拉伸至锁定轨温范围内时，由放散起点向终点方向依次去除滚筒，将钢轨落到轨枕上，上好扣件紧固钢轨，记录锁定轨温和拉伸量。

4.8 锁定后焊接

无缝线路焊接要求把锁定轨温不变作为最基本的要求，一般现场作业有2种形式。

（1）不插入短轨原位焊接。

当探伤检查发现钢轨焊接接头有重伤，或发现沿焊瘤发生垂直断裂时，可采用不插入短轨原位焊接。在钢轨损伤处前后的轨头非工作边上，做控制点标记，如图2所示。如为重伤钢轨，只需测量控制点距离L，若钢轨已断裂，则应测量控制点距离l1、l2和断缝S。

图2 重焊前在轨头非工作边上作控制点标记

（2）插入短轨原位重焊。

在钢轨损伤处前后的轨头非工作边上，做控制点标记，测量距离l1、l2和断缝S。在两控制点间，标上钢轨锯切断面位置，并测量两段面距离L2，如图3所示，图上L2-S=l3+l4，若L1=L3+l4，则L1=L2-S。配置插入焊接的短轨。设铝热焊预留焊缝为Δl，则插入焊接短轨的长度L0按下式计算：L0=l1-2Δl或L0=L2-S-2Δl［3］。

图3 锯切断面、测量距离和断缝标记

根据以上2种焊接形式，利用铝热焊将放散单元轨节于上一放散的单元轨节焊连起来。

因沙特南北铁路在沙漠地段风沙较大，在铝热焊施工中务必做好防沙工作以确保铝热焊质量。

5 结束语

施工前首先应认真检查机具和设备，操作人员必须服从统一指挥，按作业程序施工；其次，根据当时气温控制好锁定轨温，实际锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，必须准确确定无缝线路锁定轨温；然后，确保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℃；最后，确保固定区钢轨位移，避免出现严重不均匀位移情况。但是在某些特殊条件下，施工需要提高或降低无缝线路的锁定轨温，以确保施工过程中不发生胀轨或长轨节断裂。该项目荣获2016～2017年度中国建设工程鲁班奖。

［1］ 丁士昭，逢宗展. 铁路工程管理与实务［J］. 中国建筑工业. 2016，（1）：105-107.

［2］ 田承祯，程永威. 无缝线路应力放散和调整方法［J］. 铁道建筑. 1999，（1）：25-27.

［3］ 刘涛. 浅谈无缝线路应力放散施工技术［J］. 甘肃科技. 2012，（3）：134-136.