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1、浅谈无缝线路的应力放散和线路锁定刘喜忠（中铁二十一局铺架公司库阿二线铺架项目部，新疆库尔勒 841000）摘要：应力放散均匀和锁定轨温的控制是施工过程中的核心问题，应力放散均匀，使实际锁定轨温控制在设计锁定轨温范围内，是施工控制的关键工序。本文主要以库阿二线无缝线路应力放散及锁定施工为例，介绍无缝线路施工过程中应力放散的施工技术。关键词 ： 无缝线路应力放散 施工技术 连入法 插入法理论锁定轨温 施工锁定轨温 自由放散 综合放散法应力放散均匀和锁定轨温的控制是施工过程中的核心问题，应力放散均匀，使实际锁定轨温控制在设计锁定轨温范围内，是施工控制的关键工序。本文主要以库阿二线无缝线路应力放散及锁
2、定施工为例，介绍无缝线路施工过程中应力放散的施工技术。无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，为社会、经济、政治稳定的提供了重要的保障。在无缝线路施工中，在普通线路上，由于采用的是标准长度的钢轨，每公里有线路上有 80 个（25m 钢轨）接头。钢轨接头是铁路上的薄弱环节，由于轨缝的存在，列车通过时发生冲击和振动。其冲击力最大可达到非接头的 3 倍以上。这种冲击力影响列车的平顺和旅客的舒适，并促使道床硬结、溜 坍 、 混 凝 土 轨 枕 损 坏 破 裂 ， 加 速 钢 轨 和 联 结 零 件 的 磨耗 和 伤 损 。 接 缝 的 存 在 也 降 低 了 钢 轨 和 机 车 车 辆 的 使 用 寿 命
3、 ， 并 增 加 它 的 养 护 维 修 费 用 。与普通线路相比较，无缝线路在相当长一段线路上消 灭 了 大 量 的 接 头 ， 因 而 具 有 冲 击 振 动少 ， 运 行 平 稳 ， 提高旅 客 舒 适 度； 减少材料消耗，降 低 轨 道 养 护 维 修 费 用 ； 延长线路设备机车车辆的使用寿命及维修周期，改善行车条件； 减 轻 机 车 车 辆 冲 击 轨 缝 的 噪 声 ， 有 利于 环 境 保 护 ； 适应高速行车的要求等到优点，是 轨 道 结 构 的 发 展 趋 势 ， 是 铁 路 现 代 化 的主 要 内 容 之 一 。 目前我国铁路主要干线普遍采用无缝线路，夏季胀轨和冬季的断
4、轨已成为无缝线路养护管理工作中关注的问题。无缝线路作为铁路轨道一种类型，受自然界气温变化影响，由于热涨冷缩在钢轨内部会产生巨大的温度应力，因此对无缝线路设备的维修养护管理成为铁路安全的重中之重，由于日常的养护维修，线路大中修施工作业，列车碾压等其它外部环境因素影响，无缝线路会不断产生位移和应力衰减，从而使锁定轨温自然下降，造成无缝线路不稳定，危及铁路行车安全，这时就要对不符合规定要求的无缝线路进行应力放散，然后再重新锁定线路。应力放散就是在设计锁定轨温范围内，将无缝线路全长扣件，防爬器等全部松开，让它自由伸缩，把钢轨内部的温度应力全部放散掉然后再重新锁定线路。1 理论锁定轨温无缝线路的锁定轨温
5、又称“零应力轨温”,一根钢轨从自由状态转化为被完全固定状态时的轨温称为锁定轨温。此时,钢轨内部的温度应力等于0。比如一根长25 m的钢轨被拨入线路,其两端联结夹板、拧紧接头螺栓时的轨温为20 ,那么就可以将20 算作该钢轨的锁定轨温。只要接头螺栓被拧紧,该根钢轨的自由伸缩就受到完全限制,无论是升温还是降温,钢轨内部均产生温度应力,锁定轨温是钢轨内部温度应力的起算点。锁定轨温是设计、铺设及养护无缝线路的重要技术参数,我们必须予以高度重视。2 施工锁定轨温2.1 锁定轨温与温度应力的关系无缝线路内部的温度应力 和现场轨温，锁定轨温 Ts 之间的关系：ttLltEEt Tts式中： 为锁定轨温，T
6、为施工轨温，E=2.1x105MPas钢轨线性系数 x10-5/18.x(TS-T)MPa48.2t由此； 与 之间为线路关系， 为正值时表示无缝线路内部产生拉应力， 为负ttt值时表示无缝线路内部产生压应力。2.2 施工锁定轨温是铺设焊接长钢轨时的实际锁定轨温。采用换轨小车铺设焊接长钢轨,通常取其始端和终端入槽时所测定的轨温平均值, 即t 锁 =（t 始 + t终 ）/2,同时要求始终端就位时的轨温必须控制在设计锁定轨温范围内,否则应待轨温适宜时,将焊接长钢轨放散应力后重新锁定。通常把一次铺设的轨条长度叫单元轨条。跨区间无缝线路由于施工技术条件和运营条件所限,不可能在一个天窗时间内一次铺设完
7、成(一次仅能铺设13 km) ,只能把区间无缝线路分成若干单元轨条。两单元轨条间的焊接必须在线路上进行,而且要求每单元长轨在焊联后的锁定轨温相同,焊联时保证锁定轨温不超限(在设计锁定轨温范围)是关键。这就需要配备有较大拉伸能力的焊接设备或性能良好的拉伸机。由于区间无缝线路不是一次完成铺设,要使整个轨条温度力均匀,即锁定轨温一致,在铺设施工中,如何组织施工队伍,安排施工程序,使铺设、焊接、放散应力、锁定等工作有序进行,且保证锁定轨温符合要求,这就成为施工中一个关键问题。2.3 根据施工作业轨温和施工条件一般有两种施工方法,一种叫“一步连入法”,一种叫“二步连入法”。(1)一步连入法在一个天窗时间
8、内把要铺设的单元轨条始端用焊接法与前一天铺设的单元轨条终端焊连,铺设时同时焊接,同时放散,做到一步到位。也就是说,在认为锁定轨温相符的条件下,新轨引进换轨车龙门之后,换轨车边前进边进行长轨条的始端焊接。这种施工组织难度较大,一般适用于封锁线路铺设和轨温变化不大,与锁定轨温相同的条件。(2)二步连入法(也叫插入法)在一个天窗内,与普通无缝线路一样,在两单元轨条之间铺设一根缓冲轨(龙口轨) 。而在另一个天窗时间内取出缓冲轨,插入经计算确定轨长的正式轨,放散应力,然后进行最终焊接。第二次焊接作业,可以选择在正在铺设新轨区间或相邻区间铺设新单元轨条时的同一个天窗内进行。作业地点间隔以相互施工不发生影响
9、,最好不小于三个单元轨条长。无论是一步连入法还是二步连入法,焊接时保证锁定轨温不超限(在设计锁定轨温范围)是关键,而目前工务部门用钢管垫于轨枕之间进行长轨拉伸或应力放散都不能达到每个单元轨条的实际锁定轨温位于设计锁定轨温范围内。2.4 施工中测量记录轨温宜采用多点测量取平均值的方法。3 维修作业锁定轨温一根长度为1 000 m 的CD 段长轨条在轨温20 时被完全锁定,那么CD 段长轨条的施工锁定轨温t锁 为20 。当轨温上升至40 时, CD 段长轨条的长度未变,而其内部却产生了温度压应力48. 56 MPa。维修作业锁定轨温图式85.01m 84.99mA BC DCD段长轨条在20被锁定
10、时,其中A、B 段长度均为85m。在运营过程中,由于种种原因A、B 两段的长度变化为85. 01 m和84. 99 m,而CD段长度未变。此时,CD段长轨条的锁定轨温仍为20 ,而A段的锁定轨温改变为30 ,B 段的锁定轨温改变为10 。铁路线路维修规则(以下简称维规) 第4. 3. 4条规定“进行无缝线路维修作业,必须掌握轨温,观测钢轨位移,分析锁定轨温变化,按实际锁定轨温,根据作业轨温条件进行作业”。上述A、B 段改变后的锁定轨温就是指维修作业锁定轨温,维规中混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件就是以维修作业锁定轨温为依据。4、线路锁定基本要求4.1.1 道床纵向阻力：12kN/枕；道床横向阻
11、力：10kN/枕；道床支承刚度：100kN/mm；道床密度：1.7g/cm3。4.1.2 库阿二线长钢轨焊接长度不宜小于 250m，不大于 500m。4.1.3 单元轨条长度一般为不大于 2000m，最短不应小于 200m，施工时，可以根据现场实际情况适当调整；因线路改移、拨接或合拢焊接造成钢轨长度不足时，插入的短轨的长度不得短于 6.25m。4.1.4 每个缓冲区由 3 对 60kg/m-U75V 的 25m 标准轨组成。4. 1.5 每单元轨节左右股钢轨始终端相错量不得大于 100mm。单元轨之间的联合接头焊缝（或胶结绝缘接头轨缝）距轨枕边缘不得小于 100mm。4. 单元轨节锁定时，实际
12、锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，相邻单元轨节的锁定轨温差不应大于5，同一区间内各单元轨节的最高与最低锁定轨温差不应大于10；左右两股钢轨锁定轨温差：当速度大于160km/h时，不应大于3，当速度小于或等于160km/h时，不应大于5。并准备记录始、终端的锁定轨温。否则，无缝线路铺设后必须进行应力放散并重新锁定 。单元轨节锁定前应按设计要求设置好钢轨位移观测桩；锁定后应及时在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记。4. 1.7 与缓冲区连接的单元轨的锁定轨温，应尽量选择设计锁定轨温的中和值，尽量避免采用上、下限值。 4.1.8 桥上无缝线路按锁定布置，单元轨之间的联合接头应设在距离桥台不小于 7
13、5m的路基上。4.1.9 缓冲区钢轨接头螺栓扭矩不得小于 1000Nm，中间扣件螺栓扭矩为100140Nm 之间。4.2.0 工地焊接接头的位置符合设计施工图的要求。单元轨节接头两股钢轨的相错量650m 3 4 64、有碴轨道整道允许偏差（mm）：1）中线允许偏差 30mm；2）线间距允许偏差20mm；3）路基上轨面高程允许偏差-30，+50mm；建筑物上轨面高程允许偏差10mm；紧靠站台轨面高程允许偏差 0，+50mm；五、无缝线路应力放散、锁定作业条件有碴轨道地段应力放散单元的道床经过大机“四捣四稳” 机养作业后，检测道床是否达到初期稳定状态，如果符合以下 3 个条件，则开始单元轨节应力放
14、散、锁定作业。5.1、道床达到初期稳定，根据新建时速 160 公里客货共线铁路工程施工质量验收标准 ，轨道质量符合下列规定：5.1.1 初期稳定阶段轨道几何尺寸允许偏差：初期稳定阶段轨道几何尺寸允许偏差（静态）5.1.2 轨面高程及道床断面基本符合要求，道床厚度宜比设计厚度小 40mm，道碴数量宜符合设计断面要求。5.1.3 道床状态参数指标：道床横向阻力不应小于 10kN/枕；道床支承刚度不应小于 100kN/mm；5.2 按设计要求已设置钢轨位移观测桩；5.3 施工轨温应在设计锁定轨温范围以内或以下时施工；六、作业内容应力放散前，按设计要求埋设位移观测桩；开始放散作业时，先清除放散区域承轨
15、槽内及可能进入承轨槽内的道碴；拆除单元放散范围内的扣配件；用压机将钢轨打起，放入放散滚筒，放散滚筒每隔 1520 根枕放置一个；起点需要进行焊联的单元，采用移动式接触焊机将放散单元与上一个单元（道岔）进行焊联，焊接接头经过探伤确认合格后，进入下一道工序；测量轨温，如果轨温在计划锁定轨温范围内，采用滚筒放散法，如果低于锁定轨温采用综合放散法，如果高于锁定轨温，停止放散作业，待轨温达到放散轨温要求方可进行放散作业；滚筒放散法作业时，每隔 400m 放置一台撞轨器，撞轨次序与铺设方向相反，撞轨点及单元轨节每隔 100m 处设置临时观测点，撞轨过程中如果各观测点钢轨出现反弹，则钢轨放散均匀，立即撤除滚筒，进行隔二锁一，保持应力放散成果，后补齐所有扣件；采用综合放散法，先采用滚筒放散法同样的步骤，将钢轨完全放散，以此时轨温作为钢轨放散前轨温，技术人员经过计算，算出钢轨拉伸量，用撞轨器配合拉伸器将长钢轨拉伸预定长度，拉伸器保压，撤除滚筒，进行隔二锁一，后补齐所有扣件；放散后的单元长轨尾端接头处，根据情况看是否需要插入短轨头，保证行车安全；放散完成后，技术人员立即做好位移观测“零点”标志，详细填写放散记录，由现场监理签字；清理道床上的工轨距 水平 轨向 高低 扭曲幅值（mm） 2 5 5 5 5弦长（m） 10 基长 6.25m机具，无碴道床必须安排人
