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高速铁路无缝线路施工高速铁路无缝线路施工概述施工概述无缝线路是将标准钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称为焊接长钢轨线路（英文简称CWRTrack）按钢轨内部温度应力的处理方式分类温度应力式定期放散应力式自动放散应力式按钢轨长度分类优点：㈠运行平稳㈡延长部件使用寿命㈢减少维修费用缺点：㈠钢轨承受温度变化造成的巨大温度力，导致夏季胀轨、冬天断轨㈡钢轨较长，需要特殊考虑运输、装卸、铺设方法与机具等㈢焊接质量对线路影响大普通无缝线路：长度一般为1000~2000m区间无缝线路：长度小于区间长度跨区间无缝线路：长度大于区间长度并焊接无缝道岔基本理论一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化t℃时，其伸缩量为l＝a·l·t如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力t为：t＝E·t＝E(l／l)＝Ea·l·t／l＝E·a·t一根钢轨所受的温度力Pt为：Pt＝t·F＝2.5t·F线路纵向阻力纵向阻力是指阻止钢轨及轨道框架纵向伸缩的阻力。包括扣件阻力和道床纵向阻力。扣件阻力各种中间扣件及防爬设备阻止钢轨相对于轨枕纵向位移的阻力扣件阻力必须大于道床纵向阻力，否则，钢轨将沿轨枕移动，这是设计无缝线路必须考虑的一个基本要求。道床纵向阻力道床抵抗轨道框架沿线路方向纵向位移的力称为道床阻力。特点：⑴大小同线路状况有直接关系⑵随着轨枕位移的增加而增长，但当位移达到一定值时，阻力就不再增加。⑶只有当扣件阻力大于道床纵向阻力时，钢轨才能带动轨枕作纵向位移而产生道床纵向阻力。⑷道床纵向阻力的作用顺序是轨端向无缝线路的中部渐次延伸，到最高、最低轨温，直到最大温度力为止。钢轨伸缩调节器EJ（ExpansonJoint）主要用于无缝线路所跨越的长大连续梁桥上、以及道岔附近。目前在无缝线路采用的EJ包括单向和双向两种。当在跨超过120m的连续梁上铺设无缝线路时，由于梁、轨的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨道的安全性、稳定性，危及行车安全。解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩调节器平面线型采用的是缓和曲线型。缓和曲线在用于高速铁路时是非常必要的，它可以降低车轮对纵坡的冲击，减小轨道的几何不平顺。钢轨伸缩调节器橡胶垫板提高垫板轨撑导向轨撑法国和德国高速铁路采用感应式或音频式无绝缘轨道电路，站线的钢轨绝缘接头采用高强度、高韧性胶接绝缘接头，因而较为广泛地采用超长无缝线路。但在大桥上铺设无缝线路仍然设置伸缩调节器，例如：法国高速铁路巴黎一里昂段，从圣弗洛朗丹至里昂就有为较多的预应力混凝土连续梁桥无缝线路设置伸缩调节器。德国高速铁路的汉诺威一维尔期线伊茨赫希海姆桥、格明登桥、罗姆巴赫跨谷桥设有传力装置或徐变连接器，铺设无缝线路仍采用伸缩调节器。无缝线路设置伸缩调节器的投资费用较高，且在伸缩调节器范围内轨道平顺性不及超长无缝线路。我国高速铁路无缝线路结构以超长无缝线路作为主要结构型式，但在长大桥上铺设无缝线路，为减少桥梁和轨道所受纵向力，宜设置伸缩调节器。因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在1—2km以内的无缝线路。使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的1—2km延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。使用无缝道系将焊接长钢轨穿越车站道系，从而使一条焊接长钢轨将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。概念区分超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称超长无缝线路普通无缝线路区间无缝线路跨区间无缝线路高速、重载是铁路现代化的重要标志，超长无缝线路的发展则是现代化铁路强化轨道结构的客观需要。采用强度高、绝缘性能好、使用寿命长的胶接绝缘接头和道岔的无缝化是发展超长无缝线路必须掌握的关键技术。优越性1、彻底地实现了线路的无缝化，全面地提高了线路的平顺性和整体强度。无缝道岔指的是道岔自身钢轨接头的焊接、胶接或冻结，以及道岔两端钢轨与连接轨的焊联。无缝道岔钢轨在温度力作用下力的传递与分布规律，是无缝道岔设计的理论基础。2．超长无缝线路取消了缓冲区及钢轨接头，因而钢轨部件的损耗率和维修工作量得以进一步减少。3．超长无缝线路没有伸缩区，伸缩区因过量伸缩而不能复位时产生的温度力峰，都随之消失，有利于轨道的稳定和维修管理。5．无缝道岔为道岔实现上部准、下部稳的整体稳固状态打下了基础。时速120km以上的区段铺设了12号提速道岔；时速160km以上、200km及以下的区段铺设了12号或18号可动心轨道岔。岔枕以混凝土岔枕、弹条扣件为主；尖轨在弹性可弯中心之前设限位器，之后设分布的间隔铁；可动心轨辙叉采用了长翼轨；固定型辙叉前后趾4个接头采用了高强度冻结接头；锁闭方式改用了利于调整错位的外锁闭。6．超长无缝线路及无缝道岔的绝缘接头一律采用胶接绝缘接头。冻结接头和胶结绝缘接头1、冻结接头利用钢轨轨腔上下颚两个张口斜面，将夹板上下面也加工成同样斜度的斜面，然后使用10.9级高强度专用大六角螺栓，利用1.3～1.4kN·m紧固扭矩，产生较大的接头阻力，实现钢轨接头的有效冻结。冻结接头夹板采用B7钢制作，在工厂专用模具内将钢轨胶结绝缘材料和夹板胶结在一起，到现场组装使用，减少了养护维修成本和养护维修工作量。经测试，最大接头阻力为1300kN，远远超过一般钢轨接头阻力600kN，冻结效果良好。2、胶接绝缘接头无缝线路的有绝缘轨道电路和无缝道岔的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。这类接头分为胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板。胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板均采用特制夹板和绝缘胶板由工厂按各自的工艺制成。胶接绝缘钢轨与长轨条和无缝道岔钢轨的联接采用焊接。钢轨胶接绝缘材料以热胶为主，大多数采取工厂生产。胶接绝缘接头由以下部件组成：钢轨、全断面夹板、绝缘胶板、绝缘套管、绝缘端板、高强度螺栓、平垫圈，经加温、加压固化而成。控制温度是保证胶接质量的关键。许昌胶接轨厂自行研制了用远红外线加热板的加温箱，箱温通过控制箱调节，轨温的升降通过热敏温度计监测，效果良好。它有以下优点：1．能对加温温度实行有效控制，根据气温变化，可调整加温温度，一次加温不到位可再次加温。2．钢轨、夹板可同时在加温箱内加温，两者温度一致，可保证胶接质量。3．在胶接时，可以从容地进行胶接部件的组装，不必担心温度下降而紧张操作。一旦胶接温度低于规定值，可在组装后再度升温，以确保胶接质量。4．工艺简单，操作容易，可降低成本。１、钢轨通常使用2根各长3.25m全长淬火轨，硬度达到320—340HB，为防止钢轨胶接绝缘接头运营时产生轨顶肥边，胶接端的轨顶必须按2x45°倒棱，钢轨外观平直，用1m直尺检查，轨顶不平顺不超过0～十0.2mm，轨头侧面不平顺不超过±0.2mm。2．胶层钢轨胶接绝缘材料拟采用热胶槽板，在工厂制成成品，要求槽板截面尺寸如图所示：3．全断面夹板的设计需考虑以下要求：(])按照胶层固化后的厚度，预留夹板与钢轨之间的间隙；(2)增大夹板竖向刚度，以减小列车荷载作用下胶接绝缘接头的挠度；(3)几何尺寸尽可能对称，便于轧制加工和热处理；(4)按照轨道电路的要求，全断面夹板外形设计还应给扣件安装留有必要的空间4．紧固件选用小扭矩系数Ｋ的高强度螺栓，当螺栓公称直径Ｄ、螺栓扭力矩M一定，螺栓张力Ｐ与扭矩系数Ｋ成反比：DKMP选用小扭矩系数高强度螺栓可提高螺栓张力，使胶接钢轨绝缘接头获得良好紧固效果。５、技术性能近几年来，我国在吸收美国3M公司和Allegheny公司钢轨胶接绝缘接头技术的基础上，在生产工艺上作了改进，从而使我国钢轨胶接绝缘接头整体剪切和疲劳寿命的检验值达到了国际先进水平。目前我国在干线上铺设的钢轨胶接绝缘接头数量已超过1．5万个。有的区段累积通过总重超过400Mt，未发生破损和绝缘失效。今后在高速铁路上的应用能够满足使用要求。二、纵向力的测定纵向力检测的方法，大致可分为两类，一类是应变法，一类是应力法。应变法１、观测桩法观测桩法是应变法的一种，是在长轨条铺设之前，先期按长轨条设计位置，即普通无缝两端、伸缩区终点、长轨条中点及距伸缩区终点100m处的路肩上埋设5—7对位移观测值，使用光学准直仪和对中器来进行观测．在跨区间无缝线路上，单元长钢轨位移观测桩的设置如图所示。当长轨条铺设锁定之后，立即在与观测桩相对应的钢轨上做好标记，作为观测钢轨爬行的观测点。２、测标法测标法是标定轨长法的演进，它克服了钢轨与普通钢尺的线胀缩系数差异、测尺的差和其它人为误差等缺点。在焊轨厂的配轨车间，对处于自由状态的25m标准轨设标距为24m，测标是打在轨头非工作边侧面，直径不大于0.5mm的冲眼，然后将设标轨焊于长轨条中，每250m设测标一组。现场铺设后，仍用原设标钢尺或经检验的钢尺，检测施工锁定轨温。当轨温变化到T时，测定24m的尺长与钢轨标距之差，可视作钢轨未实现的伸长量，同理可计算得锁定轨温。应力法钢轨锁定轨温是零应力轨温，那末通过检测钢轨中的温度应力即可监控锁定轨温的情况。目前，如何能直接准确测量钢轨温度应力，仍然是个技术难题，各种直接检测温度力的仪器设备，至今仍很少能达到实用水平。因此，应力法检测锁定轨温，尚未进入阶段。跨区间无缝线路纵向力（温度力）的调整超长无缝线路因取消了缓冲区，因而应力放散时，不可能通过更换不同长度的缓冲轨来补偿无缝线路的放散量，只能锯切钢轨，预留“开口量”，采用液压钢轨拉伸器张拉钢轨和撞轨实现应力放散。为达到放散均匀、彻底，要求张拉钢轨时，必须将长轨条搁置在滚筒上，并每隔100m设置钢轨纵向位移观测标记，测量放散量。当液压拉伸器张拉钢轨达到计划放散量时，立即拆除滚筒，拧紧扣件。与此同时，在钢轨锯切处用铝热焊焊联钢轨，因而锯切钢轨还应考虑铝热焊的预留焊缝。施工无缝线路施工是多种设备和多工种联合作业的系统工程。无缝线路铺设施工技术涉及到新设备新技术、新工艺、新材料等多个领域。我国采用的是结合大修的时候进行。步骤：１、先将２００m或４００m的长轨条由运轨小车运到线路两边。２、长轨条在现场实地焊接成需要的有限长的长轨条。３、焊好长轨条后，封锁线路（开天窗），用换轨车来完成旧钢轨的转移和新轨条的搬入。４、锁定。移动式气压焊、铝热焊一、普通无缝线路的铺设长轨条的焊接二、跨区间无缝线路的铺设连入铺设法铺设作业轨温与设计锁定轨温范围相符合时，所采用的铺设方法。跨区间或区间无缝线路采用连入铺设法时，本次正要铺设的单元长钢轨的锁定和上次已铺设的单元长钢轨的焊连同时完成，因此又叫“一步法”。插入铺设法在任意轨温下施工。本次铺设的单元长钢轨的锁定与上次已铺单元长钢轨的焊连分别进行，因此又叫“两步法”每个作业时间内完成铺设的长钢轨的的长度单元长钢轨连入铺设法施工质量：温度力分布均匀。施工天窗：时间较长。施工季节性：适宜春、秋季，轨温状态稳定，容易获得适宜的施工天窗。插入铺设法施工质量：温度力分布不均。施工天窗：总时间加长，行车也大为干扰。施工季节性：夏、冬两季。连入法和插入法的比较长钢轨焊接工艺移动式气压焊电接触焊铝热焊质量好，现场焊质量好，厂焊质量差，现场联合接头、原位焊复法专用设备：压机、加热器、直轨机。通用设备：氧化瓶、乙炔、液化石油器瓶、减压器。冷却设备：冷却水泵、液压设备、油泵。气压焊接缺陷的原因及防治钢轨的焊接，有时会产生外形或内在的缺陷。一、外形缺陷外形缺陷主要有：前后不直，如硬弯、错牙、扭曲等；打磨不平，如不圆顺、打磨过量、打磨欠量等。外形缺陷产生的原因有二：(1)挑选钢轨不严，使对接钢轨断面的尺寸误差大于规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，对接时形成较大偏差。(2)对锉头、打磨、调直的工艺掌握不严，没有达到规定标准。二、内在缺陷内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。1．光斑光斑属未焊透现象，它是常见的一种缺陷。光斑处手感光滑，呈银灰色，焊道出现光斑的钢轨抗冲击性能显著下降。另一种光斑呈半焊接状，其断面呈灰色，手感不光滑，且有一定强度。产生光斑的原因如下：(1)钢轨端面处理不洁，或受油、烟、水、尘、锈