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高速铁路无缝线路应力放散及锁定施工技术中铁十四局集团第五工程有限公司于目涛周峰摘要：随着世界高速铁路技术的日新月异，无缝线路逐渐取代有缝线路成为世界高速铁路发展的主流，特别是京沪高速铁路的修建，为世界高铁的发展具有指导意义。本文根据现场施工经验，着重讲解了新建高速铁路无缝线路的应力放散和锁定，为今后同类施工起到指导意义。关键词：高速铁路无缝线路放散锁定一、前言京沪高速铁路是世界上标准最高，技术含量最大，一次性建成里程最长的高速铁路，北起北京南站，途径天津、河北、山东、江苏、安徽，终点到上海虹桥站，贯穿四个省三个直辖市，全长1318公里。施工中首先铺设500米轨条，然后采用世界上最先进的移动闪光焊技术进行现场焊接，全线为无缝钢轨。为了克服钢轨的热胀冷缩，即：克服钢轨在高温时产生的压应力和在低温时产生的拉应力，就要掌握钢轨在零应力时的轨温，在钢轨零应力时对钢轨进行锁定，就是钢轨的锁定轨温。无缝线路应力放散与锁定是跨区间无缝线路施工的最后关键工序，应力放散是否均匀、准确、彻底，直接影响到线路的稳定性。应力放散是拆除单元轨节的扣件,解除约束,抬上滚筒,通过滚筒、拉轨器、撞轨器、小锤等工具,使积累在单元轨节内的温度力得到释放,然后落槽,上好扣件达到设计的扣压力进行锁定,保证钢轨在锁定轨温下达到零应力状态。应力放散与线路锁定根据现场的钢轨温度的不同有综合放散法（也叫拉伸放散法）和滚筒放散法（也叫自由放散法）两种。线路经应力放散和焊接锁定后形成无缝线路。二、施工作业准备2.1组织机构准备成立应力放散和锁定领导小组，全面负责无缝线路应力放散和锁定工作。应力放散和锁定工作牵扯工序多，人员多，部门多，线路长，要求严，是一项综合性的工作，必须有一个统一的领导组织，各工序之间要相互配合，协调作业。锁定焊轨、正火、粗磨、探伤、精磨、平直度检测及放散和锁定等工序要有机的协调好，才能确保此项工作顺利优质快速的进行。2.2内业技术准备根据施工要求编制可实施性的施工方案编制后,经过相关上级部门审批后，在开工前组织技术人员认真进行学习。阅读、审核施工图纸,澄清有关技术问题,熟悉规范和技术标准，制定施工安全保证措施，编制相应的应急预案。对施工人员进行技术交底，进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。由于放散锁定工作受钢轨的实际温度限制，施工前，调查近期钢轨轨温，填写钢轨轨温调查表，确定放散锁定工作开始时间。2.3外业准备根据现场实际施工情况需要配齐作业人员及施工机具，易损件配备足够的备用件。设置足够的技术管理人员，配备齐全的检测工具及仪器设备。三、技术要求3.1技术管理技术主管负责技术交底书的编制、发放，对工序的实施过程进行控制检查；根据施工进度，提报材料计划。现场技术员负责拉伸量及各临时位移观测点位移量的计算工作，并做好放散中的检查工作。质检工程师负责对整套工序监督检查及抽查。3.2技术标准3.2.1正线轨道为一次铺设跨区间无缝线路。确保放散前各单元轨节钢轨的外观完好无损没有外伤，单元焊头质量合格。3.2.2锁定轨温：京沪高速铁路三标段、四标段设计锁定轨温根据江苏、山东两省年最高、最低轨温进行确定。根据设计和上海局要求明确规定京沪高铁徐州至宿州段、徐州至枣庄段无咋轨道锁定轨温控制在23±2℃，战场内有咋轨道锁定轨温28±2℃（上海铁路局管辖）；根据设计和济南局要求枣庄至曲阜段锁定轨温控制在23±3℃（济南铁路局管辖）。3.2.3线路锁定时，实际锁定轨温必须在设计锁定轨温允许范围内。相邻单元轨节的锁定轨温差不得大于5℃；同一单元轨节左右股钢轨锁定轨温应一致，最大温差不得超过3℃；同一区间内无缝线路内单元轨节的最高与最低锁定轨温之差不得大于10℃。如果不满足以上任何一项，则应采取重新放散措施。3.2.4为保证轨内应力均匀放散，避免出现过大的温度力差，在同一单元轨节长度内要同步进行锁定。3.2.5单元轨节布置单元轨节就是在现场把已经铺好的几根500米(有时也存在小于500米的短轨)钢轨根据设计要求先焊接成为一个单元，放散锁定时再把各个单元进行锁定焊接，使全线成为无缝线路。单元轨节的布置根据线路条件、工点情况、施工工艺等因素进行设置，其长度除站场范围外，一般按1000～2000m设置，最短不得小于200米。除特殊条件外，在区间内一般按2000米作为一个单元轨节。3.2.6岔区无缝线路3.2.6.1道岔焊接采用铝热焊的焊接方式，除绝缘接头采用胶接绝缘接头外，其余全部焊联。无缝道岔直股与相邻长轨条焊联，为防止直曲基本轨和直曲尖轨出现位移相错量，在岔后侧股焊联一定长度并锁定。3.2.6.2单组或相邻多组一次锁定的道岔（含区间线路）及其前后各一定范围的钢轨组成一个单元轨节。其锁定轨温与两端区间无缝线路设计锁定轨温一致。四、施工人员分工及机械设备配备按照一个放散及锁定班组设置，每班组需要人员如下：序号岗位人数施工作业内容备注1指挥1现场负责2技术员2现场质量控制3班组长3负责班组内作业4扣件拆装30扣件拆除、锁定绝缘垫片的安装5滚筒安装50应力放散6位移观测20观测钢轨位移7拉轨器组8拉轨器操作8撞轨组24撞轨器安装及撞轨9钢轨焊接10锁定焊接10安全员4防护11探伤工2锁定焊头探伤合计154应力放散机具配置表序号工具名称数量备注1对讲机20台2起道机6台3撬棍40把4内燃螺栓扳手14台5丁字扳手20把6小平板车8台7照明设备2套8活动扳手4把9锯轨机2台一台备用10手锤50把据实际情况而定11照明头灯120个夜间施工时用12滚轮400个13拉轨机2台一台备用14防侧翻滚轮30个曲线段用15撞轨机（包）4套一套备用16电子数显轨温计10块17吹风机4台五、作业内容单元轨节焊接完成后，进行应力放散及锁定作业。当实测平均轨温在设计锁定轨温范围时，采用滚筒放散法（也叫自由放散法）进行应力放散；当实测平均轨温低于设计锁定轨温时，采用综合放散法（拉伸）进行线路应力放散。确保线路应力放散均匀、准确、彻底。根据所处的位置不同分为区间、站场、岔区放散与锁定。六、工艺流程（见附图1）图中：Tsg—表示施工时测量轨温，Ts—表示设计锁定轨温附图1：应力放散及线路锁定工艺流程图（以四标段设计标准为例）测量轨温测量轨温不能进行放散施工开通线路七、作业细则施工准备封闭线路确定放散长度线路锁定、合拢撞轨归零垫入滚筒拆除扣件Ts-2℃TsgTs+2℃Tsg小于Ts-2℃Tsg大于Ts+2℃滚筒放散法综合放散法记录锁定轨温观测桩零点标记设立临时观测点线路整理7.1滚筒放散法施工工艺（见附图2）附图2：滚筒放散法施工工艺流程图7.1.1测量轨温，当施工时钢轨的温度在设计锁定轨温范围内时，采用滚筒放散法进行施工。7.1.2确定待放散线路钢轨的长度，保证单元轨节内各焊接接头合格。7.1.3以岔后第一个单元为例。在线路与道岔岔前之间留够铝热焊的缝隙，一般情况下设置为25~28毫米（为了保险起见，根据施工经验对于否确定放散长度拆卸扣件垫入滚筒测量轨温撞击钢轨是否出现反弹钢轨落槽,安装扣件设位移观测标记读取并记录初始位移结束在设计锁定轨温范围内是测量并记录锁定轨温不能及时进行铝热焊施工的该处轨缝预留量尽量小于设计量）。将待放散钢轨向前方锁定70~100米，作为受力起始段。7.1.4用内燃扳手解除本次待放散单元轨节上剩余的所有扣件，抬起钢轨每隔10~15米在轨底垫一个滚筒。7.1.5设置临时位移观测点，按照每100米一个点，共设置20处，每处设置一名观测员。7.1.5在线路放散全长范围内每300~500米左右设一处撞轨点，用撞轨器沿放散方向撞击钢轨，同时用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，充分放散温度应力。严禁敲击轨头及轨顶面，观测各点的位移量变化情况，当轨端及各观测点位移发生反弹时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时停止撞轨，放散归零完成；否则，应检查滚筒有无倾斜、脱落，钢轨有无落槽及撞击力不够等现象，如果存在则进行调整，重新撞轨。7.1.6钢轨应力放散均匀后撤掉滚筒，使长轨平稳地落入承轨槽内，同时检查橡胶垫有无歪斜，及时加以纠正，同时为了钢轨的后期精调质量，钢轨落槽前确保承轨台上干净无杂物。7.1.7放散范围内要迅速上齐扣件并拧紧，当单元轨节终端100~150米范围内扣件上齐且达到设计的扣压力时，此时视为此单元轨节已锁定，测量并记录安装扣件的开始和结束时的轨温，取其平均值作为该单元的实际锁定轨温。7.1.8如果因为作业空间限制，放散完成后扣件可以按照“隔二上一”的方法，后面可以及时跟进补齐所有扣件。7.1.9做好位移观测标记，读取并记录初读数7.1.10将先期锁定的70~100米钢轨松开扣件，垫好滚轮，用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，充分放散温度应力，迅速撤除滚轮并进行锁定。7.1.11本单元放散锁定完成后，焊轨车推进到锁定焊接位置，待下一个待放散单元钢轨滚筒按照10~15米标准垫完后开始进行锁定焊接。焊接完成后焊轨机后退50米进行正火、粗磨、初次探伤合格后进行下一个单元应力放散锁定。7.1.12解除上一单元已放散线路末端25~50米长度范围内的所有扣件。抬起待放散钢轨，每隔10~15米在轨底垫一个滚筒，开始进行本单元的放散锁定工作。7.1.13放散方法与上述7.1.5~7.1.9步骤相同。7.2、综合放散法（拉伸）施工工艺（见附图3）7.2.1测量轨温，当施工时钢轨的温度低于设计锁定轨温范围时，采用综合放散法进行施工。7.2.2解除本次待放散单元轨节所有扣件，抬起钢轨，每隔10~15米在轨底垫一个滚筒，使钢轨达到自由伸缩状态，上一单元锁定完成后焊轨机推进到本单元进行锁定焊接，正火，粗磨，初探合格后焊轨机后退50米，解除上一单元已放散线路末端25~50米长度范围内的扣件，每隔10~15米垫一个滚筒后开始进行本单元放散锁定工作。7.2.3在线路放散全长范围内每300~500米左右设一处撞轨点，用撞轨器沿放散方向撞击钢轨数次，同时用手锤敲击钢轨轨腰，使钢轨能够自由伸缩，当轨端和各观测点位移发生反弹时，则视为钢轨达到自由伸缩状态，此时停止撞轨，钢轨归零完成；否则，应检查滚筒有无倾斜、脱落，钢轨有无落槽及撞击力不够等现象。7.2.4确定待放散线路钢轨的长度，并每隔100米左右设1处临时位移观测点，在各观测点上做出拉伸位移的零点标记。附图3：拉伸放散法施工工艺流程图确定放散长度放松扣件7.2.5测量此时轨温，根据此时轨温与计划锁定轨温之差计算拉伸量、锯轨量：7.2.5.1、按下式计算钢轨拉伸量△L=α×L×（Tjh-Tsg)式中：△L——单元轨节拉伸量（mm）。α——钢轨的线膨胀系数，取α=0.0118/℃L——放散长度(m)，为放散单元轨节与已锁无缝线路末端所拆扣件长度之和。Tjh——计划锁定轨温（℃）。Tsg——施工时所测单元轨节的平均轨温(℃)。7.2.5.2锯轨量△L＇=△L+△Ly－Lf式中：Lf——长轨处于自由状态时，长轨末端与下一个单元轨节始端的距离(mm)。△Ly——预留轨缝（一般取6~8mm）。△L＇：如计算出为正值则需锯轨，如计算出为负值则不需锯轨。举例：某待放散单元长2000m，设计锁定轨温Tjh=23℃，现场撞轨归零后实测平均轨温Tsg=18.5℃,现场量测Lf=140mm总拉伸量△L=α×L×（Tjh-Tsg)=106mm预留轨缝△Ly=6mm△L＇=△L+△Ly－Lf=-28mm不用锯轨，直接拉伸根据总拉伸量计算出各个临时位移观测点1#~19#点的拉伸位移量进行观测钢轨的位移量，及时排除影响放散的障碍，确保应力放散均匀、彻底。7.2.6安装拉轨器。将待放散前一个单元从相邻端100米扣件上紧，拉轨器安装在待放散长钢轨自由端和前一个单元的钢轨始端部，根据计算的总拉伸量确定１～１９＃各个临时位移观测点的拉伸量并做好标记，按计算的拉伸量△L拉伸钢轨，在拉伸过程中采用撞轨器、手锤配合，待观测点达到设计的拉伸量后从1号点到20号点依次进行拆除滚筒上紧扣件进行锁定。7.2.7在拉轨器保压状态下撤除撞轨器及滚筒，使长轨平稳地落入承轨槽内，安装扣件，锁定线路。同时检查橡胶垫，有错位者纠正，