鐵路客運(yùn)專線無(wú)逢線路施工的關(guān)鍵技術(shù)

鐵路客運(yùn)專線無(wú)逢線路施工的關(guān)鍵技術(shù)

一、高速鐵路對(duì)線路的要求
《中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱》中指出鐵路線路要向重軌和無(wú)縫線路發(fā)展，要積極創(chuàng)造條件，發(fā)展超長(zhǎng)無(wú)縫線路，減少機(jī)車運(yùn)行能耗。高速客運(yùn)專線要求軌道具有較高的平順性。跨越式發(fā)展對(duì)軌道的平順性提出了新的要求，嚴(yán)格控制鋼軌的平直性和焊頭的平順性是其關(guān)鍵之一。
軌道的高平順性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
a 鋼軌的原始平直度公差要小；
b 焊縫的幾何尺寸公差要�。�
c 道岔區(qū)不能有接頭軌縫、有害空間等不平順；
d 高低、軌向、水平、扭曲和軌距偏差等局部孤立存在的不平順幅值要��；
e 敏感波長(zhǎng)和周期性不平順的幅值要小； 軌道不平順各種波長(zhǎng)的功率譜密度值都要小

二、跨區(qū)間無(wú)縫線路概念
無(wú)縫線路也叫長(zhǎng)鋼軌線路，就是把若干根標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼軌經(jīng)焊接成為1000～2000m而鋪設(shè)的鐵路線路。通常是在焊軌廠將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成125～250m的軌條，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)就地焊接后鋪設(shè)。
所謂跨區(qū)間無(wú)縫線路，即軌條與軌條、軌條與道岔直接焊接，軌條之間直接傳遞縱向力和位移量。在TB/T1352-94《鐵路線路術(shù)語(yǔ)》中稱為超長(zhǎng)無(wú)縫線路（Super Long Continuous Welded Rail Track）。

三、鋪設(shè)無(wú)縫線路與跨區(qū)間無(wú)縫線路的優(yōu)、缺點(diǎn)
1、鋪設(shè)無(wú)縫線路的優(yōu)、缺點(diǎn)：
說(shuō)明：與普通線路相比，無(wú)縫線路在其長(zhǎng)鋼軌段內(nèi)消滅了軌縫，從而消除了車輪對(duì)鋼軌接頭的沖擊，使得列車運(yùn)行平穩(wěn)，旅客舒適，延長(zhǎng)了線路設(shè)備和機(jī)車車輛的使用壽命，減少了線路養(yǎng)護(hù)維修工作量，并能適應(yīng)高速行車的要求，是軌道現(xiàn)代化的發(fā)展方向。
鋪設(shè)無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在：
a　行車阻力下降10～20%,節(jié)省能源；
b　延長(zhǎng)部件壽命15～30%；
c　減少維修費(fèi)用20～35%；
d　適于高速行車，使旅客舒適；
e　振動(dòng)與噪聲降低。
鋪設(shè)無(wú)縫線路也存在以下缺點(diǎn)：
a　鋼軌承受著巨大的溫度力，斷軌(冬天)，跑道(夏天)。尤其剛開始鋪設(shè)無(wú)縫線路時(shí)，線路尚未穩(wěn)定，更容易發(fā)生.對(duì)養(yǎng)護(hù)維修的要求高—嚴(yán)格按照軌溫進(jìn)行作業(yè)。
b　軌條長(zhǎng)，需專用設(shè)備與方法來(lái)運(yùn)輸、裝卸與施工。如長(zhǎng)軌運(yùn)輸車。
c　焊接質(zhì)量影響頗大。
２、跨區(qū)間無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)
除具有一般無(wú)縫線路的優(yōu)點(diǎn)外，還具有：
a　無(wú)縫線路的長(zhǎng)軌條貫通區(qū)間，并與道岔焊連，取消了緩沖區(qū)，徹底實(shí)現(xiàn)了線路的無(wú)縫化，全面提高了線路的平順性與整體強(qiáng)度；
b　軌道部件的損耗和養(yǎng)護(hù)維修工作量進(jìn)一步減少；
c　改善了道岔區(qū)的行車條件；
d　溫度循環(huán)造成的溫度力峰也隨著伸縮區(qū)的消失而消失了；
e　提高了線路的防爬能力，線路的安全性和可靠性提高了。

四、鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的必要性
為滿足高速、客運(yùn)專線高平順性的要求，新建鐵路必須一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路。這是因?yàn)槿绻�不一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路：
a　不可能達(dá)到軌道初始不平順的嚴(yán)格要求；
b　不可能消除對(duì)軌道十分有害的周期性不平順；
c　不能充分發(fā)揮無(wú)縫線路大幅度提高軌道平順性的應(yīng)有作用。
d　同時(shí)也是低維修、低振動(dòng)、低噪聲的需要。
總結(jié)：客運(yùn)專線應(yīng)采用一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路。事實(shí)上，為了滿足少維修、低振動(dòng)、提高舒適度等要求，一般新建鐵路也應(yīng)考慮采用跨區(qū)間無(wú)縫線路。
我國(guó)《鐵路主要技術(shù)政策》提出高速重載鐵路應(yīng)優(yōu)先發(fā)展跨區(qū)間的超長(zhǎng)無(wú)縫線路

五、跨區(qū)間無(wú)縫線路特點(diǎn)
依對(duì)內(nèi)部溫度應(yīng)力處理方式的不同，可分為兩種：
１、溫度應(yīng)力式
受力狀況：無(wú)縫線路鋪設(shè)鎖定后，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度力，其值隨軌溫變化而異。
特點(diǎn)：溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋪設(shè)維修方便，因而得到廣泛應(yīng)用。
２、放散溫度應(yīng)力式
分為自動(dòng)放散式和定期放散式兩種，適用于年軌溫差較大的地區(qū)、或溫度力較大的特殊地段。
放散溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路曾在前蘇聯(lián)和我國(guó)年溫差較大的地區(qū)試用，目前較少使用（只是在大跨度橋上、城市軌道交通的道岔兩端以設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)器的方式在使用自動(dòng)放散式）。
現(xiàn)今世界各國(guó)主要采用溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路，這是我們介紹的重點(diǎn)。
六、無(wú)縫線路的發(fā)展歷程
無(wú)縫線路是20世紀(jì)30年代開始出現(xiàn)的，但在50年代初期才真正得到發(fā)展�，F(xiàn)在世界各國(guó)無(wú)縫線路已超過20萬(wàn)公里，約占世界鐵路總長(zhǎng)的20%。在國(guó)外新線鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路，高速、重載鐵路多采用，甚至是一些普通鐵路也在使用。
根據(jù)我國(guó)無(wú)縫線路的發(fā)展歷程，我國(guó)將無(wú)縫線路可以分為三類:
１、普通無(wú)縫線路：軌條長(zhǎng)度l＝1000～2000m；
２、區(qū)間無(wú)縫線路：l≤區(qū)間長(zhǎng)度；
３、跨區(qū)間無(wú)縫線路：l＞區(qū)間長(zhǎng)度并焊連無(wú)縫道岔。
通過世界各國(guó)多年的研究與實(shí)踐：無(wú)縫線路已在小半徑、坡道、寒冷地區(qū)、大跨度橋梁、道岔等方面均有較大的發(fā)展與突破。
以無(wú)碴軌道為例，由于無(wú)碴軌道的穩(wěn)定性多取決于扣件的性能，因此只要牽引方式及車輛結(jié)構(gòu)容許，鋪設(shè)無(wú)縫線路的最小坡度還可以更大、半徑更小。
國(guó)內(nèi)也在推廣應(yīng)用。我國(guó)自1958年開始鋪設(shè)，經(jīng)過幾十年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，在設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)維修方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)。至1994年底，無(wú)縫線路長(zhǎng)度已達(dá)20500km，占正線軌道里程的31%；截至2004年底，各提速線上均鋪設(shè)有跨區(qū)間無(wú)縫線路，最長(zhǎng)的一段為223.1KM。無(wú)縫線路這一軌道結(jié)構(gòu)的新型式今后會(huì)得到迅速的推廣和廣泛的采用。
目前我國(guó)已經(jīng)建設(shè)的客運(yùn)專線有秦沈客運(yùn)專線，正準(zhǔn)備建設(shè)的線路有武廣、鄭西、京津塘等高速客運(yùn)專線；新線建設(shè)目標(biāo)速度為200km／h的遂渝線等等。
目前新建鐵路其中的幾特點(diǎn)：
1） 新線一次性鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路；
2） 較高的開通速度。
3） 后期的沉降盡量少、過程減短；
4） 施工后交付運(yùn)營(yíng)的線路狀況好、穩(wěn)定。
開通速度與新線一次性鋪設(shè)的跨區(qū)間無(wú)縫線路的質(zhì)量密切相關(guān)， 施工工藝及質(zhì)量控制措施是關(guān)鍵。
第二部分 跨區(qū)間無(wú)縫線路施工技術(shù)
高速客運(yùn)專線的鋪碴、鋪軌作業(yè)必須以保證路基頂面不受施工和運(yùn)輸機(jī)具的破壞為前提。在施工完畢的路基面上,攤鋪厚度為 l5Omm的道碴層并經(jīng)壓實(shí)后,則可進(jìn)行鋪軌作業(yè)。國(guó)外有碴軌道鋪軌作業(yè)主要采用兩類方法:單根軌枕作業(yè)法和長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法。
2.1 單根軌枕作業(yè)法
2.1.1間隔式群枕鋪設(shè)法
這種鋪軌工法是單根軌枕作業(yè)法中的一種,曾在法國(guó) TGV 和西班牙高速鐵路施工中使用。間隔式群枕鋪設(shè)法的平均效率為 1200m/天,其鋪設(shè)基本程序如下：
⑴鋪設(shè)輔助軌排用輕軌、木枕鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)軌距輔助軌排。
⑵運(yùn)軌列車運(yùn)卸長(zhǎng)鋼軌運(yùn)軌列車進(jìn)入輔助線后，同時(shí)卸1號(hào)線和 2 號(hào)線的長(zhǎng)鋼軌，并使 1 號(hào)線兩側(cè)的長(zhǎng)鋼軌間距等于龍門架的走行軌距。
（3）吊起輔助軌排、運(yùn)輸、再鋪
龍門吊走行軌鋪成后，用門式吊機(jī)吊起輔助軌排，放在運(yùn)輸車上，動(dòng)力車將運(yùn)輸車推至前方，用后退的鏟車、門式吊車機(jī)將軌排卸下，逐步鋪設(shè)固定,使輔助軌排繼續(xù)不斷向前延伸。
（4）碴面整形、吊卸軌枕
輔助軌排吊走后，道床斷面整形，并使用龍門吊機(jī)每次起吊30+30根軌枕，并依次卸下。
（5）軌枕定位
（6）長(zhǎng)鋼軌定位
卸下軌枕后，使用收軌機(jī)將鋼軌收放在軌枕的承軌槽上，并安裝緊固扣件。
（7）重復(fù)運(yùn)卸長(zhǎng)鋼軌
另一列車?yán)^續(xù)運(yùn)卸長(zhǎng)鋼軌，并重復(fù)上述工序。
（8）鋁熱焊、放散應(yīng)力
卸碴、配碴整形、整正線路、起道搗固、用動(dòng)力穩(wěn)定車穩(wěn)定道床、鋁熱焊、放散應(yīng)力、最終焊接、超長(zhǎng)無(wú)縫線路鎖定。
（9）卸碴、整形
補(bǔ)碴、再次整道和整形,并用動(dòng)力穩(wěn)定車再次穩(wěn)定道床，使線路集合狀態(tài)達(dá)到規(guī)定要求。
（10）鋼軌打磨
鋼軌打磨達(dá)到軌面平順性要求。
3.1.2 單枕連續(xù)鋪設(shè)法
單枕連續(xù)鋪設(shè)法就是最著名的單根軌枕作業(yè)法，其中最為典型的是使用奧地利普拉塞一陶利爾公司的SVM1000型鋪軌車或使用 PK1-2OES型軌枕鋪放機(jī)連續(xù)完成鋪枕、鋪軌作業(yè)。美國(guó)NTC公司的P811型鋪軌機(jī)和瑞士的 TCM60型鋪軌機(jī)的作業(yè)也屬此類工法。
SVMl000 型鋪軌機(jī)由一臺(tái)鋪軌車、數(shù)輛軌枕運(yùn)輸車以及一部或多部在軌枕運(yùn)輸車上的龍門吊組成。當(dāng)路基頂面完成，軌下道碴攤鋪后，即可進(jìn)行鋪軌作業(yè)，鋪軌作業(yè)效率平均為150Om/天。
作業(yè)主要程序如下 ：
•a卸放長(zhǎng)鋼軌
將長(zhǎng)鋼軌傳送至鋪軌車的前端，并用拖拉機(jī)向前牽引，將長(zhǎng)鋼軌在鋪軌車前按約3m的軌距擺開。
•b鋪枕
由鋪軌車中部的軌枕鋪設(shè)機(jī)械鋪放軌枕。
•c鋼軌就位固定
鋪軌車的液壓式滾輪夾鉗將長(zhǎng)鋼軌收放在軌枕承軌槽上，并安裝緊固扣件。
•d卸碴、整道
自卸式道碴運(yùn)輸車?yán)^續(xù)卸碴，機(jī)械化作業(yè)列車MDZ 連續(xù)兩次進(jìn)行起道搗固作業(yè)。
•e鋼軌焊聯(lián)
在不受軌溫限制條件下，將長(zhǎng)鋼軌焊聯(lián)成單元軌條
•f無(wú)縫線路鎖定
在中和溫度下張拉單元軌條，并與相鄰單元軌條進(jìn)行焊聯(lián)，然后鎖定超長(zhǎng)無(wú)縫線路。
•g補(bǔ)碴整道
在中和溫度下張拉單元軌條，并與相鄰單元軌條進(jìn)行焊聯(lián)，然后鎖定超長(zhǎng)無(wú)縫線路。
•h打磨鋼軌
用自卸式道碴運(yùn)輸車再次補(bǔ)充道碴，并起道、搗固，使軌道幾何狀態(tài)達(dá)到要求
3.2長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法
此種鋪設(shè)工法不及單根軌枕鋪設(shè)法獲得廣泛認(rèn)可，但自20世紀(jì)70年代以來(lái)，德國(guó)在新建或改建線鋪設(shè)無(wú)縫線路，一直沿用此種工法，由最初鋪設(shè)長(zhǎng)90m、120m長(zhǎng)軌排，發(fā)展至ICE鋪軌作業(yè)時(shí)鋪設(shè)軌排的長(zhǎng)度為180m。這種鋪設(shè)方法在曲線地段的鋪設(shè)圓順性欠佳， 且鋪架設(shè)備經(jīng)常往返于工地和臨時(shí)組裝基地，耗費(fèi)工時(shí)和軌料。長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法的鋪軌作業(yè)效率平均為750m/天。
3.3 秦沈客運(yùn)專線施工工藝
3.3.1 鋪軌作業(yè)
秦沈客運(yùn)專線新鋪376km的6Okg/m鋼軌無(wú)縫線路，在我國(guó)首次成功采用無(wú)縫線路一次鋪設(shè)工法。其主要特點(diǎn)如下：
（1）在鋪軌基地，使用閃光接觸焊機(jī)，將25m標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鋼軌焊接成250m或300m長(zhǎng)鋼軌。
（2）用軌枕雙層運(yùn)輸列車將軌料直接運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。
（3）在己攤鋪底碴的路基、橋梁上， 用NTC型和TCM60型鋪軌機(jī)鋪設(shè)軌枕和長(zhǎng)鋼軌。
（4）用鋁熱焊將長(zhǎng)鋼軌焊接成1500m 單元軌條。
（5）經(jīng)應(yīng)力放散、鋁熱焊再次焊聯(lián)和鎖定長(zhǎng)鋼軌。
（6）經(jīng)補(bǔ)碴整道、鋼軌靜態(tài)參數(shù)檢測(cè)。
（7）軌道達(dá)到設(shè)計(jì)的要求即可開通。
3.3.2 無(wú)縫道岔應(yīng)力放散
3.3.2.1 基本要求
（1）道岔的中心和轍叉咽喉的位置保持不變。
（2）直、曲基本軌應(yīng)力放散必須做到徹底、均勻，重新鎖定的軌溫準(zhǔn)確。
（3）轍叉前后的鋼軌扣件拆除放散應(yīng)力，轍叉部分固定不動(dòng)。
（4）為使應(yīng)力放散時(shí)無(wú)縫道岔的基本軌位移量不致過大，宜將道岔區(qū)劃分為若干單元放散應(yīng)力。除道岔間的夾直線外，放散應(yīng)力單元長(zhǎng)度不超過150m，使低溫焊鋪的無(wú)縫道岔鎖定軌溫至少提高20度。放散應(yīng)力時(shí)，單元軌條最大位移不超過35.4mm。
（5）鋸切鋼軌應(yīng)選擇在原有焊接接頭的位置,不得新增工地焊接的接頭。
3.3.2.2 鎖定軌溫的確定
(1) 臨時(shí)鎖定軌溫未知
由于低溫焊鋪無(wú)縫線路道岔時(shí)未準(zhǔn)確測(cè)量施工鎖定軌溫，或未及時(shí)設(shè)置衛(wèi)生觀測(cè)樁標(biāo)志，施工后線路又未及時(shí)鎖定，無(wú)法準(zhǔn)確確定臨時(shí)鎖定軌溫，故放散應(yīng)力前，只能預(yù)估放散量。
放散應(yīng)力時(shí)，將單元軌鋸切后擱置在 “ 摩擦對(duì) ” 上，并用撞軌器反復(fù)撞擊軌條，使之處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。測(cè)量軌溫后，張拉軌條達(dá)到預(yù)估放散量，鋼軌液壓拉伸器保壓，及時(shí)完成鋁熱焊。
預(yù)估放散量應(yīng)偏小些，放散量不足時(shí)可二次鋸軌，不應(yīng)偏大，以免重新配軌。
（2）臨時(shí)鎖定軌溫己知
若原鎖定軌溫已知，當(dāng)散應(yīng)力后要求鎖定軌溫定為t,則計(jì)算放散量。
放散應(yīng)力時(shí)，將軌條鋸切后擱置在“摩擦對(duì)” 上，用鋼軌液壓拉伸器長(zhǎng)拉鋼軌，并輔以撞軌，當(dāng)終點(diǎn)位移測(cè)點(diǎn)測(cè)得位移量達(dá)到后，中止張拉和撞軌，鋼軌液壓拉伸器保壓，及時(shí)完成鋁熱焊，并鎖定無(wú)縫線路 。
(3）劃出鋼軌鋸切量。
（4）封鎖線路后,按照劃定鋸切量鋸切鋼軌。若放散量?jī)H為15mm只需鋸切直、曲基本軌;若基本軌放散量很大 ,而通過限位器與基本軌聯(lián)結(jié)的尖軌和導(dǎo)軌的放散量都很小時(shí) ,則應(yīng)鋸切導(dǎo)軌。
（5）每隔l0m在軌下擱置一套厚20m的 “ 摩擦對(duì) ”( 原有軌下膠墊不必抽出)
（6）與基本軌連接的鉤鎖器螺栓必須拆卸, 以免影響應(yīng)力放散。
（7）安裝鋼軌張拉器，張拉鋼軌,并輔助撞軌。同時(shí)測(cè)量軌溫個(gè)各測(cè)點(diǎn)鋼軌位移量,當(dāng)終點(diǎn)測(cè)點(diǎn)位移量達(dá)到預(yù)定放散量，且斷口寬度與預(yù) 留軌縫寬度相等時(shí),立即停止張拉和撞擊鋼軌 。
（8）若導(dǎo)軌也鋸切,且受基本軌牽動(dòng)縱向位移量很大,放散后導(dǎo)軌的切口超出鋁熱焊的預(yù)留軌縫寬度，則必須切去一段導(dǎo)軌,插入一段較長(zhǎng)鋼軌。重焊時(shí)，注意保持尖軌的方正，相錯(cuò)量不得超過4mm，限位器的子母塊盡可能居中
（9）鋼軌拉伸器保壓,開始鋁熱焊
（10)曲基本軌用鋼軌拉伸器張拉后,若正矢改變 , 可用改道器整正曲線正矢,使之達(dá)到規(guī)定準(zhǔn)
(11)上緊全部扣件和鉤鎖器的螺栓,恢復(fù)并檢查線路。