任务四　无缝线路铺设

钢轨接头是轨道薄弱环节之一。列车通过接头时，车轮对接缝处轨端产生巨大的冲击和振动，并伴随有打击噪声，不仅影响行车平稳和乘坐的舒适度，还会促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件的使用寿命缩短、养护维修费用的增加。

为减少钢轨接头的不良影响，人们将钢轨的轨端进行焊接，这样就形成了无缝线路。与有缝线路相比，无缝线路在一定长度范围内消灭了钢轨接头，因而具有行车平稳，提高旅客舒适度，降低维修费用，延长维修周期，延长线路设备和机车车辆使用寿命等优点。所谓无缝线路，就是把标准长度的钢轨（未经钻眼和淬火）焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。

观察与思考

无缝线路有哪些施工工艺流程？我国常用钢轨焊接方法有何异同？无缝线路的长钢轨铺设方法有哪些？长钢轨是如何铺设的？无缝线路为什么要进行应力放散？如何进行应力放散？无缝线路是如何锁定的？是如何精调的？下来就对此内容进行学习。

无缝线路施工工艺流程为：钢轨焊接→钢轨铺设方法→应力放散方法→无缝线路锁定方法→无缝线路轨道精调。

2.4.1　钢轨焊接方法

1.钢轨焊接方法对比

钢轨焊接方法主要有四种，分别是闪光焊、气压焊、铝热焊和窄间隙电弧焊。我国主要采用闪光焊（又称闪光接触焊）、气压焊和铝热焊。

我国三种钢轨焊接方法所占的接头数量比例为：闪光焊约占87％，气压焊占10％，铝热焊占3％。

从焊接质量看，闪光焊的质量最稳定，统计的折损率仅为0.007％，铝热焊最差，折损率为0.5％。可见闪光焊是最主要且最可靠的钢轨焊接方法。

2.焊接工艺介绍

长钢轨焊接基本工艺流程：选配轨轨头校直→轨端处理→焊接→正火→焊缝粗打磨→焊缝冷却→钢轨四向调直→焊缝精打磨→探伤、验收→存储。

1）闪光焊焊接方法介绍

将待焊钢轨分别上下夹紧，钢轨两端相互接近直至接触，电流通过待焊钢轨端部产生的热量，不断形成金属过梁，随着过梁爆破产生闪光、飞溅使被焊端面加热至表面熔化状态，随后加压顶锻，在压力下两端金属相互结晶，使两节钢轨焊接在一起，如图2-24（a）所示。

闪光焊的焊缝缺陷有：灰斑、裂纹、烧伤、未焊合。

2）气压焊焊接方法介绍

将需焊接的钢轨端面对准并紧密贴合，用火焰加热端面周围到塑性状态，然后对贴合面加压顶锻。钢轨气压焊的焊接温度较低，只加热到1250℃左右，且为固相结合，故具有焊接强度高等一般压接法所具有的优点，如图2-24（b）所示。

气压焊的焊缝缺陷有：光斑、过烧、未焊合。

3）铝热焊焊接方法介绍

铝热焊是热剂焊的一种。铝热焊是在待焊件之间留出一定的间隙，周围用模具围上，然后点燃坩埚中的焊剂，通过氧化还原反应，放热生成液态金属，将液态金属注入焊件之间的间隙，完成金属的焊接，如图2-24（c）所示。

铝热焊的焊缝缺陷有：夹碴、气孔、夹砂、缩孔、疏松、未焊合、裂纹。

4）窄间隙电弧焊焊接方法介绍

将钢轨待焊端部预留一定的间隙，轨底衬上模具，预热后采用手工焊条进行焊接，轨底第一道焊接采用单面焊双面成型，第二层以上采用单道焊接，每道焊接完后进行除渣。轨底焊完后，用模具围住轨腰和轨头两侧，采用连续焊接的方法焊接轨腰和轨头，焊接过程不进行除渣。焊后对接头进行热处理和打磨，如图2-24（d）所示。

3.焊后热处理

钢轨焊后热处理对于接头性能改善比较重要，通过热处理：一方面可以细化焊接接头组织晶粒，提高接头韧性，防止接头断裂；另一方面对于热处理钢轨可以对接头再次欠速淬火，恢复接头硬度，可降低接头处的磨耗。

4.钢轨焊接接头性能的基本要求

作为钢轨焊接接头，一般的要求是内部没有焊接缺陷，力学性能做到与母材匹配；在外观上除了一般焊接接头的要求，如咬边及其他一些外观缺陷有要求外，对焊接接头的平直度有较高要求。

钢轨焊接接头的性能受钢轨母材、焊接设备、焊接条件和焊后处理等因素影响。不同方法的焊接接头的力学性能和服役状态存在较大的差异，但也存在一些共同的特点，比如焊接热影响区的存在引起的接头区域等不均衡的磨耗、形成软带区域导致接头区域鞍形磨耗轮廓和应力集中区域容易产生疲劳裂纹源。

5.焊接接头外观精整

钢轨焊接接头焊后打磨主要有粗磨和精磨两个工序。粗磨主要是恢复接头区域钢轨轮廓，精磨是保证接头及相邻区域踏面和工作边的平顺状态，提高列车通过时的平稳性。

6.我国钢轨焊接施工方式

1）新线施工焊接

多年来，随着我国列车提速以及高速铁路的发展，逐步形成了如下新线施工焊接方式：

（1）钢厂生产的100m定尺钢轨进入焊轨基地，用固定式闪光焊焊接成500m长钢轨。

（2）用长轨列车把长钢轨运至铺轨基地，施工单位使用铺轨机铺轨后，再用移动焊轨车用移动闪光焊机进行单元焊接与锁定焊接。

（3）在道岔内部采用铝热焊。

2）既有线路换轨

既有线路换轨与新线施工类似：由运轨车把500m长轨卸到铁路路肩，然后用移动焊轨车把放在路肩上的长钢轨焊接成1.5km左右长钢轨，这时的焊接称为线下焊；然后用换轨车把1.5km长钢轨换到线路上，再用移动焊轨车把长钢轨的一端与正线焊接，这称为线上焊。2012年之前，既有线换轨线下焊已经普及了移动焊轨车，但线上焊仍有大量使用小型气压焊或铝热焊。

2.4.2　钢轨铺设方法

无缝线路的长钢轨铺设方法有：分段换轨法、长轨排铺设法、单枕综合铺设法、推轨铺设法。

1.分段换轨法

我国自20世纪50年代推广无缝线路以来，对焊接长钢轨的铺设，只是在营业线上进行，按其作业类型，可称为“分段换轨法”。近些年某些新线在铺设轨排后，也采用此法换铺长钢轨。其基本作业程序为：

（1）先将长钢轨运送至需要更换的线路区段，并摆放于线路两侧。

（2）将摆放于线路两侧的焊接轨，按所需铺设的单元长度于现场进行焊接。

（3）由一台收轨机将拟拆除的旧钢轨收放于轨枕中间，同时由另一台收轨机将摆放在线路两侧的单元轨收放于轨枕槽内。

（4）调整轨距并安装钢轨扣件同时予以紧固。

（5）将拆除的旧钢轨予以回收装运。

分段换轨法的特点是作业简便易行，使用的主要机械为两台收轨机。

2.长轨排铺设法

自1969年开始，德国就采用长轨排铺设法铺设长钢轨。其作业程序与传统的短轨排铺设程序基本相同，即轨排组装、轨排运输和铺架、轨排连接和整理，但是长轨排可达180m。

1）轨排组装

为了尽可能缩短长轨排的运输距离，通常轨排组装基地设置在距离铺设工地几千米处，可在车站的轨道上或直接在线路轨道上组装轨排。组装前，预先将长钢轨存放在线路两侧鞍座上并在线路两侧各铺一根与线路相平行的辅助轨，以作为龙门吊机行走轨；组装时，先由门式吊机吊卸轨枕车上轨枕，并按要求的轨距将轨枕铺设在线路轨道上，随后由置放在线路一侧的臂杆可回转的多台小吊机将长钢轨吊放于轨枕轨槽内，最后放置钢轨抑件并予以紧固。

2）轨排运输和铺架

（1）轨排运输。在轨排和线路轨道之间使用可变斜辅助轨进行连接；自行液压式起重小车通过可变斜辅助轨驶入轨排轨道，并在轨排上按相等距离排列，排列后由起重小车上夹轨装置将轨排夹紧；落下起重小车液压支腿，将轨排吊起直至运载小车进入轨排下面为止；由牵引车辆将轨排运载小车推至轨排下面，并在每台起重小车下面安置一台运载小车；由起重小车在缩回液压支腿的同时将轨排坐落于运载小车上，此时，可用牵引机车将运载小车随同运载的轨排与起重小车推送至现场铺设地点。

（2）轨排铺架。轨排铺架的前期工作是先在现场铺设长度略长于轨排长度的辅助导轨，并与正式轨道连接。

由牵引机车将运载小车随同轨排和起重小车推送至辅助导轨上；由坐落在轨排上的起重小车通过下落液压支腿将轨排吊起，脱离运载小车；运载小车从轨排底下退出，同时由牵引车辆将辅助导轨向前拖拉，让出轨排铺设位置；由起重小车将轨排下落于铺设位置，随后起重小车自行跟随运载小车返回组装基地。

3）轨排连接和整理

将新铺轨排两端与正式轨道及辅助导轨进行连接，并按线路方向予以拨正，同时将钢轨上手紧的扣件予以紧固。

3.单枕综合铺设法

（1）新建铁路有砟道床的正线轨道铺设宜采用单枕综合铺设法，如图2-25所示，主要设备由牵引车、铺轨机、枕轨运输列车、运枕龙门吊等组成。

（2）单枕综合铺设法施工基本作业程序为：

施工准备→设备编组进场→长钢轨抽放拖送→轨枕转运→布枕→钢轨入槽就位→轨枕方正→安装扣件→转入下一循环，长钢轨抽放拖送。

4.推轨铺设法

对于长大隧道内的整体道床以及无砟轨道，由于轨枕块与道床已浇筑在一起，铺设长轨时可采取长轨运输车运输长轨条，利用推轨车将长钢轨一次推入承轨台落槽后上紧扣件，推轨车和运轨车立即在其上行走通过，实现连续作业。

对于有砟轨道，当沿线交通条件较好，单根轨枕运输方便时，也可以先人工布放单枕，然后采取推轨铺设法铺设长钢轨。

推轨铺设法相当于单枕综合铺设法中的一个铺轨工序，但机具略作改造，十分简单，铺设速度较快，避免了换轨法铺设长钢轨需要二次铺轨的缺点，也避免了单枕综合铺轨法需要昂贵大型专业机械的缺点，是必须掌握的一种长钢轨铺设方法。

2.4.3　应力放散方法

1.应力放散的环境

无缝线路有下列情况之一者，应放散或调整应力后重新锁定，并使其符合设计要求：

（1）实际锁定轨温超出设计锁定轨温范围。

（2）相邻两单元轨节锁定轨温之差大于5℃，左右两股钢轨的锁定轨温之差大于3℃，同一设计锁定轨温的长轨条最高与最低锁定轨温之差大于10℃。

（3）钢轨产生不正常的过量伸缩。

（4）无缝线路固定区钢轨出现严重的不均匀位移。

（5）原因不明，施工时未按设计规定锁定的线路。

2.滚筒放散法

滚筒放散法是在设计的锁定轨温范围内，把需要放散应力的长轨条先松开，并拆除扣件，然后抬起钢轨，放上滚筒，将钢轨落放在滚筒上，撞击长轨条数次，使长轨条基本上能自由伸缩。一旦轨温合适，即撤滚筒、紧扣件，进行锁定。

滚筒放散法最好在轨温较设计锁定轨温略高时进行，并与撞轨配合使用，以消除滚筒本身摩阻力的影响，才能使应力放散均匀彻底。

3.综合放散法

综合放散法是在设计的轨温范围以下时，利用拉轨器和撞轨器配合作用，通过均匀拉伸长轨条，以提高它的零应力轨温，使锁定轨温一步到位的方法。拉伸长轨条时，应做到匀、准、够。其过程是：

（1）形成零应力：在放散段自然温度的条件下，轨下垫滚筒，全部配件必须松开，使钢轨能自由伸缩、以50m或100m为单元进行观测，并用撞轨器沿钢轨走行方向依次撞轨。当钢轨发生反弹现象时，即视为零应力。

（2）计算拉伸量：钢轨放散至零应力状态后，根据锁定轨温和实际轨温计算出钢轨拉伸量，用拉伸器和撞轨器联合作用拉出该伸长量后即锁定钢轨。

2.4.4　无缝线路锁定方法

1.钢轨温度的测定

（1）钢轨温度是无缝线路设计、铺设和维修的重要资料。影响轨温的因素比较复杂，根据调查观测资料分析，一般规定最高轨温比当地最高气温高20℃，最低轨温与当地最低气温相同，中间轨温为最高和最低轨温的平均值。

（2）线路上的钢轨由于背阴状况、太阳直射与否等的影响，轨顶、轨腰和轨底的温度可能都有差别，同一股钢轨不同位置也有差别。因此，在测量轨温时，要多测几个位置，然后取其平均值。

（3）钢轨轨温目前多采用半导体点温计和钢轨测温计测量。

2.锁定轨温

无缝线路的锁定轨温是指长轨节温度应力状态为零时的轨温（又称零应力轨温）。在铺设无缝线路时，把长轨节的始端和终端落槽时分别测得的轨温取平均值，作为该段无缝线路施工的锁定轨温。设计无缝线路时采用的设计锁定轨温，通常是在保证无缝线路的强度与稳定条件下，由计算确定，即这样的轨温要保证无缝线路冬天钢轨不被拉断，夏天不发生胀轨跑道。一般算得的设计轨温比中间轨温略高。

3.线路锁定

（1）线路锁定前应掌握当地轨温变化规律，根据各施工区段的时间间隔，选定轨温及施工时间。

（2）考虑到施工的方便，线路锁定时允许锁定轨温变化范围为±5℃。

（3）锁定轨温应准确、可靠，符合设计规定。

（4）整正轨枕及轨距后，应两股钢轨同步锁定，同时在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记。

（5）必须准确确定无缝线路锁定轨温，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℃，同设计锁定轨温的长轨条最高与最低锁定轨温之差不大于10℃。

（6）锁定轨温与锁定日期应列入竣工资料。

4.整正轨道

线路锁定后，应立即按下列要求整正轨道，并开始观测钢轨位移情况：

（1）捣固道床，特别应捣实经方正的轨枕下的道床，水平和高低差应符合设计规定。

（2）夯拍整理道床，使断面符合设计要求。

（3）钢轨位移观测记录应列入竣工资料。

（4）起道时，着力点应离开焊缝。

2.4.5　无缝线路轨道精调

1.有砟轨道无缝线路轨道整理

铺设无缝线路之后至线路开通之前，道床应逐步进入稳定阶段。通过检测，对于不能满足技术规定的线路，应用大型养路机械等对轨道及道岔进行轨道整理作业。

轨道整理达标基本工艺流程为：轨道整理→静态检测→钢轨预打磨→动态验收→交工。

2.无砟轨道无缝线路轨道整理

1）一般规定

（1）无砟轨道工程施工质量应符合相关规定，对不符合规定的轨道应进行轨道整理作业。

（2）线路开通前应由轨道检查车进行动态质量检测（道岔及钢轨伸缩调节器与轨道一并进行）。

（3）线路动态质量检测应符合轨道动态质量检测的相关规定，道床漏泄电阻和钢轨阻抗应满足轨道电路传输长度的要求。

（4）位移观测规定：对无缝线路长轨条位移情况每月观测一次，并填写记录。位移观测桩处相对位移换算轨温加上原锁定轨温超出设计锁定轨温允许范围时，应及时查明原因并进行处理。

2）无缝线路及道岔轨道整理

（1）无缝线路轨道整理准备工作、作业轨温条件等与有砟轨道线路相同。

（2）轨下充填式垫板施工基本工艺流程为：确认轨道状态→按规定间距插入调整垫块→精调轨面高程、水平、高低→插入注入袋→切开注入口、排气口→调和树脂并注入→不受载静置，切除注入口、排气口→取出调整垫块，拧紧扣件螺栓→轨道状态检查。

3.钢轨预打磨

（1）在线路验收前，应对全线钢轨进行预打磨作业。

（2）钢轨全线预打磨应具备以下条件：无缝线路经整理作业后，道床进入稳定阶段。轨面高程及道床外观尺寸应符合设计要求。钢轨扣件齐全紧固。钢轨焊接接头的平直度应达到设计规定。

（3）打磨列车到达工地后，根据轨面状态，可采用列车运行打磨、成形打磨等方式进行作业。打磨列车的使用和管理按其操作手册及维修保养手册的相关规定执行。

（4）质量检验应符合以下要求：检验机具包括直尺、塞尺、钢轨平直度测量仪、波纹磨耗测量仪、钢轨头部横断面绘图仪和打磨列车上的测量仪器。在使用打磨列车时，必须用安装在打磨列车上的测量设备做打磨后测量。打磨后的钢轨应达到设计要求。