采用移動焊軌車對既有高速鐵路傷損接頭焊復的研究

朱旭日

摘要：高速鐵路的開通運營，是我國鐵路建設高速發展的重要標志。隨著高速鐵路開通運營，必將會產生鋼軌局部傷損和傷損接頭，因線路爬行，維修作業方法不當改變了原來鎖定軌溫，影響無縫線路穩定。這些問題的產生必將涉及到線上鋼軌焊接，采用移動焊軌車替代鋁熱焊工藝進行線上連入焊，可以大幅降低線路鋼軌接頭斷頭率，全面提升線路質量。但移動焊軌車對線路攏動量大，工藝相對復雜，如何組織施工是一項新的課題。

關鍵詞：移動焊軌車；高鐵；線上連入焊；鋼軌傷損和傷損；接頭恢復

中圖分類號：U238文獻標識碼： A

一． 前言

高速鐵路軌道大多為跨區間無縫線路，因技術標準要求高，鋁熱焊難以達到焊接要求，除在道岔、岔線采用鋁熱焊焊接外，正線以不允許采用鋁熱焊焊接，移動焊軌車氣壓焊和移動閃光焊能夠滿足高速鐵路鋼軌焊接要求，但施工對線路攏動大，工藝相對復雜，施工作業受封鎖時間限制，因此研究采用移動焊軌車對既有高速鐵路傷損接頭焊復具有現實意義。

二．維修原則和方法

1．維修原則：

1）維修過程應最大限度減少對原有線路狀態的擾動。即當線路上只存在單軌焊頭損傷時，其修復作業過程應始終不攏動無傷損軌條；并且拆除或松/緊扣件的區段越短越好。

2）對于維修作業不可避免帶來攏動的軌條區段，應根據修復作業時的實際軌溫，氣溫條件，通過科學計算和合理設置焊軌車的拉軌、氣壓焊接、正火、風冷整套工藝參數，使該區段軌條最大限度滿足設計鎖定軌溫±5℃的要求。

3）保證在天窗時間內，完成安全維修作業。

2．維修方法

1）對于單股鋼軌存在傷損焊頭的維修，整個作業過程（松/緊扣件、墊軌等）僅限于帶傷損的本股軌條，不允許動對側軌條線路。焊軌車在兩股軌道有傾斜角度情況下，采用慢速（≤1km/h）爬行方式接近作業工位。

2）采用插入法施工，即在有傷損焊頭部位鋸掉一段與軌枕間距成整數倍長度的鋼軌，然后人工換軌，插入一根相同類型的新鋼軌（≥18米）；

3）在人工換軌之后，通過采用一套新設計的專用墊軌器，分別將 1#焊頭（定義為無應力的單元焊接接頭）、2#焊頭（定義為帶應力施焊的合攏鎖定焊接接頭）進行一次性永久維修焊復；

4）對于擾動過的軌條區段，不需二次放散。

三、維修設備

1．YHGQ-1200型氣壓焊軌車；

2．軌道車、平板車、小型輔助機具等。

四、專用墊軌器

新設計和特制的氣壓焊軌車維修專用墊軌器分 I 型（圖 1）和 II 型（圖 2）兩種。

I 型墊軌器的結構是底部有U 型道釘栓孔，頂面為翼緣，有凹槽，頂面槽內放置有膠墊，兩側有螺孔，可以采用上螺栓和壓板將鋼軌固定。

與 I 型墊軌器相比，II 型墊軌器上部沒有鎖定鋼軌的翼緣部分。對于不需鎖住鋼軌的地方，均采用 II 型墊軌器。

整套裝置放置于軌枕上，利用軌枕上的道釘將其固定，使抬高軌條在原有軌枕位置保持穩定，不會滑落掉道。

五、施工工法

1． 車輛編組

按行進方向車輛編組為： 軌道車+平板車+氣壓焊軌車

由軌道車牽引平板車，平板車上放置新鋼軌和小型輔助機具。

2．插入法換軌

在待維修鋼軌處鋸掉軌枕間距整數倍長度的鋼軌（約 19800mm），插入新的鋼軌。分兩次焊接，第一次為無應力焊接（1#焊頭），第二次為帶應力鎖定焊（2#焊頭）。

氣壓焊軌車焊軌作業時，由于要求焊縫位置處的軌底距軌枕頂面不少于90mm，因為道釘最大高度為 120mm，焊機加熱器底部距軌底 60mm，因此施工時采用墊軌法，采用新設計和特制的一套氣壓焊軌車維修專用墊軌器，將鋼軌墊高，形成一個坡道，焊軌作業車開上坡道進行作業。

3．墊軌

靜端墊軌主要采用不同高度的 I 型墊軌器，動端墊軌主要采用不同高度的I 型墊軌器。無論動端、靜端，當墊軌高度低于 60mm時，均采用鋼板支墊。

靜端墊軌要求如圖3 所示。需采用 5 個 I 型墊軌器，其高度分別為 170mm、150mm、120mm、90mm、60mm，其余部分支墊 20mm 和 10mm 厚的鋼板，其中要求必須與鋼軌鎖定的墊軌器分別是 170mm、150mm和 90mm三個墊軌器。

動端墊軌要求如圖4 所示。其中采用了三個 II 型墊軌器

六、試驗工法

1．采用 GPW-1200 氣壓焊軌機焊軌修復時，需要先將 1#焊頭的鋼軌接頭處提高約 190mm（加熱器底部留空 70mm，軌枕螺栓最大高度 120mm）。由于現有的YGQH-1200 焊軌車無法采用原配液壓支腿直接將車體前端打高至焊接要求的190mm高度，因此借鑒工程局新線施工和濟南鐵路局大修換鋪施工經驗，采用墊高鋼軌、焊軌車爬坡的方法進行施工試驗。焊軌作業狀態見圖 5所示。

2．1#焊頭采用型檢工藝進行焊復，待 1#焊頭風冷至低于 300℃時，松開，焊軌車退回，拆除1#焊頭的全套墊軌裝置。

3．2#焊頭采用撥彎連入法施工，進行焊復。即 2#焊頭的焊縫前端一段鋼軌不鎖定，預留焊軌所需的燒化量和鎖定軌溫需要拉伸量，多余部分在≥50m 遠端

撥彎消化，采用YGQH-1200焊軌車在線上進行連入，焊軌完成后，一次作業的效果就能使該區段的軌條得到所需要的鎖定軌溫，2#焊頭撥彎連入法的相關位置關系如圖 6所示。

4．為了實現在天窗內全面完成焊復工作，需要采用分段流水作業施工方法：

即：需將整個換鋪和焊接連入分為若干工序，按時間順序和允許作業的空間關系進行施工組織，具體步驟是：

1）預先按照公式 1計算好焊接消耗鋼軌所需的預留長度；

2）預留焊接作業區段：根據鎖定軌溫和均溫需要制定合理長度（200 米— 500米或更長）；

3）撥彎位置：從焊接工位起大于 50 米處將鋼軌向外撥一小彎；使焊縫處可以進行2#焊頭 2-2 軌面的端磨作業，保留20mm 的縫隙，最終可利用焊機的拉伸能力完成焊接合縫。

4）撥彎量按公式 1計算：

ΔL=S+B+D+C （式 1）

公式 1中：

S ---- 焊接燒化量（取 30mm）

B ---- 鎖定軌溫拉伸量（mm）

D ---- 起拱引起長度增量（-2mm）

C ----調節參數

，鎖定軌溫拉伸量按公式 2 計算：

B=（T-T1）×а×L（式 2）

公式 2中：

T---- 設計鎖定軌溫（18℃）

T1---- 預估焊接時的實際軌溫，取值范圍（5～18℃）

а---- 鋼軌溫度線長系數 0.0118mm/m℃

L---- 張拉鋼軌的長度（100m）

預估軌溫T1 的取值由經驗確定，根據焊接時段的軌溫變化規律估計。

調節參數是一個多因素的不確定參數，包含鋸軌時產生的長度誤差，預估軌溫的誤差等因素。

若鋸軌誤差取值±2mm，預估軌溫誤差±5℃，則其產生的長度誤差為 5×0.0118×100=5.9mm。所以，調節參數的取值范圍為：C=±2mm±5.9mm=-7.9mm～+7.9mm

根據上述計算，撥彎量計算公式簡化為公式 3：

ΔL=30+（18-T1）×1.18-2±7.9

=49.24-1.18×T1±7.9（式 3）

調節參數為正時，預留的撥彎量增大，反之則減少。將 7.9mm 的拉伸誤差換算為溫度值時為：

7.9/0.0118/100=6.7℃

由于允許實際鎖定軌溫與設計軌溫誤差 5℃，與計算的極限值 6.7℃相差較小，所以在實際施工時，應當盡量減小誤差。

七、應急措施

1.對新焊接的焊縫進行探傷，若焊縫出現質量問題，采用鉆孔上鼓包夾板對焊縫進行加固處理（至少上緊 4 個接頭螺栓）。

2.所插入鋼軌寧短勿長，防止鋼軌焊后因溫度變化難以入槽，如軌溫過低，伸縮量不足，可通過延長放散鋼軌長度增加伸縮量，達到技術要求鎖定軌溫。

3.加強施工作業過程中高空墜落防護措施。