李 程
(中咨工程管理咨询有限公司西安分公司 陕西西安 710000)
摘 要:西安市地铁五号线一期整体道床轨道采用无缝线路施工技术，首先将25m标准钢轨进行短轨连通，再采用现场工地移动闪光焊接方式进行连轨，形成区间钢轨无缝接通，消除钢轨接头振动感，保证线路整体运行平稳、舒适，维修方面大大减少了成本。主要施工工艺移动式接触焊、无缝线路应力放散、无缝线路锁定施工。
关键词： 钢 轨 无缝线路 焊接 锁定
1、引 言
目前各城市的地铁无缝线路施工技术多借鉴高速铁路相关技术要求，尤其是工地移动闪光接焊的方式选用、工艺参数、焊接标准等指标要求越来越规范，而无缝线路应力放散、无缝线路锁定等相对较高速铁路指标有一定调整，主要是因为地铁轨道主要分布在地下，相关温度处于恒温状态，钢轨温度变化不大，造成的钢轨伸缩率变化也不大；无缝线路技术的应用，主要是消除有缝线路中给行车过程带来的接头振动感、维修中的接头病害等问题，保证了行车安全的同时，提高了列车运行的舒适度；
西安地铁5号线一期轨道工程正线及出入场线线路总长约26.738单线公里，雁鸣湖停车场线路总长约5.318单线公里，平均站间距1.22km，最大站间距1.8km小站间距686m全采用60kg/m无缝线路施工技术；根据西安地铁公司工期要求，西安地铁5号线一期轨道工程投入了8台移动闪光焊机、20台轨道车、作业人员达到1100人，各施工单位加班加点抢工期，作业面都是交叉进行，焊机、轨道车都在隧道里排出了大量的烟气，监理工程师要求施工单位采用在平板上装风机抽风，提高了空气质量，加快了焊接工作效率，提高了焊接质量，保证了工期目标。
2、移动式接触焊技术质量控制
2.1 钢轨焊轨中钢轨焊接试验工作是试验监理工程师质量控制的重点，包括焊轨前型式试验、焊轨施工过程中的周期性检验及全部焊接接头的超声波无损探伤检测及外观检查。焊轨型式试验是在正式焊轨前，聘请专家对焊轨技术进行培训，监理工程师旁站，按照《钢轨焊接技术》的有关规定，现场进行焊接参数调试；型式试验合格后，落锤试验监理工程师旁站监督，确定相关参数；焊轨周期性检测是每焊接完500个钢轨接头后，加焊7个焊接接头进行周期性抽样检验，项目有超声波探伤、外观检查、硬度检测、落锤试验、断口检查等；超声波无损探伤检测及外观检查项目是在焊轨过程中，对每个焊接接头的焊接质量均进行外观检查及超声波无损探伤检测，并做好检测记录，发现缺陷时，立即进行返工处理。在线路移交时，还需委托有检测资质的第三方对钢轨接头进行抽样检测。
2.2 钢轨接头焊接一般采用K920型移动式闪光接触焊机进行现场焊接。现场焊接工艺步骤：施工准备-焊接组装-拆卸扣件、调直钢轨-焊前除锈打磨-钢轨焊接（夹轨对中，通电焊）-粗打磨-正火-调直-焊缝冷却、精打磨-探伤及外观检测-不符合要求，重新锯断-钢轨打磨-焊接-上钢轨扣件。
2.3 接触焊技术质量要求：
（1）拆除钢轨扣件、调直钢轨：拆除待焊轨头前方钢轨及轨头后方3m范围内（载有移动式焊轨机的平板车第一个轮对距焊接位置3.2m左右）的扣件，并校直钢轨；根据轨枕和扣件类型适当垫高待焊轨头后方的钢轨，以保证焊头轨顶面平直度。
（2）钢轨全长范围内，轨头和侧面平面直顺，没硬弯，弯曲和扭曲。钢轨两端1米内直面及平面不直度不大于0.5mm；锯切断面处的不垂直度在垂直与水平两个方向均不大于0.5mm；钢轨表面或内部有裂痕、重皮、夹渣、缩孔、严重偏析等缺陷不得焊接。
（3）焊轨前轨端除锈、打磨：钢轨焊前对待焊轨两端进行除锈处理。表面光洁，没有锈斑，打磨量一次不超过0.2mm；待焊轨待焊时间超过24小时或油水沾污，须重新打磨处理，打磨长度600mm左右。
（4）焊机检查空载测试：焊机焊接前要按要求进行检查测试，检验其焊接参数是否变化，并作出及时调整；焊机的各项参数须经试验确定，并经领导批准、监理认可后确定，一经确定不得随意改动。操作者在开机前，要对焊机主机、辅机、水冷却系统、液压系统、制冷系统、供电室等作最后检查，再由工长复查确认，一切正常方可开始焊轨。
（5）焊接对位：焊接对位包括焊轨车的停车对位和钢轨对中夹持作业。轨头夹持对中时，达到下列标准：
A、焊缝位于左右两极钳口中心，与钳口中主线偏差小于或等于5mm；
B、两轨端间有0.5～2mm的间隙；
C、两轨轨端垂直方向的错位，以轨顶面平齐为准；
D、两轨轨端侧面方向的错位，以钢轨工作边平齐为准；
E、接头呈上拱状态，焊后调整用1m直尺测量其拱度为0.5～1mm（视环境温度而定）。
（6）钢轨焊接：对位合格后，接通电源，两钳口通以400伏电压焊接，激活自动焊接程序，分别进入预闪阶段、稳定高压闪光阶段、低压闪光、加速闪光以及顶锻阶段，顶锻完成以后整个焊接过程结束。
（7）粗打磨（推瘤）：闪光焊接完成后，钢轨夹紧装置快速松开两钳口，焊机头内的推瘤刀立即进行推瘤，完成一个钢轨接头的焊接；
（8）正火：钢轨焊接接头进行焊后处理。热处理采用（氧+乙炔）火焰正火。当钢轨焊接头温度降至500℃以下时开始火焰正火。加热器沿焊接头纵向摆动量7～10cm，轨头加热的表面温度一般不超过950℃，轨底角加热的表面温度不低于830℃，钢轨表面正火加热温度采用光电测温仪，做好正火记录。
（9）打磨：利用钢轨打磨机具打磨钢轨焊接拉头的轨顶面、侧面，打磨时不宜横向打磨焊缝，且不使钢轨表面“发蓝”。打磨时若温度高，要适当暂停打磨，待温度适宜时再进行打磨。
焊缝探伤检查：利用超声波探伤仪对钢轨焊缝进行探伤检查，遵循以下规定：
探伤要待焊缝自然冷却到50℃以下才能进行；
焊缝内部任何部位发现有未焊透、裂纹、夹渣等缺陷时，该焊头必须截锯重焊。
（10） 无损探伤：接头探伤采用超声波探伤仪进行，由专职探伤人员对各个接头进行检测，合格的接头做好标记及记录，不合格的切割后重新进行焊接。探伤时以轨底两角为重点，对焊缝进行全面探伤检测，并做好记录，发现问题及时处理。
在整个焊接过程中必须严格控制每一道工序。每一道工序出现不规范操作都将影响焊接质量。钢轨的初调影响焊接时钢轨的对正，焊后调直影响长轨的平直度，焊后打磨影响焊接接头的外观质量。接头按照100％的要求进行无损探伤，探伤记录必须完整、齐全、准确，发现质量缺陷应将情况详细说明，并填写处理结果，不合格接头应重新换轨焊接后再进行验收，直至合格为止。
（11）焊缝验收：焊缝探伤合格后应检查其外观尺寸。检查结果符合表“焊接接头允许几何偏差表”。
焊接接头允许几何偏差表（mm）
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钢轨打磨 钢轨探伤
3、无缝线路应力放散质量控制
3.1、对于无缝线路锁定施工，目前国内所使用的施工方法归纳起来有两种，即“连入法”和“插入法”。 “连入法”是先将第一根单元轨节应力放散，并在设计允许锁定轨温范围内进行锁定，再将第二段及以后的单元轨节与第一段单元轨节经过焊接及应力放散之后依次锁定成为无缝线路的施工方法。“插入法”是在相邻单元轨节中间插入一对经过计算的钢轨，对单元轨节进行应力放散、锁定的作业方法。本项目采用“连入法”进行本工程范围内的无缝线路施工。
3.2、实施无缝线路施工前，按照设计要求数量及埋设位置埋设位移观察点或观测桩（采用钢轨底边和对应道床面划线或埋设刻有十字的钢筋头）。每个单元轨节设置5对位移观测桩，按照固定区中部1对、起终点各1对、相隔100m处各设1对。特殊段可适当增加观测桩数量，每对观测桩与线路中线垂直。
3.3、先将已锁定区、缓冲区的钢轨扣件按照设计规定扭矩紧固；对计划放散应力并锁定区段钢轨相隔50m进行初始位移检测标记，做好记录，松开钢轨扣件，采用起道机从长轨条端部依次抬高，并在轨底每隔8-10m加垫滚筒，将计划锁定长轨条全部架空。起道时要求左右股同时进行。温度应力式无缝线路基本结构示意图。
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3.4、调整长轨条应力，施工现场轨温满足设计锁定轨温要求，采用滚筒法放散钢轨温度应力。若施工现场轨温低于设计锁定轨温，采用滚筒法与拉伸器相结合放散钢轨温度应力。监理工程师现场巡视检查。
（1）、滚筒放散应力：长轨条全部采用滚筒架空后，用铁锤依次从长轨条固定端向伸缩端方向敲打轨腰，一次5-8锤，反复三次或四次，让钢轨自由伸缩。检查位移桩实际位移量，根据当地轨温分析是否放散均匀。
（2）、滚筒法与拉伸器放散应力：先采用滚筒放散应力的方式完成第一次钢轨自由伸缩后，将伸缩端100m范围外钢轨扣件全部紧固一次，在左右股钢轨伸缩端安装钢轨拉伸器，根据现场实测轨温与计划锁定轨温差值、钢轨计算长度计算拉伸长度，使用油压泵给拉伸器加压拉伸钢轨，利用撞轨器顺钢轨拉伸方向相隔15m缓慢冲撞钢轨，观察实际拉伸位移量。直到与计划位移量相符。
钢轨拉伸长度计算： L=a×L× t ，其中 L-单元轨节拉伸量（mm），a-钢轨膨胀系数0.0118，L-单元轨节长度（m）， t-设计锁定轨温与实际锁定轨温差。
4、无缝线路锁定施工质量控制
4.1、无缝线路应力放散完毕后，当现场实测轨温达到设计锁定轨温范围时，就进入线路锁定环节，取出滚筒，让钢轨落入垫板的承轨槽内，记录实测轨温；立即安排人员按照隔5根枕木上紧1对枕木扣件的方式快速紧固扣件，后续人员人工初步紧固，后采用电动扳手将扣件紧固达到设计的扣件扭力。监理工程师每1km抽查10组钢轨扣件扭力达到设计及规范要求。
4.2、无缝线路锁定质量要求：锁定轨温应准确、可靠、符合设计规定；
线路锁定轨温在设计温差范围内；测量轨温时，要对钢轨的不同位置进行多点测量，取其平均值；应从两端向中间锁定，同时在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记；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温差不得大于3℃，曲线外股锁定轨温不高于内股锁定轨温。
4.3、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：实际锁定轨温超出设计锁定轨温范围；钢轨产生不正常的过量伸缩；无缝线路固定区钢轨出现严重的不均匀位移；原因不明，施工时未按设计规定锁定的线路。
4.4、对线铺设的无缝线路轨道状态加强观测，5天一周期观测纵向位移量，伸缩区两端位移量不大于20mm，中桩处位移量不大于5mm。
5、无缝线路施工常见病害分析
5.1、无缝线路的轨道结构，最大的特点是在夏季高温季节在钢轨内部产生巨大的温度压力，容易引起轨道横向变形，造成线路爬行、线路不平顺、涨轨跑道等问题，影响列车的运行安全和舒适度。
在无缝线路的施工过程中，应力放散锁定应控制现场轨温满足设计轨温，保证钢轨自由伸缩长度适应现场日常温度条件，必须不定期加强钢轨扣件紧固扭力加固，提高线路防爬行的能力；运营期间加强钢轨位移观测，必要时对单元轨节重新进行线路应力放散锁定，消除应力积累，避免涨轨跑道隐患发生。
5.2、线路曲线地段容易出现钢轨磨损、肥边，主要原因是曲线外股钢轨和直线段钢轨内侧被压溃所致，轮对车载不规则运动造成的；使得车辆成蛇行运动，造成车辆运行振动。
曲线地段施工中，应注意钢轨轨底坡及曲线超高设置，必须满足设计要求，运营期加强曲线段线路维护，提高列车在曲线运行的圆滑度，降低车辆的磨耗。当出现肥边时，应及时打磨消除肥边，保证线路几何尺寸要求。
6、小 结
无缝线路施工技术目前在国内地铁、高铁市场普遍得到推广应用，施工中积累了丰富的经验，施工工艺方式不断更新，施工技术水平不断提高，还需要我们不断探索新的技术保持世界领先水平。
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无缝线路
参考文献：
【1】《地铁设计规范》（GB 50157-2013）；
【2】《地下铁道施工及验收规范》GB50299-2018 ；
【3】《钢轨超声波探伤探头技术条件》（TB/T 2634-1955）；
【4】《铁路无缝线路》 广钟岩 高慧安 中国铁道出版社；
【5】《西安地铁5号线一期轨道工程施工组织设计》