长钢轨低温焊接和锁定施工工法
六公司京沪铺架项目部 李杰
一、施工概况
京沪高速铁路枣庄至蚌埠段轨道工程，我项目铺设正线钢轨里程DK626＋294.079～DK846＋100间309km无缝线路，钢轨采用500m长轨条（U71MnK、60kg/m）。宿州东站(DK765+400)、蚌埠南站（DK844+358）2个车站站线，到发线为无缝线路，钢轨采用100米定尺轨（U71Mn、60kg/m），保养点为有缝线路，钢轨采用25米标准轨（U71Mn，50 kg/m）。正线设计速度目标值：350km/h；最小曲线半径：7000m；最大坡度： 15‰；正线线间距：5.0m。
，采用CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，是我国第一条设计时速350km高速铁路。由于施工工期紧、任务重，该段2010年12月1日必须进行联调联试，无缝线路的焊接、锁定由于施工节点安排，大部分作业时轨温会处于锁定温度以下进行。先导段无缝线路锁定任务，采用本工法，该施工工法可适用于低于锁定温最大35℃的应力放散及锁定施工，截止目前我项目已完成锁定施工任务24km。
工法特点
采用拉伸法方式及移动焊轨车焊接钢轨接头；施工方法简便，可操作性强，施工质量稳定，满足350km/h高速铁路施工技术要求；可在低于锁定温最大35℃温差条件下，快速进行区间无缝线路焊接和锁定施工。
适用范围
本工法适用于低于设计锁定轨温最大35℃温差条件下进行长钢轨应力放散锁定和焊接施工。
工艺原理
1、长钢轨低温锁定工艺理论分析
按长钢轨的力学理论，当实际轨温低于设计锁定轨温ΔT时，长钢轨的温度力、钢轨线膨胀系数、拉力、拉伸伸长量换算关系如下：
1.1拉伸法使长钢轨均匀伸长，拉伸伸长量ΔL与⑴述温度伸长量相当时，长钢轨状态达到设计锁定轨温状态，拉伸力F=（弹性模量E×钢轨伸长率ΔL/L）×钢轨横断面积A，即钢轨伸长量ΔL=（拉伸力T/钢轨横断面积A）/弹性模量×钢轨长度L，弹性模量E=210GPa，钢轨横断面积A=77.45cm2
1.2每组钢轨扣件可提供纵向阻力9KN。
不同长度长钢轨在不同温差条件下换算关系计算如下表：
ΔT=ΔL/（α×L） 钢轨质量：0.61KN/m
拉力F=（弹性模量E×钢轨伸长率ΔL/L）×钢轨横断面积A；
钢轨伸长量ΔL(mm)=温度变化值ΔT×钢轨线膨胀系数α×钢轨长度L(m)。
钢轨横断面积A=77.45cm2；钢轨弹性模量E=210GPa
钢轨与辊轴的摩擦系数μ=0.16；钢轨线膨胀系数α=11.8×10-6/℃
每组钢轨扣件的纵向阻力按9KN计。
计算结果如下：
温差℃ 钢轨长度m 拉伸量mm 拉伸率 拉应力MPa 拉伸力KN 摩擦力KN 总拉力KN
35 2000 826 0.000413 86.73 671.72 195.2 866.92
35 1500 620 0.000413 86.73 671.72 146.4 818.12
35 1000 413 0.000413 86.73 671.72 97.6 769.32
30 2000 708 0.000354 74.34 575.76 195.2 770.96
30 1500 531 0.000354 74.34 575.76 146.4 722.16
30 1000 354 0.000354 74.34 575.76 97.6 673.36
25 2000 590 0.000295 61.95 479.80 195.2 675.00
25 1500 443 0.000295 61.95 479.80 146.4 626.20
25 1000 295 0.000295 61.95 479.80 97.6 577.40
20 2000 472 0.000236 49.56 383.84 195.2 579.04
20 1500 354 0.000236 49.56 383.84 146.4 530.24
20 1000 236 0.000236 49.56 383.84 97.6 481.44
15 2000 354 0.000177 37.17 287.88 195.2 483.08
15 1500 266 0.000177 37.17 287.88 146.4 434.28165
15 1000 177 0.000177 37.17 287.88 97.6 385.48165
经计算，90吨级液压拉伸机可完全满足实际轨温最大低于设计锁定轨温35℃时2000m及以下长度单元轨的放散锁定施工。
2施工工艺原理
2.1使用移动焊机采用接触焊焊接长钢轨，焊接质量稳定可靠。
2.2采用拉伸法使长钢轨伸长，使低温条件下长钢轨达到锁定轨温时所需要的长钢轨长度。
施工工艺流程及操作要点
1 施工工艺流程
移动焊机工地焊接长钢轨施工工艺流程
施工准备→轨端打磨→焊机对位→钢轨焊接→焊缝正火→钢轨打磨→焊缝探伤→线路整理
350km/h 高速铁路长钢轨低温锁定施工工艺流程
施工准备→设置临时位移观测点→拆卸扣件→垫滚筒、放散应力→拉轨、撞轨、观测位移量→轨温测量→钢轨落槽→锁定 线路→设置位移观测标志
2 操作要点
2.1 移动焊轨机工地焊接长钢轨施工
2.1.1、准备工作
移动焊机对位，支撑支腿油缸，拆除焊机前15m左右和前端待焊500m长轨的扣件，并用滚轮支垫，使两待焊轨端平齐。
2.1.2、轨端除锈
用手砂轮机对钢轨端部600mm范围内的轨腰和端面进行除锈至表面有金属光泽。
钢轨除锈
2.1.3、焊接
焊机对钢轨进行夹持、焊接并进行保压推瘤。
LR1200型移动焊轨机工地焊接长钢轨
2.1.4、焊轨机前行
同线另一根钢轨焊接完成后，拆除滚轮，按照1/3上线路扣件并拧紧。轨道车顶推焊轨机前行进行下一根钢轨焊接。
2.1.5、正火
拆除焊缝两段约15m左右的扣件，将钢轨适当垫高，用氧炔焰对焊缝进行加热至900±50℃，如外界温度较低时，熄火后迅速利用专门制作保温用具对焊头进行覆盖，防止低温和自然风使钢轨的冷却速度过快而淬火。