铁路500m长钢轨焊接及铺设工艺

1 前言

500m长钢轨是在焊轨基地由100 m定尺钢轨焊接而成﹐钢轨接头焊接质量高，并可提高铺轨速度﹐是行车速度为200～350 km/h的客运专线铺设跨区间无缝线路的重要组成部分。随着我国行车速度为200~350 km/h的客运专线的大规模的修建,500 m长钢轨焊接及铺设施工技术将得到广泛的应用。

2 适用范围

适用于旅客列车设计行车速度为200~350 km/h的客运专线500 m及以下长度钢轨的焊接及铺设。

3 技术标准

(1)《钢轨焊接》(TB/T1632——2005）。

(2)《京沪高速铁路设计暂行规定》铁建设〔2004]157号）。

(3)《350 km/h客运专线60 kg/m钢轨暂行技术条件》(铁科技[2004]120-号)。

(4)《250 km/h客运专线60 kg/m 钢轨暂行技术条件》铁科技函[2005]298号)。

(5)《客运专线铁路轨道工程施工技术指南》(经规标准〔2005]110 号)。

(6)《客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)。

(7)《客运专线铁路无缝线路施工技术规范》(试行)(中国铁路工程集团公司Q/ZTG21110—2006)。

4 施工方法

4.1 焊轨基地

4.1.1 焊轨基地选址要求

(1)焊轨基地建设应根据工程规模、进度要求.使用年限、现场条件等经过技术经济比选后确定。

(2)焊轨基地宜选在距离铺轨起点近同时又与既有铁路临近的地方﹐且与运营线路干扰小，列车进出方便，引入线路短的开阔平坦处,宜利用荒地，合理布置,尽量少占农田。

4.1.2 焊轨基地布置要求

(1)焊轨基地按照设计和招标文件(业主)的要求进行总体规划和布置。宜永临结合﹐注意保护环境，充分利用现有水源、电源以及运输道路﹐场内按要求设置焊轨作业线﹑质量检测设施等。

(2)基地内装卸线应设在直线上,坡度不宜大于1.5‰,困难条件下,坡度不得大于2.5‰，作业时应有防溜措施。

(3)基地联络线的坡度和曲线半径,应根据地形、运量和作业方法确定。最大坡度不宜大于正线的最大坡度﹐并按有关规定设置安全设施。

(4)基地内的单开道岔不宜小于9号。有长轨列车通过的线路曲线半径不宜小于300 m,特殊地段可降低长轨列车运行速度。

(5)基地布置应根据地形和生产方式，方便调车作业,材料堆置合理,取送料方便,并应使各种起重吊运机械移动距离最短。

(6)基地内应设置消防通道(可利用场内运输道路)﹔相邻料堆间,应根据作业需要,留有不小于0.5m的距离;场内堆置物与轨道及走行线间应保证足够的安全距离。

(7)基地内轨道标准,股道布置,线路平纵断面和建筑限界﹐应满足大型机械和机车车辆的作业限界,以满足机车车辆停放﹑进出及检修要求。

(8基地内临时工程设置，应避免影响站后工程施工。

4.1.3 钢轨的存放

整理后分类堆码，钢轨起吊应缓起、轻落，保持钢轨基本平直;支垫与各层钢轨垂直放置，上下层同位,垛码层数应保证钢轨不损伤变形。

4.2 施工人员培训及机械准备

(1)施工人员应进行岗前培训，经考试合格后持证上岗。

(2)施工前根据施工方法配备焊轨、长轨吊装和运输、长轨铺设等设备。

(3)施工前根据质量控制需要设置检测机构,并配备相应的检测设备;各检测设备必须在使用前校验并鉴定﹐不合格者不得使用。

4.3 施工方法

基地钢轨焊接采用固定闪光焊接,将100 m定尺轨焊接成500 m的长钢轨。钢轨焊接在焊轨生产线上进行流水线作业,通过配轨、轨端打磨除锈,焊接、正火、风冷、焊后粗磨,冷却、调直,精磨、探伤等工序完成钢轨焊接，具有机械化程度高、技术先进、焊接质量可靠、精度高﹑焊接速度快等特点，钢轨焊接的质量和精度满足350 km/h行车速度的客运专线技术要求;采用长钢轨运输车将500 m长轨运输铺轨现场后﹑使用长钢轨牵引车将长钢轨铺设到无砟道床上,具有铺轨速度高，操作安全可靠。

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

见图1。

图1 长钢轨焊接工艺流程图

5.1.1 长钢轨焊接工艺流程

5.1.2 500 m长钢轨运输及铺设作业流程见图2。

图2 长钢轨焊接运输及铺设工艺流程图

5.2 500 m长钢轨焊接

5.2.1 配轨

将基地入场验收合格的钢轨﹐根据线路要素及无缝线路长钢轨计划表选配钢轨﹐将选配好的100 m定尺轨吊放于输送支架滚轮上。选配前应测量钢轨断面尺寸，选配时应选用钢轨断面不对称公差基本一致的钢轨相对焊接，不对称偏差不得大于0.4 mm。

5.2.2 轨端打磨除锈

用MSB-14-L自动除锈机将轨面、轨端0.5 m范围内进行打磨﹐除去铁锈、铁皮和其他杂物﹐使金属光泽露出达80%以上，使焊接电极与钢轨良好接触，从而保证焊缝质量。

5.2.3 焊接﹑喷号

采用Gaas80焊轨机焊接﹐钢轨接头在焊轨机内自动对中，经过闪光预热、接触顶锻﹑推凸后完成焊接全过程，从而将短钢轨焊成长钢轨。

为保证钢轨焊接质量的可追溯性，在焊接完成后在钢轨轨腰上进行编号和喷号。焊接前轨端温度不宜低于10 ℃。

钢轨焊接接头推凸后、未经打磨处理的情况下,使用检测直尺(L₀=1 m)和塞尺在焊缝中心线两侧各15 mm的位置测量并计算接头错边量，接头错边量不应超过表1规定值。对于接头错边量超过最大允许值的焊头,应在焊缝两侧各100 mm的位置切掉钢轨焊头后重新焊接。

表1 接头错边量最大允许值

5.2.4 正火、风冷

当轨温降到500 ℃以下时,用正火设备把钢轨焊接接头加热到A3(亚共析钢)或ACM(过共析钢)温度以上30 ℃~50 ℃(即830 ℃~950 ℃),正火完后,用喷风装置对焊缝进行快速冷却，使其轨温快速冷却至500 C~550 ℃。以达到细化金属结晶,均匀组织﹐提高焊缝硬度﹐减少或部分消除焊接的残余应力,改善并提高焊缝及附近粗晶区的力学性能的目的。

5.2.5 粗磨

由人工进行粗磨﹐对焊接接头粗磨是为了清除轨头﹑轨底和坡角的残余焊瘤﹐丛而减少精磨机的磨削量﹐提高整个流水生产线的作业效率。粗磨部位在焊接接头范围内，距轨底脚尖端35 mm范围内的轨脚上、下表面及轨脚尖端，轨头部位非工作面。将粗磨部位的残留焊瘤及全部毛边除尽﹐打磨面须平整、光洁，保证打磨后的表面粗糙度能够满足探伤扫查的需要。轨底脚上角、下角应打磨圆顺。打磨时,应沿钢轨纵向打磨,不应横向打磨，打磨过程中砂轮不应冲击钢轨和在钢轨上跳动,打磨表面不应出现打磨灼伤和机械损伤。

5.2.6 水冷

水冷却在300 ℃以下进行，在冷却隧道内对焊接接头较长范围内进行雾和水冷却,使焊接接头温度达到50℃以下,以满足后道工序冷调直的要求。

5.2.7 调直

用SPM-4-NL四向调直机对钢轨进行测量和校直,使钢轨在水平和垂直方向平直度达到0～0.2 mm/m的要求。

5.2.8 精磨

用MMA-4-AL精磨机对钢轨焊头的工作面进行打磨﹐使轨面、工作面直线度达到0～0.2 mm/m的要求。钢轨焊接接头及其两侧各0.5 m范围内温度处于50 ℃以下时，使用精磨机对接头的轨顶面和轨头侧面工作边或轨头全方位进行外形打磨、精整。

5.2.9 探伤

用CTS-23plus探伤仪和扫查装置检查钢轨焊头质量,检查内部是否有裂纹、灰斑等缺陷存在。探伤时焊接接头的温度不高于40℃;当焊接接头的温度高于40 ℃时,可浇水冷却,浇水冷却时的轨头表面温度应低于350 ℃。

5.2.10 长钢轨验收

(1)探伤

每个钢轨焊接接头均必须进行超声波探伤检查。焊接接头中的缺陷当量大于探伤灵敏度规定值时,判定焊接接头不合格(判废）,应锯掉重焊。

(2)外观检查

每个钢轨焊接接头均应进行外观检查﹐焊头平直度和表面质量应符合下列要求。

(3)在钢轨固定时闪光焊接生产线上,应使用非接触式传感器自动检测尺测量钢轨焊接接头平直度﹐其他情况下可以使用便携式钢轨平直度检测直尺。平直度允许偏差应符合表2规定。

表2 钢轨焊接接头平直度允许偏差(mm/1m)

(4)钢轨焊头轨顶面及侧面应纵向打磨平顺,不得有低接头。轨头及轨底上圆角在1m范围内应圆顺,母材打磨深度不得超过0.5 mm。

(5)钢轨焊头在轨底上表面焊缝两侧各150 mm范围内及距两侧轨底边缘个35 mm的范围内应打磨平整。

(6)用200 mm的直尺在焊缝中心线两侧个100 mm范围内测量﹐焊头工作面表面不平度不应大于0.2 mm。

(7)焊接接头及其附近钢轨表面不应有裂纹、明显压痕、划伤、碰伤、电击灼伤、打磨灼伤等伤损。

(8)对焊接后的长钢轨进行全面的检查，填写质量证明书,对于验收中发现的问题应及时处理。

5.2.11 长钢轨存放

500 m长钢轨焊接完成后，由滚轮输送线输送至长轨存放区﹐用32台固定龙门吊(500 m长钢轨)同时将长轨吊放在钢轨台位上﹐测量标记后分层堆码。长钢轨存放台要平整、稳固,各层钢轨之间应采用垫木或40方钢管支垫，支垫跨距7.5 m,上下对齐，与各层钢轨垂直放置。

5.2.12 长钢轨焊接工艺的试验

(1)型式检验的规定。

型式检验的项目和试件数量必须符合《钢轨焊接》(TB/T 1632.2—2005)的相关规定。出现下列情况之一需进行型式检验:

①焊轨组织初次生产﹔

②正常生产后,改变焊接工艺，可能影响焊接接头质量;

③更换焊轨设备﹔

④钢轨生产厂、或钢轨型号、或钢轨牌号、或钢轨交货状态改变，首次焊接时;

⑤生产检验结果不合格﹔

⑥停产1年后﹐恢复生产前。

(2)生产检验的规定

生产检验的项目和试件数量必须符合《钢轨焊接》(TB/T1632.2—2005)的相关规定。出现下列情况之一需进行型式检验:

①连续焊接500个接头﹔

②焊接工况变化，对某个焊接参数进行修正之后;

③焊机出现故障，记录曲线异常﹐故障排除之后﹔

④焊机停焊钢轨1个月以上，开始焊接生产之前。

5.3 500 m长钢轨运输及铺设

(1)在焊轨基地用2t群吊进行装车，运输车每层装500 m长钢轨14根，装完一层后必须进行钢轨锁定﹐然后装第二层。

(2)用机车牵引整列长钢轨运输车到前方施工工地,列车在新铺设的施工线路运行速度必须控制在30 km/h以内。

(3)在前方车站进行调车作业,用机车顶推长钢轨运输车到施工现场一度停车,在得到现场指挥人员指令后方可向当日起铺点行进。

(4)当长轨运输车对位后﹐松开要拖拉的一对钢轨锁定装置与安全挡板。如拖拉上层钢轨，首先还预先将升降滚轮架调整到合适高度。

(5)将各分轨上导框升高150 mm。

(6)启动长钢轨牵引车上的卷扬机﹐人工拖拉钢丝绳(带夹轨器)到长钢轨运输列车的第一辆平车上拴好一对500 m长钢轨,拖拉长钢轨至牵引车尾部,卸掉夹轨器。

(7)将轨头与牵引车构锁固定好。

(8)长钢轨牵引车拖拉钢轨在轨道板上前行。在无硅轨道轨枕间每隔十米放置一对滚轮。如图15和图16所示。

(9)在钢轨还有10 m在运输车上时,牵引车减速至1~1.5 km/h,钢轨末端滑下前分轨小车滑槽时立即停车。

(10)用人工窜轨或后退牵引车的方法将拉出的钢轨与已铺好的轨道对位连接，安装鱼尾板和救轨器。

(11)用压机顶升钢轨,取出滚轮,均匀间隔的上20%扣件,为提高工效，其余在铺轨机组通过后补齐。

(12)铺完一对500 m长的钢轨后﹐用人工配合手推车将新铺的轨道上的滚轮沿途收回，并推进下一个500 m的线路上沿途间隔10 m布设,以备拖拉下一对长钢轨使用。然后开始进行下一个循环的工作。

6 劳动力组织

6.1 长钢轨焊接作业劳动力组织

见表3。

[caption id="attachment_5618" align="aligncenter" width="650"] 表3 焊接作业劳动力组织表[/caption]

6.2 铺轨作业劳动力组织

见表4。

[caption id="attachment_5619" align="aligncenter" width="650"] 表4 铺轨作业劳动力组织表[/caption]

7 主要机具设备

7.1 500 m长钢轨基地焊接设备

见表5。

[caption id="attachment_5620" align="aligncenter" width="650"] 表5 长钢轨基地焊接设备表[/caption]

7.2 500m长钢轨运输及铺设设备

见表6。

[caption id="attachment_5621" align="aligncenter" width="650"] 表6 长钢轨运输及铺设设备表[/caption]

8 质量控制要点

(1)按照设计和规范要求,根据ISO9002质量管理体系标准和公司质量管理体系文件规定，建立健全质量保证体系并成立项目质量管理领导小组。制定了《钢轨焊接管理办法》《焊接设备安全技术操作规程》和《钢轨焊接工艺标准》等文件,并从组织机构、思想教育、技术管理、施工管理﹑制度管理、主要工程质量保证措施以及工程质量处罚机制等七个方面建立符合项目质量保证体系。

(2)严格实行“三检”制，开展技术攻关活动,并对质量管理制度、标准和规定的执行情况进行监督﹑检查，实行质量管理“一票否决权”。

(3)加强宣传和技术培训﹐提高员工的思想意识和技术水平。

(4)严格按照规定和测量的步骤进行各项检测﹐确保钢轨焊接和铺设质量

(5)紧固扣件，要求扣件配合密贴，型号准确﹐胶垫正位,扣件的扭矩达到标准。铺设长轨是暂未紧固的扣件在铺轨后要及时拧紧。

9 安全措施

9.1 钢轨焊接作业安全

(1)焊接作业人员必须经过专门的技术和安全培训,并通过考核、取证后持证上岗﹐属特殊岗位的作业人员必须取得相应的特种作业人员上岗证。

(2)焊接所用的工具,仪器、设备应具有产品质量合格证书,且处于完好状态。焊轨作业中必须严格遵守其安全操作规程。

(3)操作人员作业时必须穿戴好劳动保护用品。

(4)在使用以电为动力的设备时必须严格遵守安全用电操作规程。

(5)在焊接作业中,任何人员不得穿越钢轨输送线，非操作人员要撤离规定的作业区域。

(6)起吊和运输钢轨时应严格遵守起重和运输安全技术操作规程。

(7)在铁路既有线旁施工时要严格遵守铁路既有线安全施工操作规程。

9.2 长钢轨铺设作业安全

(1)施工人员必须严格遵守有关安全规定﹑规则及细则。

(2)各种特殊工种操作人员和其他施工人员必须经岗前培训,考核合格后持证上岗，严禁无证上岗。

(3)装吊工必须佩带安全帽及其他安全防护用品﹐长钢轨起吊装车时,各龙门吊要动作同步、缓起轻落﹑保持长轨平稳，严禁斜拉﹑斜吊。

(4)长钢轨运输前须确认钢轨锁定机构是否牢固、可靠，运输途中,须随时注意长钢轨锁定状态。

(5)牵引装置在用钢丝绳拖拉长钢轨时,必须将卡具卡牢轨头，钢丝绳两侧严禁站人。

(6)长钢轨拨移时,要协同动作,统一指挥，手脚不得放于长钢轨下，撬杠插入深度要适中，以免撬杠伤人。

(7)垫滚轮应提前在道床货轨道板上按10 m间距布置;在取滚轮时为防止钢轨倾斜或滑落,应在钢轨两侧用两台压机同时打起钢轨，落滚轮时严禁压机突然卸载。

(8)拆扣件时应防止弹条砸飞伤人，上扣件时每两人之间要间隔3根轨枕距离，且人要站在扳手的一侧﹐防止相互碰伤。

(9)撞轨时应注意用力均匀，避免撞块飞出伤人。

(10)锯轨人员必须穿戴防护用品,锯轨机正前方严禁站人，

(11)平板车在线路上停放必须打好止轮器﹐防止溜车。

10 环保措施

10.1 一般规定

(1)施工现场宜按国家《环境管理系要求及使用指南》规定对现场进行环境管理。

(2)施工期间所产生的污染物排放和处理应符合国家和地方有关环保的现行法规定和设计要求。

(3)焊轨基地应有良好的排水系统,排水需进行沉淀后排放﹐尽量减少对环境有影响的污染。

(4)施工现场各种材料的存放必须规范、有序。

(5)应使用符合环保要求的机械设备和工艺。

(6)合理安排施工时间,减少噪声扰民;将生活垃圾集中收集并进行处理。

(7)在启动焊轨生产的各设备进行操作时应首先启动除尘设备再启动主机﹐以减少污染。

(8)粗磨人员必须按照规定戴防护眼镜和防尘口罩、穿绝缘胶鞋等劳动保护用品。

10.2 环境控制

(1)项目部组建时,建立健全环境管理体系，根据产品要求和相关得法律法规制订了本项目的环境管理方针。

(2)项目部根据施工活动范围和施工产品特点，采用过程投入产出分析、现场调查、查阅文件资料、过程分析、面谈询问等方法识别环境因素，评价.提出重要环境因素清单。

(3)环境因素识别的范围包括施工过程、办公生活、产品和服务中的环境因素以及使用的产品和服务中能够施加影响的环境因素。

施工过程中环境因素识别至少包括资源和原材料消耗;能源消耗(电、油料消耗);施工对环境的破坏及施工过程中污染物的产生和排放。

办公生活活动中的环境因素识别包括办公活动，食堂、澡堂、供热供水、医疗,招待所﹑保洁,绿化及其他生活活动中能源、材料消耗﹑废弃物的产生和处置、紧急情况的发生等情况下存在的环境因素。

文章来源：

卿三惠等编著. 《土木工程施工工艺 铺架与“四电”工程》[M]. 2013