CN104476098A - 一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路钢轨焊接技术领域，公开了一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，包括采用移动式气压焊轨车配置的全自动数控气压焊轨机，采用倒序法焊复施工的作业方法，即焊轨车先在1#头处的线下进行无应力焊接和焊后保压正火热处理，而后焊轨车退回停车位，再将2#头保留段20米钢轨采用金属轨枕垫垫高，焊轨车爬坡至2#头工位，再在2#头处进行线上带应力焊接和焊后保压正火热处理。采用气压焊轨车这种在线焊复的标准化施工技术，作业过程安全，工艺稳定性良好，焊头品质优异，一次焊接锁定作业高效，施工方案简单、经济。

Description

一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法

技术领域

本发明涉及高速铁路钢轨焊接技术领域，具体涉及一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法。

背景技术

高速铁路的开通运营，标志着我国铁路建设的高速发展。在高速铁路的运营过程中，必然会发生钢轨的局部伤损问题，需要采取最佳的技术方法进行永久性维护。若线路维修作业方法不当，不仅会导致线路锁定轨温的改变，影响无缝线路的稳定性，而且会涉及到线路维护经济性和安全性。

在高速铁路无缝线路维护过程中，对于损伤钢轨段(含母材和焊接接头)需要切除，并***新钢轨，按照线路铺设的设计要求，分别进行无应力焊和带应力焊接，使扰动过的线路快速、高效、经济地恢复到规范要求的状态。

高速铁路轨道为跨区间无缝线路，其技术标准要求高。过去，由于闪光焊轨车对于带应力焊接工况的适应性较差，闪光过程难以稳定控制，线上带应力焊接施工关键技术和装备尚属空白，不得不采用铝热焊方法对损伤钢轨进行焊接修复。然而，铝热焊的焊缝组织为铸造组织，综合性能较差，尤其接头的塑性和韧性极差，在线服役焊头的病害多，断头率较高，对于高速铁路可靠性和安全性无法保证，会危及行车安全。如今移动式气压焊轨车已问世，运用它能很好地对铁路线路按作业计划和要求进行锁定焊接和热处理施工(申请号：201310698927.2)，但是现有技术对高速铁路线路在线高品质永久焊复问题还无很好的施工技术方法。

发明内容

本发明旨在提供一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，它能有效地解决目前高速铁路线路损伤区段永久焊复施工工艺方法的不足，明显提高施工效率及焊接质量。

本发明的技术方案是：一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，包括采用移动式气压焊轨车配置的全自动数控气压焊轨机的一套焊复施工关键技术，其特征在于：

步骤一：首先对施工线路进行测量，要求施工轨温应小于或等于设计轨温，若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施；

步骤二：根据伤损情况及位置，确定***钢轨长度A，对施工线路进行排尺作业，确定钢轨焊复位置，即无应力焊接1#头和带应力焊接2#头位置；

步骤三：根据实际需要松开1#头保留段扣件，替换段隔5留1松开扣件，锯轨、除锈、端磨，然后将1#头保留段旧轨拨出线外并垫高，与***的新轨焊口对齐；

步骤四：焊轨车开至1#头工位，气压焊轨机落下，一次夹持，顺序完成1#保留段旧轨与新轨的拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业；

步骤五：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出1#头工位；

步骤六：松开替换段旧轨长度A米的所有扣件；并松开2#头保留段旧轨距2#头长度20米以及对侧股20米的所有扣件，再松开替换段对侧股距2#头对应位置20米的所有扣件；

步骤七：根据实际施工条件，按式1计算旧轨锯切长度，并对旧轨排尺作好标记：

X＝A-2×B-C+(T-T1)×A×α   (式1)

式1中：

X──锯切长度(mm)

A──***钢轨长度(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

α──钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

步骤八：根据实际施工条件，按式2准确计算新轨与2#头保留段旧轨的搭接量，再进行锯轨、除锈、端磨：

ΔL＝B+C-D-(T-T1)×L×α   (式2)

式2中：

ΔL──搭接量(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

D──垫轨起拱引起的长度增量(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

L──拆开扣件总长(m)

α──钢轨温度线长系数0.0118mm/m·℃

步骤九：在2#头保留段线路上设置轨距杆，锁住2#头保留段线路钢轨轨距，并在钢轨下面放置专用垫轨装置，使2#头保留段线路抬高产生一个与原线路顺坡；

步骤十：采用在1#头保留段和替换段拨弯方法，施工时，拨弯区段宜设置在距2#头焊口70—100m范围内，向外向上斜向拨弯，使替换段与2#头保留段钢轨对齐，然后焊轨车爬坡到达2#头工位，焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业，使焊复扰动区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

步骤十一：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出2#头工位；焊头打磨、探伤、上扣件，调整轨距，恢复线路。

优选的，步骤九中：使2#头保留段线路抬高产生一个与原线路1％的顺坡。

进一步的，所述的专用垫轨装置由六对十二件独立的金属轨枕垫组成，每个金属轨枕垫根据安放位置设计对应的高度，并以1～6号成对编号。

进一步的，金属轨枕垫的整体为箱型结构，箱型结构的底板顺钢轨方向设有两个与轨枕螺栓位置对应的U型开口槽，箱型结构的顶板上部设有与轨底间隙配合的凹槽，箱型结构的两侧壁设在底板与顶板之间，其特征在于：所述顶板上部对称安装有两块压板，所述两块压板通过螺栓分别可拆卸连接在顶板上部凹槽两侧的挡块上，箱型结构的底板外侧与顶板上部的凹槽底之间的高度为60～180mm，箱型结构的两侧壁间还设有前后壁，所述前后壁上设置有孔洞。

进一步的，所述步骤九中：轨距杆有三根，分别位于第一对与第二对金属轨枕垫之间、第三对与第四对金属轨枕垫之间、第五对与第六对金属轨枕垫之间。

本发明的有益效果是：本发明采用移动式气压焊轨车配置的气压焊轨机，该机具有拉轨、焊接、保压推凸、保压正火热处理一机化作业功能，对于线上带应力焊接工况的适应能力强，焊接质量稳定；同时全作业过程受环境因素影响小，工艺参数适应能力强，焊接接头性能与母材相当，作业过程可追溯，焊接质量能够满足高速铁路线路要求；关键工艺流程全部采用大型机械作业，大大减小了施工难度；线上焊接作业过程安全稳定，焊头内部探伤和外观平直度均符合TB/T1632《钢轨焊接》标准要求；按照焊轨作业标准工序，采用倒序焊复的方法对高铁线路进行永久焊复，大大减少垫轨工作量，明显提高了施工效率，可以在“天窗时间”内，按照线路设计要求一次完成重伤、断轨接头的永久焊接修复。

附图说明

图1为本发明确定伤损位置时的示意图；

图2为本发明对1#头焊接时的示意图；

图3为本发明对2#头焊接时的示意图；

图4为本发明2#头焊接时金属轨枕垫分布示意图；

图5为本发明2#头焊接时轨距杆的分布示意图。

图中：3.1#头保留段，4.2#头保留段，5.替换段，6.金属轨枕垫，7.轨距杆，8.原线路，9.新轨。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明公开了一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，包括采用移动式气压焊轨车配置的全自动数控气压焊轨机的一套焊复施工关键技术：

1.焊轨作业标准工序：排尺锯轨、除锈、端磨、拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理、矫直、精整、探伤。

2.施工轨温：施工轨温小于或等于设计轨温，若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施。

3.倒序焊复施工：先进行1#头无应力焊接，焊轨车退回停车位；对2#头保留段4距2#头20米的钢轨采用金属轨枕垫6垫高，焊轨车爬坡至2#头工位，再进行2#头带应力焊接。

如图1-5所示，具体的：本发明公开了一种高速铁路线路在线焊复施工方法，包括采用移动式气压焊轨车配置的全自动数控气压焊轨机的一套焊复施工关键技术，其特征在于：

步骤一：首先对施工线路进行测量，要求施工轨温应小于或等于设计轨温，若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施；

步骤二：如图1所示，根据伤损情况及位置，确定***新轨长度A，对施工线路进行排尺作业，确定钢轨焊复位置，即无应力焊接1#头和带应力焊接2#头位置；

如图2所示，1#头的焊接施工：

步骤三：根据实际需要松开1#头保留段3扣件，替换段5隔5留1松开扣件，锯轨、除锈、端磨，然后将1#头保留段3旧轨拨出线外并垫高，与***的新轨9焊口对齐；具体的，将1#头保留段3旧轨距1#头焊接位置20米的钢轨条拨出槽，距离原线路8的轨底螺栓约500mm，顺平并支垫，支垫高度为200mm。与***的新轨9进行焊前对轨作业并按要求预留起拱量。1#头两端支垫木墩不少于三个，第一个木墩距1#头轨端1米左右，每个木墩间距约为7～8米。

一般采用的GPW-1200焊轨机焊接时要求焊缝处抬高200mm，道钉最大高度120mm+加热器底部留空80mm。

步骤四：焊轨车开至1#头工位，气压焊轨机落下，一次夹持、对轨清洗后，顺序完成1#保留段3旧轨与新轨9的拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业；

步骤五：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出1#头工位；

如图3-5所示，2#头的焊接施工：

步骤六：松开替换段5旧轨长度A米的所有扣件；并松开2#头保留段4旧轨距2#头长度20米以及对侧股20米的所有扣件，再松开替换段5对侧股距2#头对应位置20米的所有扣件；

步骤七：根据实际施工条件，按式1计算旧轨锯切长度，并对旧轨排尺作好标记：

X＝A-2×B-C+(T-T1)×A×α   (式1)

式1中：

X──锯切长度(mm)

A──***钢轨长度(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

α──钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

步骤八：根据实际施工条件，按式2准确计算新轨9与2#头保留段4旧轨的搭接量，再进行锯轨、除锈、端磨：

ΔL＝B+C-D-(T-T1)×L×α   (式2)

式2中：

ΔL──搭接量(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

D──垫轨起拱引起的长度增量(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

L──拆开扣件总长(m)

α──钢轨温度线长系数0.0118mm/m·℃

根据拆开扣件总长度L和轨温差△T，可以获得对应的搭接量△L，就能利用GPW-1200型气压焊轨机强大的拉轨、焊接功能，直接拉轨进行锁定焊接。

步骤九：在2#头保留段4线路上设置轨距杆7，锁住2#头保留段4线路钢轨轨距，并在钢轨下面放置专用垫轨装置，使2#头保留段4线路抬高产生一个与原线路间1％的顺坡；专用垫轨装置由六对十二件独立的金属轨枕垫6组成，每个金属轨枕垫6根据安放位置设计对应的高度，并以1～6号成对编号，在2#头保留段4距2#头20m的钢轨及对侧股钢轨下面，距2#头焊缝4.15m处开始成对放置金属轨枕垫6，之后每隔三个轨枕空、按照顺序依次放置5对金属轨枕垫6，这样使2#头保留段4的待焊轨与原线路8之间产生一个1％的坡度。轨距杆7有三根，分别位于第一对与第二对金属轨枕垫6之间、第三对与第四对金属轨枕垫6之间、第五对与第六对金属轨枕垫6之间。在金属轨枕垫6和轨距杆7的固定作用下，保证了焊轨车在爬升到指定位置焊接作业的安全性。

金属轨枕垫6的整体为箱型结构，箱型结构的底板顺钢轨方向设有两个与轨枕螺栓位置对应的U型开口槽，箱型结构的顶板上部设有与轨底间隙配合的凹槽，箱型结构的两侧壁设在底板与顶板之间，其特征在于：所述顶板上部对称安装有两块压板，所述两块压板通过螺栓分别可拆卸连接在顶板上部凹槽两侧的挡块上，箱型结构的底板外侧与顶板上部的凹槽底之间的高度为60～180mm，箱型结构的两侧壁间还设有前后壁，前后壁上设置有孔洞。为了防止钢轨支垫后作业车发生横向移动，金属轨枕垫6必须要固定在轨枕上，除了能承受纵向力，还要能提供能抵抗作业车可能产生的横向移动。金属轨枕垫6放置在轨枕平面内，通过金属轨枕垫6底板的两个U型开口槽，利用轨枕螺栓将金属轨枕垫6与轨枕可靠连接，金属轨枕垫6顶部设有凹槽，将钢轨顺向放入凹槽中，即可阻挡钢轨的横向移动。由于金属轨枕垫是成对使用的，不同高度，不同安装位置的金属轨枕垫前后壁上孔洞的形状不同，如180mm高的一对金属轨枕垫前后壁上的孔洞为圆形，170mm高的一对金属轨枕垫前后壁上的孔洞为三角形，150mm高的一对金属轨枕垫前后壁上的孔洞为椭圆形等等。在使用过程中，根据孔洞的形状和大小即可很方便的区分金属轨枕垫的高度和安装位置，使操作更加方便，将孔洞作为标准化永久标识，比一般的油漆或者刻度标识更加明显与稳固，不宜磨损和擦掉。而且能用绳子穿过孔洞，将相同高度的成对的金属轨枕垫系在一起，方便拿取和携带操作。

替换段5及替换段对侧股钢轨也需采用支垫垫高，该支垫可以采用普通支垫，支垫个数不宜少于三个。第一个支垫距2#头焊口3.6m，高度与2#头保留段4的金属轨枕垫6相同。替换段5远离2#头端可采用一个起道机作支垫，用于对轨时调整姿态。作业车就位后，必须在后转向架的轮对处前、后均设置铁靴，防止作业车在自重力的作用下回退，以及焊接顶锻时前冲。

步骤十：由于2#头焊接时需要根据式2计算搭接量，才能保证线路一次锁定后满足设计锁定轨温规范要求，因此采用在1#头保留段3和替换段5拨弯方法施工，就可以保证焊后钢轨的应力，即施工后的锁定轨温应该等于设计轨温。施工时，拨弯区段宜设置在距2#头焊口70～100m范围内，向外向上斜向拨弯，使替换段5与2#头保留段4钢轨对齐，然后焊轨车爬坡到达2#头工位，焊轨机落下，一次夹持，完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业，焊接顶锻时让钢轨自动入槽，使焊复扰动区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

步骤十一：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出2#头工位；焊头打磨、探伤、上扣件，调整轨距，恢复线路。即完成一次高速铁路线路在线焊复施工。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，包括采用移动式气压焊轨车配置的全自动数控气压焊轨机的一套焊复施工关键技术，其特征在于：

步骤一：首先对施工线路进行测量，要求施工轨温应小于或等于设计轨温，若施工轨温大于设计轨温，需增加辅助降温的技术措施；

步骤二：根据伤损情况及位置，确定***钢轨长度A，对施工线路进行排尺作业，确定钢轨焊复位置，即无应力焊接1#头和带应力焊接2#头位置；

步骤三：根据实际需要松开1#头保留段K米长的扣件，替换段隔5留1松开扣件，锯轨、除锈、端磨，然后将1#头保留段旧轨拨出线外并垫高，在线下与***的新轨焊口对齐；

步骤四：焊轨车开至1#头工位，气压焊轨机落下，一次夹持，完成1#头保留段旧轨与新轨的拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业；

步骤五：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出1#头工位；

步骤六：松开替换段旧轨长度A米的所有扣件；并松开2#头保留段旧轨距2#头长度20米以及对侧股20米的所有扣件，再松开替换段对侧股距2#头对应位置20米的所有扣件；

步骤七：根据实际施工条件，按式1计算旧轨锯切长度，并对旧轨排尺作好标记：X＝A-2×B-C+(T-T1)×A×α    (式1)

式1中：

X──锯切长度(mm)

A──***钢轨长度(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

α──钢轨温度线长系数(0.0118mm/m·℃)

步骤八：根据实际施工条件，按式2准确计算新轨与2#头保留段旧轨的搭接量，再进行锯轨、除锈、端磨：

ΔL＝B+C－D－(T－T1)×L×α    (式2)

式2中：

ΔL──搭接量(mm)

B──单个焊接接头的顶锻量(mm)

C──误差调节参数(由锯轨、端磨等因素综合决定)(mm)

D──垫轨起拱所引起的长度增量(mm)

T──设计锁定轨温(℃)

T1──实际施工轨温(℃)

L──拆开扣件总长(m)

α──钢轨温度线长系数0.0118mm/m·℃

步骤九：在2#头保留段线路上设置轨距杆，锁住2#头保留段线路钢轨轨距，并在钢轨下面放置专用垫轨装置，使2#头保留段线路抬高产生一个与原线路顺坡；

步骤十：采用在1#头保留段和替换段拨弯方法，施工时，拨弯区段宜设置在距2#头焊口70—100m范围内，向外向上斜向拨弯，使替换段与2#头保留段钢轨对齐，然后焊轨车爬坡到达2#头工位，焊轨机落下，一次夹持，顺序完成拉轨、焊接、喷风冷却、保压热处理施工作业，使焊复扰动区段线路的锁定轨温稳定保持在设计轨温范围之内。

步骤十一：松开焊机，收回焊机，焊轨车退出2#头工位；焊头打磨、探伤、上扣件，调整轨距，恢复线路。

2.根据权利要求1所述的高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，其特征在于：步骤九中：使2#头保留段线路抬高产生一个与原线路1％的顺坡。

3.根据权利要求1所述的高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，其特征在于：所述的专用垫轨装置由六对十二件独立的金属轨枕垫组成，每个金属轨枕垫根据安放位置设计对应的高度，并以1～6号成对编号。

4.根据权利要求3所述的高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，其特征在于：金属轨枕垫的整体为箱型结构，箱型结构的底板顺钢轨方向设有两个与轨枕螺栓位置对应的U型开口槽，箱型结构的顶板上部设有与轨底间隙配合的凹槽，箱型结构的两侧壁设在底板与顶板之间，其特征在于：所述顶板上部对称安装有两块压板，所述两块压板通过螺栓分别可拆卸连接在顶板上部凹槽两侧的挡块上，箱型结构的底板外侧与顶板上部的凹槽底之间的高度为60～180mm，箱型结构的两侧壁间还设有前后壁，所述前后壁上设置有孔洞。

5.根据权利要求3所述的高速铁路线路在线高品质永久焊复施工方法，其特征在于：所述步骤九中：轨距杆有三根，分别位于第一对与第二对金属轨枕垫之间、第三对与第四对金属轨枕垫之间、第五对与第六对金属轨枕垫之间。