气压焊在地铁轨道无缝线路维护中的应用

摘 要：目前城市地铁建设完成后投入运营，受地铁列车运营轮轨作用力的影响，曲线地段钢轨出现不同程度的侧磨和波磨，一旦钢轨磨耗值超限将直接影响行车安全，为确保地铁运营安全，需对磨耗钢轨进行更换。文章介绍了在地铁无缝线路维护保养中换轨施工方法，为后续合理组织换轨，安全、质量、进度满足运营要求，提供借鉴。

关键词：既有线；无缝线路维护保养；曲线换轨；气压焊；施工组织及方法

1 概述

1.1 工程概况

上海轨道交通3号线中潭路站～上海火车站区间，里程范围DK14+720～DK15+120，线路长度为400m，本段为高架线。其线路纵坡0‰-21.7‰，平面曲线半径400m。经过长期的地铁列车运营轮轨作用力的影响，曲线地段钢轨出现不同程度的侧磨和波磨，钢轨磨耗值超限，影响行车安全，为确保地铁运营安全，需对磨耗钢轨进行更换。本工程为既有线施工，运营结束后方可进入现场施工，时间为00：30-03：30。

1.2 方案比选

上述需换轨曲线地段为高架线，且为既有线，施工场地狭小，施工点较短（约3h），不宜选用闪光接触焊。铝热焊强度低、质量欠稳定，断头率高，综合性能差。而气压焊施工时间短、顶锻烧损较少约（3cm），质量较铝热焊稳定。经过多方研究、讨论，采用气压焊进行施工。

2 气压焊原理

气压焊的热源多采用氧-乙炔火焰。其焊接原理是：将被焊金属构件的焊接端加热到熔化状态或塑性状态时，在顶锻力的作用下，相互焊接的金属端面的熔体或塑体的原子之间，相互扩散渗透再结晶，在2个相互焊接的金属面之间，形成新的结晶，使两金属构件融结成一体。

3 具体施工方案

3.1 施工工艺

气压焊施工工艺详见下图：

气压焊施工工艺流程图

3.2 施工准备

3.2.1 人员准备

结合既有线施工特点，确定本工程现场管理班子及施工人员，建立本工程实际需要的项目管理体系，负责本工程施工现场的组织管理。

（1） 气压焊施工人员配置表（见表1）

（2）长轨换铺人员配置表（见表2）

3.2.2 技术准备

钢轨焊接型式试验

接触焊机在正式焊接前，首先调整焊机的焊接工艺参数，在适合工艺参数下焊出焊头进行型式检验。

型式检验通过后再进行大规模焊接。型式检验按 《钢轨焊接接头技术条件》（TB/T1632-91）中的规定进行，其检查项目包括十项指标，其中任何一项不合格即不能通过。

3.2.3 材料机械设备准备

根据本工程工期质量要求及实物工程量，合理配备施工机械、施工机具及周转材料。机械设备配置详见表3。

表3 机械设备配置表

3.3 钢轨线下焊接方案

用轨道车运送25m钢轨至中潭路换铺段，采用小型气压焊设备对25m钢轨进行线下焊接，小型气压焊设备由人工倒运至站台层，在施工点批复后，用平板车推送至施工作业面进行焊接施工。两两焊接后再焊接下一根钢轨最终形成长轨。

（1）焊接钢轨的加固：采取适当的加固措施，避免钢轨在对接、对正以及焊接的过程中发生移动。

（2）钢轨端头的准备：仔细检查钢轨端头，并做好焊接前的清理、打磨工作，达到气压焊所应具备的条件，必要时可锯轨打磨。

（3）钢轨端头对正：正确做好轨端的间隙设定，垂直对正和水平对正，并消除钢轨端头间的小量倾斜；这一步的工作至关重要，如若其中任何一个工作没有做好，将直接导致焊接的失败。

（4）安放气压焊设备，此步骤一定要检查气压焊设备是否固定好。并将燃气与冷却设备连接好备用。

（5）安放推凸装置。

（6）点火焊接：焊接时随时调节氧气与乙炔气，并来回移动加热器，由由经验的焊接人员看时间及焊接火候。

（7）加热顶锻：采用全长淬火轨铺设无缝线路时，在现场焊接的接头被退火，机械性能低于原淬火轨。使用加热器、淬火冷却装置和气体流量控制箱组成的小型便携式热处焊接完成后立即用燃气加热加热时间：5分钟左右 冷却水量和冷却时间：冷却水量为0.4m3/h，冷却时间为25秒左右。

（8）推瘤：使用推瘤机推瘤并除掉余烬。

（9）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。

（10）打磨：推瘤后立即进行打磨，使其接近钢轨，打磨接头的轨内、轨外面。

3.4 长钢轨更换方案

对更换钢轨的两个端头做好标记，以便锯轨。同时人工用电动扳手进行扣件的拆卸；人工用撬棍将既有线旧轨向线路两侧拨出；将新轨拨进落槽；上扣件、进行焊接施工（焊接同线下焊接）；线路整理、清理施工现场；施工完毕。

更换长轨具体详细施工安排见“长轨换铺施工计划表”

4 结束语

根据以往运营维护的经验，由于列车轮对的作用力影响，曲线地段钢轨在一定时间内需进行钢轨更换，以保证运营的安全。而我国依据气压焊原理研制成功了小型化轻便型的气压焊机，即小型移动式气压焊机，由于其具有设备简单、体型小、重量轻、移动操作方便等特点，通过在上海轨道交通3号线中潭路站～上海火车站区间曲线地段换轨施工中的实践与应用，在地铁线路运营后的维护保养中用气压焊设备进行钢轨焊接，施工成本低，生产效率高，焊接质量容易控制。此项施工技术已经得到了充分的肯定和证实，对目前国内正在兴建的高速铁路及客运专线无缝线路施工提供了良好的技术储备。

参考文献

[1]钢轨焊接第1部分：通用技术条件，TB/T 1632.1-2005.

[2]钢轨焊接第4部分：气压焊，TB/T 1632.4-2005.

[3]无缝线路铺设及养护维修方法，TB/T 2098-2007.