中铁六局集团有限公司 北京 100000
摘要：以大四铁路线铺架施工为实例，从施工准备、制梁、运梁、架梁、铺轨、焊轨、应力放散等方面阐述了风沙地区铁路铺架施工技术，以及施工中的重点、难点，并对风沙地区桥梁预制、桥梁架设、钢轨焊接及应力放散质量控制与安全管理等做了重点阐述，上述施工技术在大四铁路得到很好的应用，可为同类施工做参考。
关键词：铁路铺架施工 风沙地区 施工方法 安全管理 质量控制
荒漠化是全球面临的重大生态问题，我国也是世界上荒漠化面积最大、受风沙危害严重的国家。据统计，全国现有荒漠化土地262.2万平方公里，占国土面积的27.3%。风沙地区的气候特征主要表现为：干旱少雨、日照强烈、气候干燥、风的活动频繁；这些不利因素对于日常铁路铺架施工均会产生极大影响。根据国家“十三五”铁路规划，今后一段时间，铁路建设的重点将转向中西部地区，而该地区也是我国沙害影响最严重的地区，如何高效、安全进行铁路铺架施工，减少风沙灾害对铺架施工的影响始，需要在实践施工过程中，不断地进行实践与反思，进而形成安全质量措施。
1 工程概况
新建大四铁路（大塔至四眼井）位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗、杭锦旗境内。线路自在建新包神铁路大塔站接轨，疏解引出后折向西跨越既有包神铁路及罕台川，穿越张栓沟隧道在吴四圪堵设站，之后依次跨黑赖沟、卜尔嘎色太沟后，再折向西北至乌锡线四眼井站。设计过程分两段进行，即大塔至吴四圪堵段23.154km、吴四圪堵至四眼井段65.571km，正线全长88.725km。
2 工程特点及难点
本工程施工专业化程度高，施工工艺标准要求严格，施工运距远，施工断点多，工期要求紧，工况复杂是本工程的显著特点。期间还涉及跨既有铁路线架梁及湿接缝施工4处；临时开通大吴段（大塔至吴四圪堵段），通过营业线运输桥梁、石砟等铁路物资，运输安全风险大是本工程的难点。受征地拆迁影响，全线断点较多，大部分施工内容均在2015年5月份至10月份完成，施工工期紧，与其他专业交叉干扰大，质量控制难。本铁路线位临近库布齐沙漠边缘，沿线受风沙影响极其严重也是本工程的重要特点。
3 施工总体方案
工程按三个阶段安排展开，第一阶段为施工准备阶段，主要是路通、水通、电通，完成铺架基地建设、材料取样试验、生产生活的临时设施建设及实施性施工方案准备，为正式工程开工创造条件；第二阶段为正式施工阶段，主要完成本项目标段内铺架工程项目的施工。第三阶段为竣工验收阶段，并完成场地清理、临时占地的恢复及竣工资料的整理、编制。
租用原包西铁路大塔制梁厂并进行适当改建，作为本工程的预制梁厂；租用原包西铁路大塔铺轨基地并进行适当改建，作为本工程的轨排生产基地。采用2台DF4内燃机车，16组DL1平板车完成全标段梁片运输；采用普通平板车20辆装运轨排。采用1套DJK160架桥机从线路起点向西完成大吴段正线（大塔至吴四圪堵）方向架梁；采用1套DJ180架桥机完成大吴段（大塔至吴四圪堵段）疏解线及吴四段（吴四圪堵至四眼井）架梁施工。区间正线铺轨采用“换铺法”施工，投入长征型铺轨机完成区间正线铺轨，机械架梁与机械铺轨交替进行。因征地拆迁等原因，对于不具备机械铺轨的区域，采用人工铺轨方式完成轨道铺设，对个别条件较好地方，采用汽车吊架梁方式完成桥梁架设。确保铺架施工连续进行。桥梁湿接缝及横向张拉作业在架梁后紧跟施工。
本标段道砟均采用汽车运输到位，前期铺架期间采用小型自卸车运输并铺设砟带，满足铺架工程设备走行需要。线路成型后，采用DF4内燃机车推送K30风动卸砟车进行线路补砟作业，采用大型捣固车进行线路起拨道等整道工作，补砟与整道交替进行，具备条件后进行长钢轨换铺施工。换长轨施工采用专用长轨运输车将长钢轨运输至施工现场，采用“拖卸法”将长钢轨拖卸至轨枕两侧的砟肩上。采用UN5-150ZB接触焊机，完成500m长轨焊接及单元轨锁定焊接，采用“滚筒法”进行应力放散与锁定。采用捣固车精细捣固、拨正线路；采用动力稳定车对道床进行动力稳定道床；采用配砟车对道床进行外形整理。线路经精调打磨后，达到初步验收条件。
4 制梁施工技术
4.1 施工准备
4.1.1 人员准备
根据生产需要建立相应的生产管理机构及专业班组。前期组织精干高效、业务素质好的队伍进驻现场，完成了预制梁场的建场改造施工，其他人员按工程进度逐步到位。
4.1.2 技术准备
进场后根据现场地基的实际勘探结果，结合制梁的地基要求，制定梁厂地基处理方案，并对原梁场的布置方案进行适当优化。工程技术人员根据设计图纸进行相应的施工图审图，编制各专项作业指导书，进行各工种人员的岗前培训及三级安全教育等。
4.1.3设备、材料准备
方案确定后首先确定了大型设备和主要材料的供应商、供应方式和材料的存放场地，包括钢筋存放加工场地、附属材料存放区、砂石料场地。对准备购入的材料质量指标进行检验。对准备购入的设备进行细致的比选。制梁场设置16个台座，投入8套32m梁模板，2套24m梁模板
4.2制梁场平面布局设计要点
制梁场分为办公、生活、制梁、存梁及配套服务等区域，各区域紧密连接，场内道路相通，方便运输，减少二次倒运及运输距离。办公、生活区布局体现环保、人文、便于管理的特点；生产区从钢筋制作、绑扎、立模、灌注、养护、拆模、初张拉等整体为流水线设计，方便施工；存梁区中移梁、存梁、装梁区布局合理，满足施工要求；锅炉房、配电室等危险区远离其它区域，减少安全事故隐患；办公、生活、生产区相互独立；全梁场采用硬质围挡封闭与外界相隔。
本梁场所处位置地质属于粉砂土土质，地质条件较差，为确保梁片生产质量，需重点对梁厂内各种基础进行重点设计。制梁台座和存梁台座要以控制沉降为目的并具有足够的强度和刚度，同时也要在满足技术要求的条件下，考虑经济性。
基础分生产台座与存梁台座设计。生产台座的稳固和沉降是保证T梁质量的关键，因此生产台座采用钢筋混凝土结构作为制梁台座的扩大基础。存梁台座采用条形钢筋混凝土的方案。基础底部采取换填砂卵石处理，上面铺一层60cm厚的碎石垫层，最后才能在上面浇筑C30的钢筋混凝土。
80吨和10吨龙门吊走行轨道基础底部开挖压实、上部使用道砟石上铺轨枕方式，其它生产区域地基用20吨压路机碾压密实后填筑10cm厚碎石，压实后再根据功能的要求浇筑混凝土。
4.2.1 制梁台座
制梁台座尺寸为32.6m×0.88m，基础采用钢筋混凝土扩大基础，台座纵向间距4 m。台座的整体结构形式能够避免制梁台座的局部沉降，保证梁体的尺寸要求和外观质量，采用L65×65×5角钢包边，上铺8mm厚钢板。制梁台座基础根据制梁区范围内的地层特点和承载力的要求,钢筋混凝土结构为混凝土标号C30。制梁台座刚度必须满足使用要求，检算如下：C30混凝土的极限强度分别为轴心抗压fc＝22.5MPa，轴心抗拉fct＝2.22MPa，受压的弹性模量为3.20×104MPa。由于制梁台座受力的方式为均布荷载，受力的特点为混凝土受压构件，按照轴心受压的构件来检算。
台座主要承受竖向压力，模具及梁体的重量合计P＝2021838N（模具重约60T，T梁最大重为146.31T），混凝土受到的压应力为fc1＝2021838/（32600×880）＝0.07MPa。由于fc1远小于fc的值，故此台座本身的强度和刚度可以满足使用的要求。
4.2.2 存梁台座
存梁台座基础采用混凝土扩大基础，基础底层挖宽2.5米深0.6米换填砂卵石，并进行强夯处理。上部采用钢筋混凝土结构，底部宽度为1.5m，深度0.5m，上部露出地面0.3m，总高度为0.8m，上部宽度0.6m。在每条混凝土条形梁的顶部并排设置两根P50钢轨，作为T梁横移的滑道。
4.2.3 龙门吊轨道基础
龙门吊轨道的双侧长度为1250 m，有效工作长度为 625m，钢轨采用P50-25m单轨形式，轨道基础底部换填砂卵石并压实处理，上部铺设宽度为1000mm砟带，使用木枕固定钢轨。
4. 3 养护工程
由于本梁厂位于库布齐沙漠附近，气候干燥，风沙较为严重，昼夜温差大。混凝土养护施工是控制混凝土表面裂纹，保证梁体混凝土施工质量的重要环节。本工程主要采用蒸汽养护与洒水喷雾等方式进行梁体混凝土养护，以保证养护期间混凝土温度与湿度。经实践证明，能有效保证梁体混凝土施工质量。
在拆模前，采用蒸汽养护并加养护罩形式进行养护；拆模后采用洒水喷雾等方式进行养护。在灌注混凝土收面时养护罩要及时跟进，做到收面与覆盖基本同步。养护期间，派专人负责，使混凝土处于湿润状态，养护时间应能满足混凝土硬化和强度增长的要求，使混凝土强度满足设计要求。
4.3.1 蒸汽养护
梁体混凝土蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段，静停期间应保持棚内温度不低于5℃，灌注完静停4小时后开始升温，升温速度不应大于10℃/h，恒温时蒸汽温度45±5℃，降温速度不大于10℃/h。蒸养期间及撤除保温设施时，梁体混凝土与环境温差不超过15℃。
蒸汽供应采用4台1t的蒸汽锅炉进行。在梁体两侧部布设蒸汽管道，注意蒸汽不得直接吹向混凝土和模板。整个养护过程由专人测温，蒸汽养护每小时进行一次记录。蒸汽养护结束后，立即进入洒水养护。分别对养护棚内和环境温度进行监控，出现异常及时处理，防止因温差造成梁开裂。
4. 3.2 洒水养护与自然养护
洒水养护采用自动喷水系统和喷雾器行进，保证养护不间断。洒水次数以能保持混凝土表面充分潮湿为度。当环境相对湿度小于60%时，养护不少于28d；相对湿度在60%以上时，养护不少于14d。自然养护采用草袋或麻袋覆盖洒水，并在其上覆盖塑料薄膜养护。洒水养护与自然养护过程安排专人负责，确保养护频次和质量。
5 架梁施工技术
架梁施工安全风险极高，历来是铺架施工的重中之重，做好架梁施工的安全管理事关整个铺架工程能否顺利进行，而现阶段架桥机安全事故时有发生，也使铺架施工尤其是架梁施工警钟长鸣，为此需要在实践中不断做好总结，从施工技术，生产组织管理等方面规范架梁施工，严格控制风险，确保架梁施工本质安全。本论文以公铁两用架桥机为例就架梁施工各阶段技术要点进行简要阐述。
5.1 架桥机组装调试及取证
架桥机组装通常采用汽车车配合完成，施工时需根据使用说明书按顺序进行组装，组装期间要特别注意做好各种管线的保护密封工作，做好各连接部位连接件（法兰、螺栓）的安装质量，做好配电柜、电气系统的成品保护工作。在完成组装后，按要求进行试运转及调试工作，以充分了解各部分工作状态和可靠程度，项目包括：机臂伸缩、横移试验；整机横移运行及制动试验； 行车走行、制动试验；卷扬机起升、制动试验；各油缸支腿伸缩试验；机械、电气设备、液压系统等设备及元件的检验。
上述试验确认设备运行良好后，架桥机前冲过孔，进行吊重试验。吊重试验采用所架桥梁的第一片梁做重物，主要检测行车各吊钩工作性能及桥机的整体稳定性（重点对1#行车和2#行车的驱动同步情况、吊钩起升制动系统、大臂横移机构、急停保护装置等进行检验）。
在架桥机组装期间，及时向当地市级质量技术监督部门告知，组织进行现场验收，在取得起重吊装设备验收合格证书之前，不得进行正式架梁。
5.2 架桥机过孔
架桥机过孔作业在整个架梁期间稳定系数较低，是架梁施工中的安全控制重点。在过孔时，应确保架桥机机臂纵向保持水平，横向保持平衡，机臂与柱体之间水平正交；门柱、机臂、线路三者中心线应相互重合，坚持居中、低位过孔。如有特殊工况，需进行稳定性检算后方可施工。架桥机机臂与柱体的几何尺寸保持是确保架桥机过孔安全的重要措施，在桥机过孔时需有专人负责0#柱、1#柱，观察倾斜程度；安排专人盯控机臂的水平，如发生偏差及时调整。由于架桥机机臂走行、行车走行、柱体移动等动作一般均采用各种销体对结构之间相互锁定，电机或液压系统驱动传力使结构之间发生相对作用力而完成的，故做好各销体的盯控和放行管理，是确保架桥机运行安全的必要前提，而这方面也往往是容易轻视甚至出错的地方，为此需要架桥机机组人员密切配合，严密盯控各定位销的锁定和撤除的顺序与程度，并由专人检查验证放行。在0#柱、1#柱等柱体位置设置手动急停开关，防止作业时冲撞柱体。
严格按要求进行垫墩摆放，横移轨道全长高差不大于15mm。最外侧垫墩外缘距离梁片挡砟墙距离不得小于400mm，墩与墩中心间距不得超过1950mm，横移轨道拼接处必须采用垫墩支垫。支垫轨枕采用完好的硬杂木，不得使用破裂、腐蚀等存在缺陷的杂木。
5.3 架桥机架梁技术要求
5.3.1挂绳及起吊梁技术要求
挂绳作业前检查卷筒钢丝绳排列是否平顺，有无掉槽、乱绳。梁片(下端)与索具接触面必须安放铁瓦，捆梁片时两边铁瓦要对正放牢，捆梁索具应垂直，无绞花和两股互压现象。吊梁扁担要平正与捆梁千斤绳垂直不得斜挂，防脱落装置必须牢固可靠。吊梁必须点起进行试吊。在点起20cm后停止，检查各受力部位和薄弱环节，确认良好后方可继续作业。经常检查捆梁千斤绳和各部钢丝绳的断丝、锈蚀、磨损情况，超过限度时应及时更换。
5.3.2出梁及落梁
坚持“高位运行、水平下落、低位横移、封梁保护”原则。走梁时，1#柱指挥应在前端监视对位，严防梁体冲撞1#柱。吊梁走行或落梁时，保持前后左右水平，横向倾斜不大于2%，纵向不大于300mm，密切注意四个钩的升降量，确保梁体平衡。落梁过程中支座和桥下禁止站人。
5.3.3横移梁及稳梁
整机横移必须在低位（支座底距垫石500mm）进行，梁片横向粗对位采用整机横移方式，精确调整（支座底距垫石0-10mm）采用机臂横移方式。1#柱、2#柱整机横移、机臂横移量应基本一致，避免产生横向剪力。落梁时先落固定端，再落活动端，不得颠倒顺序，指挥在作业前应该先了解支座安放位置，防止误操作。首孔、末孔架设时，为增加作业安全性，优先就位边梁。严禁无约束地横向顶、拉梁片，以防止发生意外事故。做好桥墩台的防滑、防冻措施。落梁前墩台上的碎石杂物在工作前应予清扫。梁片就位后进行焊梁作业，打好木支撑、顶梁千斤顶，及时穿张拉钢绞线或张拉棒，将两片梁联结成整体。
5.3.4摘绳及行车空回
摘绳作业应在梁片落稳、打好木支撑、顶梁完成及电焊完成后进行。判断梁体是否落稳的简单方法：检查行车钢丝绳是否已经松动。摘绳作业时应通知墩台上的人员避让并确认下方无其他人员后进行，防止钢丝绳、铁瓦碰伤人员。摘绳作业完成后应有专人负责辅助排绳，行车退回主车时注意防止速度过快碰伤人员及钢丝绳挂住梁体。
5.3.5大风气候下架梁施工
对于大风天气架梁，一是做好天气预报监控工作，尽量安排在不刮风或不刮大风期间进行过孔和架梁作业。风沙地区，一般白天风沙较大，可调配至晚上架梁，白天进行设备检修及运梁、焊梁等危险性较小的工作。二是随机配好风速仪，严防“阵风”，坚持4级不过孔，5级不架梁，在有风期间施工时，要尽量减少架桥机重心，减少起吊过程中梁体摆动幅度，减少梁体悬空停留时间，必要时宁可先临时就位后期调整也不得强行冒进。极端恶劣天气，应将桥机退至桥头，并作好防溜、防倾措施。
6 焊轨及应力放散施工技术
为减少对整体铺架施工组织的影响（白天进行补砟和大机等作业），焊轨及应力放散工作安排在夜间进行。由于当地昼夜温差大，夜间温度普遍较低，在施工时需做好温控措施。
6.1 钢轨焊接试验检验
焊轨作业应根据施工现场情况，提前进行焊轨的试验检验，收集确定施工参数，为后续正常施工打好基础。通常，焊轨试验主要有型式试验和生产检查试验。
6.1.1型式试验
1）出现如下情况之一时应进行型式检验：
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更换焊接设备；
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生产检验结果不符合；
⑥停产1年后，恢复生产前；
2）型式检验的项目及受检试件数量（单位为个）
3）生产检验有1个及以上试件不合格时应予复验。
第一次复验:对不合格试件加倍取样复验，经检验合格表示生产检验结果合格；若试件中有1个及以上不合格，应再复验。
第二次复验:对不合格试件加倍取样复验，经检验合格表示生产检验结果合格；若试件中有1个及以上不合格，应判定生产检验结果不合格。
6.2 钢轨焊接
6.2.1 外观检查及焊接前处理
通过外观检查，及时发现钢轨表面有无缺陷，平直度是否满足焊接要求，并根据检查情况按要求进行处理。焊接前钢轨处理方法主要有除锈、锯轨、端磨等。
1）除锈
用角磨机和手砂轮对焊钢轨端面距离670mm范围内轨腰两侧表面及端面除锈，使其露出80%以上的金属光泽。打磨时沿钢轨纵向打磨，不允许横向打磨，对母材的打磨量不允许超过0.2mm。轨腰表面的厂标、生产日期等符号也需同时磨平。除锈后检查除锈范围、除锈后的表面质量、轨端平直度是否符合要求。
2）锯轨
钢轨端部如有明显的压痕、碰痕、划伤、不平度大于0.2mm和平直度大于0.5mm的低接头时需锯轨处理。对于无法矫直的钢轨端部弯曲，应将弯曲的钢轨端部锯切掉。锯切后钢轨的端面垂直度应不大于0.6mm。平直度用1mm直尺和塞尺进行检验，端面垂直度用宽度角尺和塞尺进行检验。平直度和端面垂直度必须符合标准。
3）端磨
如果钢轨的端面垂直度大于0.8mm(客货共线铁路)时应进行端磨作业。
6.2.2 单元轨焊接
在待焊轨头前方活动长钢轨下每隔12.5m放置一个滚筒，减少钢轨纵向移动阻力。在待焊轨头固定端2m和12m(一般第3棵和第20棵轨枕)上放置木枕进行支垫。支垫完成后进行焊轨机对位，将载有焊轨机的平板车第一个轮对距焊接中心线为3.2米左右，焊轨机对位完成后，及时进行平板车制动，并做好防溜措施。在待焊轨头活动端2m和12m上放置木枕进行支垫，木枕上放置滚轮以便钢轨可以纵向移动。在待焊轨头下方放置千斤顶（活动端为带滚轮），通过调整垫片和千斤顶调整钢轨的上拱量。上拱量控制在0-2mm间。通过斜铁调整钢轨工作边拱量，当v＜200km/h时拱量控制在±0.5～0.8mm间，不得有内拱量。
6.2.3锁定焊接
在焊轨机进入待焊轨头区域前首先应拆除待焊轨头前方全部长钢轨及轨头后方10m范围内的扣件并校直钢轨。在待焊轨头前方活动长钢轨下每隔12.5m放置一个滚筒。将待焊轨头下方的前后各2根轨枕及待焊轨头所在轨枕的石砟掏空，将轨枕合并，为焊机焊钳留下足够的工作空间。
根据施工温度与锁定温度偏差，计算钢轨拉伸量，采用拉伸的方式消除钢轨应力。同时，采用撞轨装置纵向撞击移动钢轨的方式使钢轨应力分布均匀。在施工中，应注意控制左右股焊缝相错不大于100mm；根据轨温变化情况，控制待焊轨头接口为20mm-5mm之间。根据轨温变化情况和焊接时的轨温确定保压时间，待焊接接头温度下降至500℃后方可撤销压力。
6.2.4 低温条件下焊轨注意事项
由于夜间施工常伴随着低温及潮湿气候，为减少钢轨除锈区域氧化，应减少打磨与焊接工序之间的时间间隔，如间隔时间较长需进行二次打磨。
待焊之前对打磨后的钢轨进行除湿加温处理：用汽油喷灯对钢轨头全断面进行加热到35℃-50℃，焊接完成后加强焊机内部系统参数及焊接图形的观测，特别是钢轨顶锻量顶锻位移的观测，不符合要求的应锯除并重新焊接。
为了避免焊缝区温降过快，引起钢轨焊缝区内部温度应力过大而造成焊缝内部出现病害（出伤），焊接完成需采取焊缝保温措施（使用自制保温盒），使焊缝温度缓慢下降。通常，气温在-10°C~0°C时，需保温8~10min；气温在-10°C以下时，需保温10~15min。
6.3 应力放散与锁定
无缝线路的应力放散一般通过温度控制和长度控制两种方式来实现。温度控制就是在合适的轨温范围内使钢轨伸缩，抵消钢轨内部的温度力，然后重新锁定线路。长度控制是依靠外力迫使钢轨伸缩，当伸缩量达到预定数值时，立刻锁定线路。通过上述方式，最终使受拉区域变长，受压区域变短，从而消除应力集中现象。在实践中，还需注意以下几点： 1）支垫钢轨的滚筒间距为10-15m。2）在线路放散全长范围内每隔300-500米设置一个撞轨点，用撞轨器沿放散方向撞击钢轨，同时用手锤敲击钢轨轨腰。当轨端和各观测点无位移，每撞击一次钢轨就发生反弹时，视为钢轨达到自由伸缩状态，停止撞轨。3）放散结束要迅速上齐扣件并拧紧，当单元轨节终端100-150m范围内扣件上齐且达到设计的扣压力时，视为此单元轨节已锁定。4）特殊情况下受作业时间限制，扣件可以按照“隔二上一”方法临时放行线路，后面及时跟进补齐剩余扣件。5）单元轨节之间完成锁定焊后进行下一单元轨节放散锁定施工时，需解除上一单元轨节50m长度范围内所有扣件，连同本单元轨节一并进行放散及锁定。6）应力放散施工时，每100m设置一个临时位移观测点，观测钢轨位移量。应力放散锁定完毕后，按设计要求设置永久位移观测桩。
结束语：
综上，通过对大四铁路铺架工程实践验证及总结，进一步完善风沙地区铺架施工组织及技术管理经验，对施工中可能存在的问题，及时制定预案并采取应对措施，能较好地确保铺架施工顺利进行，能有效提升铺架施工效率、控制施工产品质量、防范大型机械设备运行安全风险，同时也对今后类似工程具有一定的参考借鉴意义。
参考文献：
[1] 易思蓉主编《铁道工程》中国铁道出版社2015年07月
[2] 卿三惠等《土木工程施工工艺铺架与“四电”工程》中国铁道出版社2013年10月
[3]《铁路工程施工组织设计规范》中国铁道出版社 2018年
[4] 高世一《闪光对焊技术及应用》机械工业出版社 2017年01月
论文作者:赖忠林
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/16
标签：钢轨论文; 台座论文; 作业论文; 混凝土论文; 应力论文; 风沙论文; 工程论文; 《防护工程》2019年第3期论文;