毛 帥 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司阜陽(yáng)工務(wù)段

1 概述

在《鐵路線路修理規(guī)則》第4.6.8條中提到，無(wú)縫線路應(yīng)力調(diào)整主要有滾筒撞軌法、拉伸撞軌法以及列車碾壓法。其中列車碾壓法需要列車配合施工，已經(jīng)不適用當(dāng)前安全管理要求。本文提出均衡法，其基本條件與列車碾壓法一樣，適用于單元軌節(jié)內(nèi)一部分鎖定軌溫較高、一部分鎖定軌溫較低無(wú)縫線路的恢復(fù)，同時(shí)在《鐵路線路修理規(guī)則》中沒(méi)有提及列車碾壓法計(jì)劃鎖定軌溫的計(jì)算方法、施工流程以及限制條件等。本文從均衡法計(jì)劃鎖定軌溫的計(jì)算方法入手，對(duì)均衡法的施工流程進(jìn)行了介紹，并通過(guò)施工實(shí)例檢驗(yàn)了均衡法的有效性和科學(xué)性，最后對(duì)該施工方法進(jìn)行了總結(jié)。

2 計(jì)算公式

已知條件有：兩相鄰軌條參與均衡線路的長(zhǎng)度（L）、既有鎖定軌溫（T）以及無(wú)縫線路基本公式，依據(jù)虎克定律原理：在相鄰軌條應(yīng)力均衡過(guò)程中，較高軌溫軌條的縮短量等于較低軌溫軌條伸長(zhǎng)量，推倒得出計(jì)劃鎖定軌溫的計(jì)算公式：

由ΔL=α·L·Δt，ΔL1-ΔL2=0

即α·L1·Δt1-α·L2·Δt2=0，L1/L2=Δt2/Δt1；

又由Δt2+Δt1=T1-T2，

所以Δt2=Δt1*L1/L2=（T1-T2-Δt2）*L1/L2，

即Δt2=（T1-T2）*L1/（L1+L2），

式中ΔL—鋼軌長(zhǎng)度變化量（m）；

α—鋼軌線膨脹系數(shù)，為0.0118mm/（m·℃）；

L—鋼軌長(zhǎng)度（m）；

Δt—軌溫變化量（℃）；

T—計(jì)劃鎖定軌溫（℃）。

角標(biāo)為“1”的代表較高軌溫軌條的長(zhǎng)度、鎖定軌溫或軌溫變化量；角標(biāo)為“2”的代表較低軌溫軌條的長(zhǎng)度、鎖定軌溫或軌溫變化量。

3 施工流程

首先，確認(rèn)施工現(xiàn)狀是否滿足均衡法施工條件，即兩相鄰軌條是否其中一軌條軌溫較高、另一條軌條軌溫較低；并根據(jù)公式（1）計(jì)算得出計(jì)劃鎖定軌溫，與相鄰單元軌條和同一區(qū)間其它軌條的鎖定軌溫進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。若滿足相關(guān)要求，則可編制方案進(jìn)行施工交底，即完成技術(shù)準(zhǔn)備。

其次，根據(jù)施工交底要求和應(yīng)力調(diào)整工作量，施工前完成人員組織、工機(jī)具準(zhǔn)備等各項(xiàng)工作。

再次，在開(kāi)始均衡前，要每（50～100）m做位移觀測(cè)標(biāo)記，并在各點(diǎn)標(biāo)注計(jì)劃位移值，并確保每個(gè)扣件松到位。

最后，在施工完成后，記錄各觀測(cè)點(diǎn)實(shí)際位移量，將其與計(jì)劃位移值進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整效果分析，在各觀測(cè)點(diǎn)位移量與計(jì)劃位移值均較吻合的情況下，該步驟可忽略。均衡法施工流程圖見(jiàn)圖1。

圖1均衡法施工流程圖

4 實(shí)例分析

4.1 施工概況

線路狀態(tài)：道床鋪設(shè)一級(jí)優(yōu)質(zhì)道砟，Ⅱ型混泥土枕、配置1 760根/km，主要為Ⅱ型彈條扣件，跨區(qū)間無(wú)縫線路、鋼軌型號(hào)P60，電氣化區(qū)段。該區(qū)段無(wú)縫線路設(shè)計(jì)軌溫為（25～37）℃。施工背景：京九線下行K898+531-K899+977換枕大修施工后鎖定軌溫較低（見(jiàn)表1），為滿足防脹期間無(wú)縫線路鎖定軌溫要求，保障行車設(shè)備安全，需要進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整。

表1 配合換枕大修地段應(yīng)力調(diào)整施工資料及計(jì)算表

4.2 計(jì)劃鎖定軌溫計(jì)算

由表1可知，本次施工的主要目標(biāo)是將鎖定軌溫較高的第1、5單元與較低的第2、3、4單元進(jìn)行應(yīng)力均衡，根據(jù)公式（1）計(jì)算得出內(nèi)部均衡軌溫為26.9℃，即為K897+982-K900+500的計(jì)劃鎖定軌溫。

4.3 觀測(cè)記錄表準(zhǔn)備

施工前，根據(jù)施工工作量，每（50～100）m計(jì)算理論位移量，用于現(xiàn)場(chǎng)均衡過(guò)程中的各點(diǎn)觀測(cè)。同時(shí)，根據(jù)各撞軌點(diǎn)位移量的正負(fù)值確定其撞軌方向，其基本要領(lǐng)為促使高溫地段鋼軌回縮和低溫地段鋼軌伸長(zhǎng)，見(jiàn)表2。

表2 均衡法應(yīng)力調(diào)整處所位移觀測(cè)記錄分析表

由表2計(jì)算分析得出，均衡后K899+390處的理論位移量為0 mm，可解釋為以K899+370為分界點(diǎn)，K897+982-K899+370、K899+370-K900+500分別可以完成本部分的軌溫均衡，且均衡后兩部分的鎖定軌溫一致。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)施工與位移量記錄

根據(jù)施工流程，施工前分別對(duì)各部分進(jìn)行觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置、標(biāo)記。施工過(guò)程中，根據(jù)各部分線路長(zhǎng)度合理設(shè)置撞軌器數(shù)量，并且按計(jì)劃的撞軌方向進(jìn)行均衡作業(yè)，在撞軌過(guò)程中，各撞軌器的步驟盡量協(xié)調(diào)一致，方能發(fā)揮最大功效。

4.5 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

完成施工后，將現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證施工效果（見(jiàn)表2）。

將兩個(gè)部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所得左右股數(shù)據(jù)和理論計(jì)算值共同建立折線分析圖（見(jiàn)圖2），可以較直觀地發(fā)現(xiàn)：大部分觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)際位移量均小于理論位移量，其原因可能與無(wú)縫線路的應(yīng)力衰減、鋼軌摩擦阻力等因素有關(guān)，但各單元左右股各觀測(cè)點(diǎn)實(shí)際位移量與理論計(jì)算值的整體趨勢(shì)較為吻合，達(dá)到了均衡應(yīng)力的目的。

圖2 各觀測(cè)點(diǎn)位移量分析圖

其次，對(duì)各單元左右股各點(diǎn)位移量趨勢(shì)線線性擬合優(yōu)度進(jìn)行分析（圖3～圖7），除第③單元右股線性擬合優(yōu)度判定系數(shù)R2＜0.8，其它單元線性擬合優(yōu)度判定系數(shù)R2＞0.9，線性擬合優(yōu)度均為高度及以上相關(guān)，說(shuō)明應(yīng)力均衡效果良好。對(duì)第③單元均衡效果進(jìn)行分析，主要與其線型在曲線內(nèi)有關(guān)。

圖3 第①單元線性趨勢(shì)分析圖

圖4 第②單元線性趨勢(shì)分析圖

圖5 第③單元線性趨勢(shì)分析圖

圖6 第④單元線性趨勢(shì)分析圖

圖7 第⑤單元線性趨勢(shì)分析圖

5 結(jié)論與思考

2016年10月10 日-11月8日，阜陽(yáng)工務(wù)段采用單元軌條間的應(yīng)力均衡法，對(duì)京九線14個(gè)單元軌條（其中7個(gè)岔區(qū)和7個(gè)區(qū)間單元）進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整施工，恢復(fù)原單元軌條里程，并將原施工鎖定軌溫調(diào)整至（27.4～36.8）℃，滿足了本地區(qū)設(shè)計(jì)鎖定軌溫要求。通過(guò)對(duì)2017年1月爬行觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，無(wú)超限處所，線路設(shè)備總體穩(wěn)定，達(dá)到了均衡應(yīng)力的目的。同時(shí)對(duì)該施工方法總結(jié)如下：

（1）應(yīng)力均衡法能夠較好地應(yīng)用于無(wú)縫線路相鄰單元軌條間的應(yīng)力調(diào)整，達(dá)到均衡鋼軌內(nèi)部溫度力的目的。尤其對(duì)大修換枕后無(wú)縫線路單元軌條的恢復(fù)可以起到事半功倍的作用，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，減少了設(shè)備維修成本。

（2）一般來(lái)說(shuō)，施工時(shí)的自然軌溫略低于當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí)施工效果較佳。其次，受應(yīng)力衰減和列車運(yùn)行等因素影響，應(yīng)力均衡越及時(shí)，施工的效果越佳。

（3）當(dāng)施工自然軌溫過(guò)高或過(guò)低時(shí)，從宏觀上看，施工效果較不理想，但是能否夠起到應(yīng)力調(diào)整的作用，需要進(jìn)一步研究。其次，對(duì)應(yīng)力均衡法的有效作業(yè)軌溫進(jìn)行量化也是下一步研究的主要內(nèi)容。