何 震

(中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司，天津 300232)

由于目前鐵路運(yùn)輸需求的不斷增加，全面提速和軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化是鐵路發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，因此，對(duì)鐵路鋼軌的要求也會(huì)越來(lái)越高.既有普通線(xiàn)路面臨列車(chē)不斷提速以及不斷增加的貨物運(yùn)輸總量的現(xiàn)實(shí)，從而使軌道改進(jìn)及維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)量呈數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)[1].在此背景下，既有鐵路大規(guī)模升級(jí)改造為跨區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路已迫在眉睫.無(wú)縫線(xiàn)路軌道對(duì)減少列車(chē)沖擊，增大行車(chē)平穩(wěn)性十分有利，但在小半徑曲線(xiàn)上由于鋼軌側(cè)磨等損傷病害嚴(yán)重，需頻繁更換鋼軌，給養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)極大不便.

鋼軌膠粘凍結(jié)接頭在克服了無(wú)縫鋼軌上述缺點(diǎn)的同時(shí)，能夠保證鐵軌的整體性能，確保了列車(chē)運(yùn)行中的平穩(wěn)性和安全性，充分滿(mǎn)足了鐵路的運(yùn)行要求，其必將成為鐵路運(yùn)輸工程中大量使用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的黏結(jié)劑適宜的固結(jié)溫度為 18～25℃[2]，因此在低溫環(huán)境下進(jìn)行鋼軌膠粘凍結(jié)接頭施工時(shí)，如果不采取任何措施必將會(huì)影響膠黏劑的黏接強(qiáng)度，從而影響鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的工作性能，嚴(yán)重者甚至?xí)绊懙搅熊?chē)的安全行駛.因此在低溫環(huán)境下進(jìn)行鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的施工時(shí)必須要采取相應(yīng)的措施以保證膠黏劑的膠結(jié)強(qiáng)度.

1 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)

1.1 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的基本結(jié)構(gòu)

鋼軌膠粘凍結(jié)接頭是指采用魚(yú)尾板與高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)鋼軌，使軌端密貼或預(yù)留小軌縫，將鋼軌鎖定的一種接頭形式.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的機(jī)械性能較好，不僅接頭強(qiáng)度各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，而且施工方法簡(jiǎn)便，節(jié)省投資.

鋼軌膠粘凍結(jié)接頭由魚(yú)尾板、套管、高強(qiáng)度螺栓(Φ 27，10.9S)、10H級(jí)施必牢防松螺母及高強(qiáng)度平墊圈組成.在現(xiàn)場(chǎng)安裝接頭時(shí)，需在魚(yú)尾板與鋼軌腹部之間涂抹高強(qiáng)度膠黏劑.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭結(jié)構(gòu)示意圖

魚(yú)尾板由加強(qiáng)型魚(yú)尾板經(jīng)加溫固化而成，需由專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)生產(chǎn).接頭軌縫為 6～8 mm.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的實(shí)際外觀如圖2所示.

圖2 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭實(shí)際外觀圖

1.2 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的技術(shù)指標(biāo)

鋼軌膠粘凍結(jié)接頭整體剪切試驗(yàn)時(shí)，魚(yú)尾板與鋼軌組裝并膠接后，經(jīng)軸向加載2500 kN，粘接面未破壞.在 200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，跨中截面的最大位移≯1.8 mm.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的軌道電路具有良好的導(dǎo)電性能，克服了使用常溫固化膠黏劑生產(chǎn)的鋼軌接頭無(wú)法滿(mǎn)足導(dǎo)電要求的缺陷，用500 V兆歐表測(cè)得干燥狀態(tài)電阻≤0.1 Ω.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭在施工現(xiàn)場(chǎng)使用快速固化膠黏劑，在環(huán)境溫度18～25 ℃、相對(duì)濕度＜60%的情況下，約30 min膠黏劑達(dá)到固化.

2 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1) 魚(yú)尾板剛度大[3].鋼軌膠粘凍結(jié)接頭中所用魚(yú)尾板采用B7鋼制作，在設(shè)計(jì)時(shí)加大了斷面尺寸，其厚度為 50 mm，因此稱(chēng)作加強(qiáng)型魚(yú)尾板.與普通魚(yú)尾板相比，此種魚(yú)尾板的剛度提高了，重量增加了46%.與進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品相比，此魚(yú)尾板的厚度增加了20%～30%，強(qiáng)化了鋼軌接頭結(jié)構(gòu).

(2) 螺栓強(qiáng)度高.在鋼軌膠粘凍結(jié)接頭設(shè)計(jì)中，采用了10.9級(jí)、直徑27 mm高強(qiáng)度螺栓和10H級(jí)施必牢防松螺母，擰緊扭矩為1400 N·m.此種接頭聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，不僅提高了膠接魚(yú)尾板與鋼軌的摩擦力，而且可以有效防止因螺母扭矩的衰減而導(dǎo)致接頭整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低.進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品的聯(lián)結(jié)螺栓一般為直徑 24 mm，擰緊扭矩為 900～1000 N·m，其接頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低.

(3) 膠接效果好.膠粘凍結(jié)接頭魚(yú)尾板的內(nèi)側(cè)有一層2 mm厚的鋼板，在安裝后可以增大魚(yú)尾板與鋼軌的摩阻力，從而實(shí)現(xiàn)有效凍結(jié)[4].另外在膠粘凍結(jié)接頭魚(yú)尾板與鋼軌腹部之間涂抹高強(qiáng)度快速固化膠黏劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)膠接，從而進(jìn)一步提高了接頭結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度.

(4) 安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭與整體焊接鋼軌接頭相比施工更為簡(jiǎn)便： ①鋼軌膠粘凍結(jié)接頭適用于任何部位的鋼軌接頭， 解決了鋼軌在岔區(qū)不便于焊接的問(wèn)題；②當(dāng)膠粘凍結(jié)接頭發(fā)生傷損時(shí)，可以隨時(shí)更換.

3 低溫環(huán)境下既有鐵路線(xiàn)鋼軌膠粘凍結(jié)接頭施工工藝

3.1 施工工藝簡(jiǎn)介

鋼軌膠粘凍結(jié)接頭在高寒地區(qū)施工時(shí)，通過(guò)一種新型保溫措施保證現(xiàn)場(chǎng)施工溫度(18～25 ℃)，該項(xiàng)工藝可以保證鋼軌膠粘凍結(jié)接頭在高寒地區(qū)正常使用.

普通有縫道岔經(jīng)該項(xiàng)工藝施工處理后可以使既有線(xiàn)路達(dá)到無(wú)縫化道岔的線(xiàn)路標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足了列車(chē)的平順性和安全性要求，同時(shí)最大限度減少了鐵路工務(wù)系統(tǒng)各業(yè)務(wù)段的維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)量，在充分利用既有軌道設(shè)備的條件下，為既有普通區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路大規(guī)模升級(jí)改造為跨區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持.

3.2 施工工藝過(guò)程

為了使膠黏劑達(dá)到理想的膠結(jié)強(qiáng)度，必須讓膠黏劑在適宜的溫度(18～25 ℃)下硬化，為此，在低溫環(huán)境下進(jìn)行鋼軌膠粘凍結(jié)接頭施工時(shí)必須采取一定的保溫措施.采用暖棚法對(duì)接頭施工處的溫度進(jìn)行控制，可使接頭處的施工溫度保持在18～25 ℃之間[5].具體的施工步驟為：

(1) 暖棚施工，使接頭處的溫度保持在適宜溫度范圍之間；

(2) 對(duì)鋼軌和魚(yú)尾板進(jìn)行預(yù)處理，以便于進(jìn)行膠粘施工；

(3) 粘結(jié)魚(yú)尾板和鋼軌，并使其在暖棚中固結(jié).

3.3 施工注意事項(xiàng)

3.3.1 暖棚施工

(1) 要合理選擇暖棚的尺寸，以便在所用燃料較少的情況下可以保證暖棚內(nèi)的施工溫度.

(2) 暖棚的骨架采用鋼管搭設(shè)，嚴(yán)格按腳手架搭設(shè)規(guī)定進(jìn)行搭設(shè)以確保安全.

(3) 為保證接頭處的施工溫度，必須保證暖棚的密閉性，然后根據(jù)熱工計(jì)算，確定安裝保暖爐子的數(shù)量.同時(shí)為保證暖棚內(nèi)的溫度均勻，尤其是施工處的溫度均勻，需配置電風(fēng)扇，在爐子點(diǎn)起后立即開(kāi)始工作，以增加暖棚內(nèi)的空氣流通，提高熱循環(huán).

3.3.2 鋼軌和魚(yú)尾板的預(yù)處理

(1) 對(duì)螺栓進(jìn)行防銹處理，使用油刷、防銹漆材料將螺桿涂刷防銹，晾干待用.

(2) 打磨鋼軌和魚(yú)尾板，鋼軌粘接面和魚(yú)尾板粘接面必須保持干凈.

(3) 用專(zhuān)用模具將玻璃纖維布涂膠并分層粘貼在魚(yú)尾板上.

(4) 待玻璃纖維布涂膠固化后脫模.

3.3.3 粘接鋼軌和魚(yú)尾板的施工

(1) 螺栓的擰緊力矩必須達(dá)到1400 N·m，復(fù)緊的擰緊力矩也必須達(dá)到 1400 N·m，膠黏劑固化時(shí)間不能少于規(guī)定的時(shí)間.

(2) 組裝鋼軌凍結(jié)接頭要求使用高強(qiáng)度螺栓緊固，螺栓上不得加套絕緣套管和端板，將鋼軌接頭頂嚴(yán)，使用軌縫調(diào)整器將軌縫調(diào)整為零.

(3) 使用死口板手、扭力板手等工具，利用溫度的升高，擠嚴(yán)軌縫，必要時(shí)可適當(dāng)震軌，使軌縫達(dá)到施工要求.

(4) 將帶膠層的魚(yú)尾板與鋼軌粘結(jié)時(shí)要保證環(huán)境和材料干燥.若遇雨天或空氣濕度特別大，魚(yú)尾板粘接面受潮時(shí)不得粘接.

(5) 要保證接頭導(dǎo)電性能.由于使用的雙組分常溫固化膠黏劑本身是絕緣材料，而鋼軌凍結(jié)接頭又要求導(dǎo)電，因此生產(chǎn)鋼軌膠粘凍結(jié)接頭時(shí)應(yīng)采用如下輔助導(dǎo)電措施，保證對(duì)軌道電路不產(chǎn)生負(fù)面影響：①使用含銅導(dǎo)電膠.這種膠的組成為 3組分，即經(jīng)脫氧處理的銅粉、稀釋劑及固化劑.將攪拌均勻的導(dǎo)電膠涂在軌縫的前后2 cm范圍，且軌腰左右兩側(cè)均應(yīng)涂抹；②可在完成魚(yú)尾板與鋼軌膠粘后，用角磨機(jī)或電磨頭將魚(yú)尾板兩端鋼軌軌腰和魚(yú)尾板邊緣溢出的膠打磨掉，再涂導(dǎo)電膠；③可用細(xì)如發(fā)絲、經(jīng)脫氧處理的銅絲將2根相鄰鋼軌第一螺栓孔纏繞5圈，纏時(shí)應(yīng)注意銅絲不能重疊.為確保凍結(jié)接頭 2根鋼軌的導(dǎo)電性能，還需在2根鋼軌上分別打?qū)щ婁N(xiāo)，用導(dǎo)線(xiàn)連接.

3.4 暖棚的熱工理論研究

為了在高寒地區(qū)能夠保證達(dá)到膠粘凍結(jié)接頭施工所要求的溫度，用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料制作成符合要求的保溫棚，在保溫棚中生火爐，使保溫棚內(nèi)溫度升高.同時(shí)被保溫棚覆蓋的鋼軌接頭處的溫度也隨之升高，直至達(dá)到規(guī)定溫度，使得膠黏劑在其適合的溫度環(huán)境下發(fā)揮作用，保證接頭質(zhì)量符合要求.在此過(guò)程中，不僅要保證鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的施工溫度，還要盡量減少燃料的用量以減少工程開(kāi)支.這就需要對(duì)暖棚的耗熱量進(jìn)行計(jì)算，以此為依據(jù)來(lái)計(jì)算燃料的用量.

3.4.1 暖棚耗熱計(jì)算

暖棚在單位時(shí)間內(nèi)的耗熱量按下列公式計(jì)算

式中：Q0——暖棚總耗熱量，kJ；

Q1——通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量總和，kJ；

Q2——通風(fēng)換氣引起的熱損失，kJ；

A——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總面積，m2；

K——圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

T2——棚內(nèi)溫度，℃；

T1——室外溫度，℃；

V——暖棚體積，m3；

n——每小時(shí)換氣次數(shù)，一般取2次；

Ca——空氣的比熱容，取1kJ/(kg·K)；

ρa(bǔ)——空氣的表觀密度(容重)，取1.37 kg/m3；

3.6——換算系數(shù)，1 W＝3.6 kJ/h.

3.4.2 加熱燃料用量計(jì)算

暖棚內(nèi)加熱的燃料用量可按下式計(jì)算

式中：GP——燃料耗用量，kg/h；

Q0——暖棚總耗熱量，kJ；

η——加熱器效率；

R——燃料發(fā)熱量.

以上燃煤量為充分燃燒，以每個(gè)爐子每小時(shí)燃煤量為2.5 kg計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，時(shí)刻觀測(cè)棚內(nèi)溫度，當(dāng)溫度有所下降時(shí)，加大爐子的火勢(shì)或增加爐子個(gè)數(shù)，以保證暖棚內(nèi)溫度在18～25 ℃之間.

4 低溫環(huán)境下既有鐵路線(xiàn)鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的養(yǎng)護(hù)

由于列車(chē)速度的不斷提高，對(duì)鐵路平順性的要求也越來(lái)越高，接頭是鐵路路線(xiàn)中的薄弱環(huán)節(jié)，接頭處的施工質(zhì)量直接影響鐵路整體的使用性能，因此不僅要在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制接頭處的施工質(zhì)量，在后期的運(yùn)行過(guò)程中也要對(duì)其進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)，以保證接頭的使用性能.鋼軌膠粘凍結(jié)接頭在使用過(guò)程中雖然具有良好的使用性能，但是其結(jié)構(gòu)部件中有像螺栓和膠黏劑之類(lèi)的活動(dòng)部件，因此要對(duì)鋼軌膠粘凍結(jié)接頭進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)，以保障接頭工作性能的可靠性[6].

(1) 定期擰緊鋼軌膠粘凍結(jié)接頭處的螺栓，使每根螺栓達(dá)到 1400 N·m的規(guī)定擰緊力矩，定期對(duì)失效的防爬設(shè)備和支撐進(jìn)行修整或更換.

(2) 鋼軌接頭存在軌縫是接頭損壞產(chǎn)生和發(fā)展的根本原因，要合理調(diào)整軌縫，定期檢查軌縫的變化，使軌縫的大小控制在規(guī)定的范圍內(nèi).控制軌溫的變化，做好軌枕扣件及道床的養(yǎng)護(hù)，保證足夠的線(xiàn)路橫向縱向阻力.

(3) 加強(qiáng)接頭搗固，這是預(yù)防低接頭的關(guān)鍵，是保證線(xiàn)路穩(wěn)固的基礎(chǔ)，所以必須按作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行搗固.

(4) 對(duì)無(wú)碴、少碴和污碴線(xiàn)路要及時(shí)進(jìn)行清篩.

(5) 做好橋、涵的防洪和路基的排水，以防路基發(fā)生永久性變形.

(6) 定期檢查膠黏劑的膠結(jié)強(qiáng)度，以保證魚(yú)尾板與鋼軌良好的整體性.

(7) 加強(qiáng)接頭平順狀態(tài)的日常檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理.

(8) 接頭兩端的軌枕材質(zhì)要一致，尤其更換枕木時(shí)應(yīng)將接頭處相鄰兩根枕木同時(shí)更換，保持支承條件一致.

(9) 保證魚(yú)尾板與軌端下腭間密貼，接頭處魚(yú)尾板與鋼軌下腭之間存在的空隙超過(guò)1 mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)墊以符合規(guī)定的鐵片.

5 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了在低溫環(huán)境下鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的施工工藝，這種施工工藝保證了膠粘凍結(jié)接頭膠黏劑的膠結(jié)強(qiáng)度，從而增強(qiáng)了鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的使用性能，進(jìn)而改善了鋼軌接頭段的整體性能，滿(mǎn)足了在較高速度下列車(chē)通過(guò)的各種要求.文章最后提出了鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的養(yǎng)護(hù)措施.在鋼軌膠粘凍結(jié)接頭廣泛應(yīng)用的背景下，本文研究的施工工藝在低溫高寒地區(qū)具有廣泛推廣的使用價(jià)值，有較好的發(fā)展前景.

［1］余澤西，劉鳳恩，王善元. 鋼軌膠接絕緣接頭的研制與應(yīng)用[J]. 鐵道建筑，2004(4)：39-40.

［2］劉本泉. 鋼軌膠粘凍結(jié)接頭的質(zhì)量控制[J]. 鐵道建筑，2005，2(20)：72-72.

［3］陳希順. 異形絕緣接頭鋼軌夾板的研制與應(yīng)用[J]. 河北冶金，2007(6)：63-64.

［4］劉學(xué)毅，劉愛(ài)萍.“凍結(jié)”接頭魚(yú)尾板動(dòng)彎應(yīng)力準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)算方法[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，36(4)：337-340.

［5］孫耀武. 高寒地區(qū)鋪設(shè)的膠結(jié)絕緣接頭[J]. 鐵道建筑，1993(9)：25-27.

［6］賀原義. 無(wú)縫道岔接頭凍結(jié)的實(shí)踐[J]. 鐵道建筑，2003(12)：75-76.