焊接式无缝钢轨施工工艺在突堤码头中的应用
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摘要：随着焊接式工艺技术的进一步发展，无缝钢轨的施工工艺在现今的港口码头工程中，应用越来越广泛。例如黄骅港三期工程码头工程，就是采用这种工艺进行轨道施工，钢轨型号为QU100，其主要由上压板、下压板、螺栓、螺母及垫圈等组成。在轨道槽施工完成后进行钢轨的施工，钢垫板连续地铺设在轨道槽底部，然后通过调校螺栓调节标高，标高调节到位后在钢垫板上焊接下压板，灌注轨道胶泥，安装钢轨调直后锁紧上压板螺栓，焊接钢轨接口，形成无缝钢轨。
关键词：钢轨；无缝；焊接； 压板； 码头
中图分类号：U213文献标识码： A
引言：
黄骅港三期工程水工工程码头工程为满足卸煤机装船生产的需要，共设有四台卸煤机，轨道型号为QU100，单轨长1139m，两轨间距21m。主要由上压板、下压板、螺栓、螺母及垫圈等组成。钢轨两侧布设锚锭、防风拉锁、顶升、两端设施车挡等附属设施。
轨道型号为QU100，材质为U71Mn钢，U71Mn钢为高碳中锰钢，含碳量很高，其可焊性较差，焊接难度大，在实际焊接施工中容易出现裂纹。我们根据《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）和建设部《建质[2005]71号》中的方案进行了现场工艺的试验，并在此基础上进行改进，成功的避免了焊接裂纹及较好的控制了轨道施工质量，取得了轨道焊接的成功。
通过鱼尾板连接的钢轨接头，因装卸机械的滚轮在行进过程中受鱼尾板的影响而产生一定的冲击力，使得滚轮的使用寿命受到不同程度的影响。而此工艺通过焊接使钢轨形成整体，消除了装卸机械在行车过程中产生的震动；利用柔性材料轨道胶泥灌注钢垫板与轨道槽之间的缝隙，使得钢垫板将所受轮压均匀的传递至轨道槽底的基础，减少了对混凝土结构的损坏；通过钢垫板精确调整标高，使轨顶处于同一平面上，避免了产生高差而导致的行车过程中的轨底混凝土受力不均以及行车的不安全。利用此种方式，可对传统的钢轨施工工艺在施工和使用期间产生的缺陷进行有针对性的改进。
图1轨道断面布置图
1 无缝钢轨的施工
1.1 施工流程
钢轨QU100的配置流程 埋设锚固螺栓钢垫板施工配置灌入轨道胶泥下压板焊接已焊接的钢轨配置安装上压板顶钢轨整合及压板锁紧。
1.2 埋设锚固螺栓
1.2.1 锚固螺栓制作
锚固螺栓在工厂加工制作，材质Q235，规格M24，单根长500L，成L型。
1.2.2 锚固螺栓埋设
锚固螺栓横向间距270mm，纵向间距500mm。根据此尺寸利用方钢制作了2套定位架，每套定位架长4米，能通过销子进行快速连接。在施工时每个4m设置一道支架，测量人员测放出定位架中心线（即轨道中心线）和标高（定位架标高与锚固螺栓顶标高一致），从而控制锚固螺栓的埋设位置，能保证螺栓相对位置误差小于设计要求的2mm误差。
图2轨道螺栓埋设图
1.3 钢垫板施工配置流程
1.3.1钢垫板制作
钢垫板由25mm厚Q235钢板加工而成，每块长3995mm，平整度≤1％。钢垫板上螺栓预留孔为Φ26。
1.3.2钢垫板安装
1）安装钢垫板前，摘除锚固螺栓上的保护塑料管，对轨道槽底部砼进行凿毛处理，同时将轨道槽内的松动混凝土、浮浆剔除，之后用空压机清除浮灰、积水；
图3 轨道槽清理
2）钢垫板顶标高+6.153m，测量人员在轨道槽两侧测出该标高，用红油漆做好标记，并用墨斗弹好线，作为安装钢垫板时的粗控标准；
3）钢垫板安装前，清除表面的浮锈。吊点拧进调校螺栓位置，待安装完成后，拧下吊点。根据本工程为突堤码头，作业面狭小，使用吊车会占用施工通道等特点，在安装时制作了“炮车”作为安装工具。安装好的两块钢垫板之间留有10mm的缝隙；
4）根据测放在轨道槽两侧的标高线，对钢垫板进行粗调，拧紧预埋螺栓的螺母，降低钢垫板标高，通过拧紧钢垫板的调校螺栓提升钢垫板的标高，利用水平尺控制钢垫板的平整度，通过反复调整，基本调平钢垫板。
5）粗调完成后，要进行精调，精调时通过水准仪进行控制，10m范围内高差控制在5mm内。
图4 钢垫板调平图
6）钢垫板调平后，焊接两块板之间的连接钢板，目的是把相邻钢垫板连接成整体。
图5 钢垫板连接处理图
1.4灌入轨道胶泥
1.4.1 轨道胶泥的配置
开动搅拌容器，边加水，边添加胶泥，从开始搅拌至搅拌均匀一般需3～5分钟，视实际情况定，直至搅拌均匀为止。
表1轨道胶泥的性能指标
1.4.2 灌注胶泥
灌浆前用空压机将钢垫板下面的杂物和灰尘再清理一遍，并在24h前晒水充分湿润砼表面，灌浆前不得有积水。搅拌完成后，将灌浆料从钢垫板一侧缓慢均匀倒入凹槽中，并人工利用锤子轻轻敲击钢垫板，将其灌浆料中的空气全部赶尽，确保密实度。
图6 灌注轨道胶泥图
1.4.3 胶泥养护
灌浆后3～5小时将灌浆层表面抹面压光，之后覆盖土工布洒水养护，浇水养护时间不少于7天，浇水次数以保持轨道胶泥处于湿润状态为准。
1.5 压板底板焊接
1.5.1 测放压板位置线
从轨道中心线向两侧各返85mm，利用经纬仪测放压板内边线，用墨斗弹好线，相邻轨道压板之间间隔500L。
1.5.2 底板焊接
施焊压板采用二氧保护焊机，ER50-6焊丝，贴角施焊，焊缝高度5mm，焊接要连续，避免产生夹渣缺陷。下压板焊好冷却后，刷机油进行防腐。
焊接要求：焊面“A” (面向钢轨的那个面)的焊缝高度不得超过5mm；焊面“B”和“C”面必须达到所要求的焊缝尺寸，焊缝高度为5mm。
图7 钢垫板焊接
2. 钢轨焊接工艺的全流程
2.1 安装前的准备工作
2.1.1 钢轨的检查
1）钢轨外形尺寸偏差：
轨头宽±0.5mm；轨腰厚-0.5,+1.0mm；轨高-0.5,+0.8mm；不对称:轨头0.5mm,轨底1.0mm；轨底宽-2.0,+1.0mm。
2）钢轨表面不得有裂纹、折叠、横向划痕,允许有不超过1mm的结疤、压痕,纵向划痕不超过0.5mm,轨底1/3处不得有划痕。
2.1.2 接头的处理
1）清除钢轨端面40mm范围内的油污、铁锈、泥沙等。轨端400mm范围内保持干燥、无水气。
2）每10根钢轨留一处伸缩缝，端头处理在工厂加工完成。
2.2 轨道安装
接头焊缝采用窄间隙的直坡口，可减少变形和焊接宽度，两钢轨接头距离控制在15―20mm范围。调整两钢轨接头位置，并紧固焊缝两侧1m范围内的压板螺栓，使其接头位置固定。确保钢轨在焊接过程中，钢轨中心线保持在同一直线上，避免通长轨道完成焊接后有扭曲变形现象。
图8 轨道安装图
2.3 轨道焊接
2.3.1 放置隔热垫片
在焊缝处放置一尺寸和焊缝宽度一致的隔热垫片，防止焊接时烧坏底部胶垫板。
2.3.2 预热准备
利用气焊喷嘴在接头的全截面周围进行均为加热，两根钢轨端头的接头处预热标准为20~30mm，保持在250℃左右的预热温度。
2.3.3 焊接
焊接分两步进行，第一步采用二氧保护焊机进行焊接，焊接高度约10cm；第二步采用硅整流电焊机焊至顶部，轨顶2cm以下部分使用 5.0焊条，电流240～260A；轨顶2cm范围内使用 4.0焊条，电流180～200A。
钢轨底部焊接时，首先沿着钢片侧熔接金属,确保钢轨与钢片完全熔接。焊接第1层后应放置1对紫铜旁模，并与钢轨问留2mm空隙以供熔渣流出，然后进行第2层焊接，焊接时应边焊边透过旁模和钢轨间隙清除熔渣。当钢轨底部焊接完成，再按要求放置1对旁模，当焊接至旁模高度时，再放置下一对旁模，并继续焊接。重复以上步骤直到焊缝略高于轨道顶1~2mm。焊接过程中熔敷金属，使之与钢轨熔合良好，注意应在坡口内引弧。
图9 轨道焊接
2.3.4 保温
焊头焊接完成后迅速用干燥石棉布分层地将接头及两侧300mm范围内包护保温15min后拆除旁模，继续用石棉布覆盖在上面。
2.3.5 接头修磨
待接头冷却后，取出接头下石棉布，清理接头处的垃圾，用砂轮机对焊缝两侧及顶部磨光，确保焊缝与钢轨平滑。
图10 接头打磨
2.3.6 接头检查
焊缝表面不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤、咬边、未焊满等缺陷。
2.4 钢轨调直
在距离轨道中心线50cm位置的砼面层上测放一条控制线，选择天气晴好且无风的天气测放，保证控制线的准确。利用专用千斤顶对钢轨进行调校，随即拧紧压板螺栓。
图11 钢轨调直
3. 配置钢轨施工工艺的全流程
3.1 铺设胶垫板
对钢垫板表面进行清理，使其不得留有焊瘤、小石子等杂物。本工程使用的胶垫板是MK6-RF-150型，凹凸面应向上，在轨道两个端头的钢垫板上焊上一块-210×30×7mm的钢片，防止胶垫板在使用时滑出。
图12 铺设胶垫板
3.2 灌注沥青砂
一次灌注，人工找平，随即采用专用小型碾压机进行压实。接缝位置做成45°斜面，再次施工前将斜面加热，并浇注热沥青，碾实后要看不出接缝痕迹。
结束语
与传统的码头轨道施工工艺不同之处在于：焊接式无缝钢轨施工工艺的全过程以及所使用的材料等方面都有了进一步的创新改变，提高了施工效率，缩短了施工工期。同时，这种措施，可将装卸机械的损耗降到最低，设备装卸的利用率达到最高。在行车过程中，其装卸机械对码头结构的损伤度越小，码头的维修工作减轻力度就越大，进一步提高轨道施工的整体性以及可靠性，使得装卸机械的运行机制可以最大限度地适应，港口装卸的综合经济效益得到很大程度的提高。
参考文献：
[1] 中国标准出版社.机械制造加工工艺标准汇编焊接与切割卷[M].中国标准出版社，2009(5).
[2] 中国冶金建设协会.无缝钢管工艺设计规范[M].中国计划出版社，2007(6).
[3] 铁道部人才服务中心.钢轨焊接工[M].中国铁道出版社，2009(5).
作者：李然，男，1983年08月生，工程师，2007年6月毕业于河北工程技术大学水利工程专业，