更换长轨时如何预先确定钻孔位置

王成

在铁路施工中，配合工务更换长轨是电务常见的一项工作。更换长轨时，工务部门一般选择温度适当的季节（轨温一般小于35℃），以避免因轨温过高而影响钢轨放置。电务配合工务部门更换长轨时，需要等工务做好应力放散后（新钢轨位置不再变化），再进行钢轨钻孔、打塞钉、安装电容、引接线等工作，时间相对比较紧张，极易影响施工进度；而且工务在做好应力放散后，会有大量的地脚螺栓紧固人员在线路上进行锁定钢轨作业，同时还有旧料回收的平板车来回在线路上运行，与电务钻孔作业时需固定在钢轨上的钻孔机严重交叉，影响作业效率。为此电务提出在待换钢轨还未就位时，提前进行钻孔作业，且通过计算确定好钻孔位置，提高要点施工时的工作效率。下面详细说明预钻孔时钻孔位置的确定方法。假设待换钢轨上的钻孔位置与既有钢轨电务设备安装位置的纵向变化量为ΔL，单位为mm。

1 工务大机更换长轨的作业流程

工务大机更换长轨施工时，会至少提前一天将长轨卸放在既有钢轨两侧，并进行钢轨焊接，通过拉杆（拉杆套在枕木的地角螺杆上）固定待换钢轨。拉杆均匀分布且长度一致，待换钢轨距既有钢轨约840 mm。换轨位置示意见图1。更换长轨作业时，换轨作业车辆先运行至换轨起点处，将新钢轨穿入换轨车的中部导框位置，随着换轨作业车的开行，新钢轨与旧钢轨沿着车辆运行方向逐步实现位置的互换。随后固定新钢轨的换轨起点，根据当时的轨温条件进行相应的钢轨拉伸作业，最后再进行锁定钢轨作业。

2 钻孔位置变化定性分析

2.1 工务应力放散的影响

根据钢轨热胀冷缩的原理，为确保铁路运输安全，工务部门相关规定为：更换长轨时要固定起点，将新钢轨强制拉伸至预计锁定后的轨温状态下对应的长度，再进行锁定作业，这个拉伸量明显会影响钢轨的钻孔位置变化。

2.2 曲线地段的影响

对于曲线地段，根据换轨处所曲线的曲线半径和曲线长度，可以近似得到曲线地段的圆心角θ，其计算公式为θ=L周/r（L周为圆弧周长、r为半径）。由于待换钢轨是被均匀放置在既有钢轨两侧约840 mm的位置，所以处于曲线内侧的待换钢轨弯曲半径，会比即将更换的钢轨半径小；而处于曲线外侧的待换钢轨弯曲半径，会比其即将更换钢轨半径大。因曲线地段的角弧度θ不变，则L周会因半径的变化而变化。可以看出新钢轨的长度L周与既有钢轨长度L周明显存在差异，这个差异显然也会影响钢轨钻孔的位置变化。

图1 换轨位置示意

3 钻孔位置变化量的定量分析

3.1 工务应力放散定量分析

以直线地段更换长轨为例，根据工务放散量的计算公式：

式中：L为钢轨的长度（m）；T1为预计放散后的锁定轨温，由工务部门事先确定；T2为放散作业开始时的轨温。

2018年11月14日，在渝怀线松桃站自东向西（东龙口至西龙口）更换了1 000 m的长轨，预计放散后的锁定轨温T1取32℃，T2取8℃，那么本次钢轨的放散量为0.0118×1 000×（32-8）=283.2 mm，即钢轨位置最大的变化量有283.2 mm。该值的确定对钻孔位置影响较大。

对于电务来说，需要得到每个电容、每根ZPW-2000轨道引接线钻孔位置的变化量。因此根据上述计算，将放散量进行均匀地分布，可得知对于1 000 m长的钢轨，每百米的放散量为28.32 mm。若第1个电容（引接线）距离东龙口100 m，那么每个电容（引接线）的钻孔位置在换上待换钢轨并锁定后，会向西变化，且变化量依次为：28.32 mm、56.64 mm、84.96 mm……也就是说，在待换轨上进行钻孔时，钻孔位置需要依次按照上述变化量向东预留。由工务放散量的计算公式，直线地段距东龙口X处钻孔位置变化量为

3.2 曲线地段定量分析

相比直线地段，曲线地段换轨稍显复杂。先不考虑放散量，设r为既有钢轨曲线半径，r1为待换钢轨曲线半径，L1为待换钢轨在此曲线地段的长度。因是自东向西大机更换长轨，所以其位置最大变化量为

进而看出距东龙口X处钻孔位置的变化量为：ΔLX=840×X/r；曲线内侧的钻孔位置将向东变化（r＞r1），曲线外侧则向西变化（r＜r1）。如曲线地段更换800 m长轨，曲线地段半径为1 000 m，可知θ=0.8。设温度参数和前述直线地段一致，若先不考虑放散量，那么更换钢轨后，处于曲线内侧的待换钢轨会向东变化，且其最大变化量为

综合考虑放散量（800 m钢轨在T1取32℃，T2取8℃的放散量为226.56 mm），那么处于曲线内侧的待换钢轨位置最大变化量为

对应每百米的变化量为

445.44/8 =55.68（mm）。而处于曲线外侧的待换钢轨位置会向西变化，其最大变化量为

672+226.56 =898.56（mm）

对应每百米的变化量为

898.56/8 =112.32（mm）。

根据以上计算，对应处于曲线内侧的每个电容、引接线（设每100 m有一个电容或引接线，且第1个电容距离东龙口的距离为100 m）处的待换钢轨钻孔位置，向东的变化量依次为：55.68 mm、111.36 mm、167.04 mm……而处于曲线外侧的每个电容（引接线）处的待换钢轨钻孔位置会向西变化，其变化量依次为：112.32 mm、224.64 mm、336.96 mm……

由此可以看出，曲线地段钻孔位置变化量的确定方法为：

处于曲线内侧的钻孔位置变化量为

而于曲线外侧的钻孔位置变化量为

X为钻孔位置距东龙口的距离，单位为m；r为曲线半径，单位为m；当变化量计算结果为负值时，表示向东变化。

3.3 直线与曲线混合地段变化量定量分析

对于更换钢轨的区域既有直线地段又有曲线地段的情况，可以先将该换轨地段分解成为若干个曲线和直线地段，分别计算其位置变化量；然后根据所处地段位置，依次自东向西累加前一段的变化量，这样就能得到每个钻孔位置的变化量。

如一次更换1 800 m的钢轨，前1 000 m为直线区段，后800 m为曲线区段，曲线半径为1 000 m。根据上述计算可知：前1 000 m直线地段的钻孔位置的变化量和前述直线地段一致，而后一段曲线地段中处于曲线内侧钻孔位置的变化量为：

处于曲线外侧钻孔位置的变化量为：

4 现场实施注意事项

4.1 相关准备工作

现场实际实施时，需提前调查好更换长轨地段的参数，包括曲线半径、曲线长度、直线长度等；施工点下达后，电务部门根据当时天气特点，确定好气温T2，T1可直接通过工务部门获得，且携带好必要的测量工具及记号笔。

4.2 长轨焊缝处的考虑

若计算出来的钻孔位置位于长轨的焊缝处前后400 mm范围内，根据工电结合部文件相关规定，属工电结合部A类问题，需适当调整，向前或向后移动，一定要避开在焊缝前后400 mm范围内钻孔。

5 实施效果验证

根据上述计算方法，先后在渝怀线的沙坝站、普觉站、兰桥站等更换长轨施工中进行了充分验证，钻孔位置适当。与传统方式相比，节省时间约50 min，提高了配合效率和设备质量，为以后配合工务线路大机捣固施工，减少了电务配合的工作量（基本不需要对线路引接线和电容进行绑扎了），提高了电务劳动效率。