某城市地铁1号线换轨项目总计线路长度4000m，要使用50kg/m 25米全长淬火U71Mn钢轨128根（3200米，双股）和60kg/m N型25米全长淬火U71Mn钢轨192根（4800米，双股）。其中JD14、JD16、JD25、JD28、JD33曲线换轨线路为无缝线路，无缝线路总长2400m，需要采用铝热焊方式焊接300处；JD15、JD31曲线为有缝曲线，有缝曲线总长1600m，需要在换轨过程中改造为冻结接头无缝线路，冻结接头158处；JD14、JD15、JD16曲线线路换轨过程中需要对钢轨联结零件进行升级改造。换轨施工要根据施工流程要求进行规范作业，做好钢轨接头、长轨条换铺等工作，有序完成地铁隧道内小半径曲线线路的换轨施工。
1.地铁隧道内换轨施工的难点
地铁隧道内换轨施工的难点主要在于作业时间短、施工环境复杂两个方面。一方面，换轨施工只能利用列车停运时间进行施工作业。本工程施工区段均属于正常运行线路，需要在不中断正常运营的情况下进行换轨施工，只能利用夜间停运时间施工作业，施工时间十分有限，在短时间内要做好信号等专业的配合，在换轨过程中需对轨道结构进行完全破坏，还要在第二天列车正常运营前要恢复线路达到开通条件，作业难度很大。
另一方面，地铁隧道内施工作业空间狭小，线路及隧道壁有大量管线和专业设备，增添了施工难度。本工程施工区段处于正常运营状态，涉及的既有管线较多，施工中使用的机具和材料众多。由于隧道内作业空间有限，大型机具和材料存放困难，需要采取人工方式搬运，且在施工过程中做好既有设备管线的保护工作，存在一定的安全风险。
2.换轨施工流程及技术要点
2.1前期准备工作要点
本工程施工前期对施工现场进行勘察，标识待换钢轨位置，了解现场既有管线、设备等情况，排查现场设备，更换锈蚀严重的扣件铁垫板和失效螺栓、弹条等。为保证钢轨焊接强度，采用与旧轨同一材质的U71Mn全长淬火标准轨及厂制缩短轨。经过验收的新轨先按规定在车辆段集中存料场码放存储，在正式施工前使用轨道车、平板车转运到换轨区域。为保护既有管线设备安全，卸轨时使用固定于平板车尾部的专用卸轨辅助装置，移动钢轨沿着卸轨装置导槽缓慢下放，用卡具卡好钢轨端部并固定于既有线道床，移动轨道车使钢轨卸至排水沟内，用方木垫平。
2.2钢轨接头技术要点
本工程采用一次性更换长轨条的方法完成换轨施工，换轨施工中对无缝线路、有缝线路分别采用铝热焊、冻结接头方式进行连接施工。需要先将钢轨连接成长轨条，再采用焊接或冻结方式将长轨条与既有线钢轨连接好。
2.2.1铝热焊施工技术要点
本工程中有2400m长的无缝线路采用铝热焊设备进行焊接作业，用对轨架固定钢轨端头，施工人员以流水作业方式完成钢轨接头焊接、接头打磨、探伤等工作。铝热焊选用法焊，同种材质钢轨焊接选用Pandrol-R300规格焊剂，两种材质焊接选用Pandrol-R260规格焊剂，工艺流程详见图1。
在焊接作业前，检查铝热焊所需的工具、材料和钢轨，使用钢丝刷等工具清理钢轨端头锈垢、油污等，打磨端面至呈现金属光泽。如果钢轨轨头有压塌需进行锯轨，保证断面垂直度。检查线路水平、轨缝、轨温等情况，卸开钢轨两侧配件及接头。将钢轨端头对正，保持轨端间隙为28mm±2mm，将两端钢轨垂直、水平对正，且确保轨头内侧表面与轨肋底部同时对直，以免因钢轨端头不对正影响铝热焊接质量。
安装砂模与钢轨紧密结合，使砂模中心线与钢轨接头轴线处于同一直线上，将砂模焊筋对正焊缝，在用封箱泥压枪向砂模泥槽内持续挤出封箱泥条，用封箱泥抹严外部接缝，将砂芯烘烤干燥。在预热前准备好焊药包，确保坩埚干净无裂缝、焊药包密封干燥无结块，按要求将焊药放入坩埚内。使用加热器在规定时间预热砂模、钢轨端头，预热到600℃后停止预热。注意调整预热器喷咀角度，若出现回火、脱火现象需及时关闭燃气并用水对发热部分冷却处理。预热后，将坩埚对准浇注口，点燃焊药进行浇注，浇注完成后用跑表计时。浇注完成2min后，移走坩埚和废渣盘，然后按时拆除模具、夹具和砂模，推除多余焊料，打弯轨底凸出的焊料。推瘤后打磨钢轨表面，热打磨过程中打磨工要穿戴好防护装备，使焊头与钢轨两侧平齐。钢轨恢复到环境温度时再进行冷打磨，使焊头处隆起与钢轨表面齐平。
2.2.2冻结接头施工技术要点
本工程中有1600m长的有缝线路需要改造为无缝线路，采用冻结接头方式。冻结接头施工流程包括施工准备、螺栓防锈处理、打磨除锈、对轨、冻结接头、应力放散、复紧螺栓等环节。准备工作主要是进行位移观测桩施工，设置5对桩间距≤100m的位移观测桩，两端桩与锯轨起点/重点距离≤100m。对螺杆涂刷防锈漆并晾干，用钢丝刷对钢轨及夹板除锈，使用角向磨光机打磨，再用砂布打光，使用丙酮擦拭后涂刷防锈剂。
使钢轨接头轨缝为零，如果需要预留轨缝应控制宽度≤10mm，当轨缝超过5mm时需加入轨片。对轨完成后，扣上夹板，穿入螺栓并上紧，使螺栓扭力矩达到1100N·m。待线路恢复运行，通过5趟列车及以上时，需要对螺栓进行复紧，3d内每天检查轨缝并对螺栓进行一次复紧。
2.3长轨条换铺施工技术要点
长轨条换轨施工需要标定好钢轨更换的起点和终点，在换轨地段对轨旁设备加装防火毯等防护设施。将钢轨连接成长轨条，将待换长轨条紧靠短轨枕端部。在换轨施工前，要测定轨温情况，准备好垫轨用的滚筒等机械、工具，对换轨区域前后100m钢轨扣件T型螺栓进行紧固，精准丈量待换长轨条真实长度和既有线钢轨钻孔位置并在新轨上标出、钻孔。
根据标定的锯轨位置锯断旧轨，可用喷雾器喷淋钢轨防止涨轨，拆除旧轨两侧的扣件放置在轨枕旁，拨轨组将旧轨拨出到线路外，更换垫板垫片。然后开始新轨拨入，将焊接好的长轨条拨入承轨槽内，在轨底加垫滚筒，调整长轨条轨端位置，安装扣件及夹板。新轨拨入时预留铝热焊所需的临时轨缝，可在轨缝上加垫短轨片以保证行车的平稳度。
如果轨温满足要求，采用滚筒法放散钢轨温度应力，若轨温高于锁定轨温范围，采用喷淋方法快速降温。长轨条锁定时，相邻长轨条轨温差应≤5℃，左右股锁定轨温差应≤3℃，曲线外股轨温应≤内股。用铁锤对轨腰从固定端向伸缩端方向进行敲打，使钢轨自由伸缩，当轨温符合要求后取出轨底滚筒，使钢轨落入承轨槽，紧固钢轨扣件进行钢轨锁定。最后采用焊接或冻结方式将长轨条与原有钢轨连接。为避免列车运行震动导致钢轨翘头引发事故，可在钢轨轨头1-2m处钻孔埋设膨胀螺栓，并使用铁线捆绑固定。
铝热焊接作业完成后，对焊缝进行打磨处理，使用超声波探伤仪对焊缝进行探伤，对超出规范要求的焊缝切除重焊，最后清理好焊接现场。换轨作业完成后，将更换下线的旧轨切割成25m长度，使用轨道车、平板车等运送回车辆段内存放。在换轨施工后，需要对换轨施工质量进行检查验收，并在线路恢复正常运营后做好质量检查工作。
结语：
地铁隧道内小半径曲线线路换轨施工难度很大，需要克服作业时间短、施工环境复杂等难题。换轨施工流程大体可分为前期准备、钢轨接头、长轨条换铺等环节，需要在施工过程中规范作业，使用钢轨、轨撑和铝热焊设备、冻结接头夹板等材料机具将钢轨连接成长轨条，拆除旧轨换装长轨条，有序完成换轨施工，保证换轨施工质量。
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