第五节 无缝线路

第五节无缝线路

一、无缝线路特点

高速铁路正线应采用跨区间无缝线路，到发线应采用无缝线路。跨区间无缝线路是在完善了长大桥上无缝线路、高强度胶接绝缘接头、无缝道岔等多项技术以后，把闭塞区间的绝缘接头乃至整区间甚至几个区间(包括道岔、桥梁、隧道等)都焊接(或胶接、冻结)在一起，取消缓中区的无缝线路，如图2-102所示。

二、无缝线路基本原理

(一)无缝线路的类型

无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为温度应力式和放散温度应力式两种。

无缝线路铺设锁定后，焊接长钢轨因受线路纵向阻力的抵抗，两端自由伸缩受到一定的限制，中间部分完全不能伸缩，因而在钢轨内部产生很大的温度力，其值随轨温变化而异。

我国高速铁路采用温度应力式无缝线路。

(二)温度力与温度应力

1．温度力

当轨温变化时，固定区钢轨内部产生的力(拉力或压力)称为温度力。其计算式为

P1一a·E·A·△T

式中P．——温度力(kN)；

a——钢轨线胀系数，1.18×10-S／℃；

E——钢轨弹性模量，2.1×108kN／m2；

A——钢轨截面积(cm)；

△T——轨温差(钢轨温度变化值)(℃)。

例：60 kg／m钢轨，A一77.45 Cm2，Pt一19.2△T(kN)。

2．温度应力

当轨温变化时，整个钢轨断面所承受的应力，称为温度应力，其计算式为

口一d·E·△T一2．478·△T(MPa)

由以上公式可知温度应力与钢轨长度、截面面积无关。

(三)锁定轨温设计

无缝线路相邻单元轨节之问锁定轨温之差不应大于5℃，同一区间内单元轨节最高与最低锁定轨温之差不应大于10℃；左右股钢轨锁定轨温之差不应大于3℃。

1．钢轨温度

在夏季，由于太阳辐射热的作用，一般轨温比气温高10～20℃；在冬季，气温较低，气温与轨温大致相同。一般规定：最高轨温等于当地最高气温加20℃，最低轨温等于最低气温。

2．锁定轨温

为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温。在铺设无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。施工锁定轨温不一定等于设计锁定轨温，但应在设计锁定轨温允许变化范围之内。

3.设计锁定轨温

设计锁定轨温即长钢轨中和轨温，其根据线路的具体条件，通过轨道稳定性和强度计算确定。

（1）有砟轨道

路基有砟无缝线路锁定轨温可适当提高；桥上无缝线路锁定轨温可适当降低；南方地区的无砟轨道，锁定轨温范围不应过低，否则夏季钢轨温升幅度过大，导致钢轨出现碎弯的几率增加。

4．设计锁定轨温范围

无缝线路的铺设很难在设计锁定轨温下把整段长轨条锁定，因此，给定一个同时满足稳定性和强度条件的范围，即设计锁定轨温±(3～5℃)。

5．实际锁定轨温

在运营中长轨条因轮轨相互作用而被碾长，或因维修作业不当，引起长轨条不均匀爬行，都会导致长轨条施工锁定轨温的改变(一般下降5～8℃)，因此，无缝线路在运营中存在一个实际的锁定轨温。

(四)无缝线路上各种阻力

无缝线路上，阻止钢轨及轨道框架移动的阻力有纵向阻力和横向阻力。

1．纵向阻力

轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻

力、扣件阻力及道床纵向阻力。

(1)接头阻力

钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。

接头阻力由钢轨夹板问的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为了安全．我国接头阻力P H仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。

当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力F，F将阻止钢轨的位移。一根螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力P。在此情况下，接头阻力P。的表达式，可写成p H一n·P

接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关。在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是保特接头阻力的关键。扭力矩与螺栓拉力的关系可用经验公式表示，即T1一K·D·P

式中T1——拧紧螺帽时的扭力矩(N·m)；

K——扭矩系数，K：0.18～0.24；

D——螺栓直径(mm)；

P——螺栓拉力(kN)。

列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低。因此，因定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变。

(2)扣件阻力

中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大干道床纵向阻力；在一些特殊地段，如桥上、钢轨伸缩调节器基本轨的伸缩范围内，为了降低桥梁所受纵向力和保证长轨的正常伸缩，要求扣件阻力小于道床阻力。

扣件阻力是由钢轨沿轨枕垫板面之间的摩阻力和扣件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。常用扣件阻力如表2-74所示。

(3)道床纵向阻力

道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。一般以每根轨枕的阻力R，或每延厘米分布阻力p表示。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。

另外，线路的养护维修作业在一定程度上破坏道床原状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车碾压后，才能恢复到原有的阻力值。道床纵向阻力与道床密实程度关系最为显著，如表2—75所示。

由于线路维修作业会扰动道床，致使道床纵向阻力降低，只有采取限制作业轨温的方法来保证无缝线路的正常工作状态。

2．道床横向阻力

道床抵抗轨道框架横向位移阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。

道床横向阻力是由轨枕两侧及底部与道砟接触面之间的摩阻力，和枕端的砟肩阻止横移的抗力组成。其中，道床肩部占30％，轨枕两侧占20％～30％，轨枕底部占50％。道床横向阻力可