跨区间无缝线路的设计

跨区间无缝线路的设计

跨区间无缝线路既能明显地提高轨道的平顺性，提高列车速度，增强旅客乘车的舒适度，又能减少钢轨的病害和维修工作量。本文着重介绍了跨区见无缝线路的设计方法及养护维修。

标签：跨区间无缝线路锁定轨温养护维修

1、引言

用具有相当长度的焊接长钢轨代替普通标准钢轨的轨道称为无缝线路。无缝线路是现代铁路轨道普遍采用的结构形式，由于无缝线路可以消除普通轨道条件所持有的钢轨接头，克服钢轨结构所带来的台阶、折角等不平顺对行车速度限制，因此得到普遍应用。随着高速、重载铁路的发展，要求强化铁路轨道结构提高线路的平顺性和稳定性，消除现有一般无缝线路的缓冲区和道岔钢轨街头的影响，实现线路的无缝化。把焊接轨条长度延长达整个区间或跨区间，并与道岔焊联成一体，轨条之间直接传递纵向力和位移，这种超长轨条的无缝线路称为区间无缝线路或跨区间无缝线路。

目前，我国高速铁路特别是客运专线铁路已经进入大规模建设阶段，无缝线路能明显地提高轨道的平顺性，提高列车运行速度，增强旅客乘车的舒适度，又能减少钢轨的病害和维修工作量，延长钢轨及轨枕等配件的寿命，降低养护维修费用，因而得到广泛应用，今后，随着我国国民经济的持续发展，铁路运量的稳定增长，我国无缝线路还会有新的发展。

2、无缝线路轨条的布置

根据无缝线路原理，焊接轨条的长度可以不受限制，但实际中由于线路上各个地段的轨道受力条件不同和线路结构的特殊要求，在一些部位的长轨条需要断开，而某些部位不能设置长轨条接头，例如在特大桥梁地段，由于桥梁的伸缩作用，轨道受力较为复杂，轨条的布置和扣件布置要结合考虑，需要作专门设计；在连续梁的活动端要设置温度调节器；在小半径曲线地段，由于钢轨磨损严重，钢轨使用寿命短，目前仍不宜铺设无缝线路；在运营的自动闭塞区间信号机处，要设置绝缘接头；车站前后道岔区因轨道的结构较复杂，在未铺无缝道岔时仍不铺设。所以当无缝线路在上述地段，长轨条都需要断开，而在一些重要的平交道口处，又不宜设置无缝线路的伸缩区和缓冲区等等。因此在无缝线路设计时，应考虑到线路的平纵面条件和轨道结构的特殊要求，参照《无缝线路铺设及养护方法》规程中的有关规定来布置长轨条是十分重要的。

以往中国无缝线路的一根焊接长轨条长度一般为1000m～2000m，特殊情况下不得短于150m。近年来，由于科学技术的发展，铁路上应用先进技术，如绝缘接头采用胶接接头方法（参见特种钢轨接头），同时改善了铺设施工技术，在一些有条件的线路地段铺设一根长轨条的长度可达几十公里或上百公里，甚至更

长，使无缝线路的优点得到更大的发挥。

轨节单元的焊接接头应尽量出现在过渡段范围内、桥台前后各50m、跨度>64m桥跨的两端各30m范围内、隧道内距隧道口200m范围内等这些轨温变化较大、钢轨承受较大附加纵向力的地方。

3、锁定轨温设计

无缝线路结构的特性与普通铁路主要不同点是把标准轨焊接成长轨条，在铺设无缝线路时长轨条被固定后，当轨温变化时，长轨条将受到接头阻力和线路阻力的抵抗，不能自由伸缩，在钢轨内部产生巨大的温度力。根据力学原理，温度力的大小与钢轨的断面大小和轨温的变化幅度有关，而与轨条的长度无关。所以在某一地区（年轨温变化幅度是确定的），对于一定的轨道结构类型来说，只要在其合理的设计锁定轨温范围内进行锁定，当夏季升温时，轨道承受最大温度压力不胀轨跑道（即不丧失稳定），冬季降温时，轨道承受最大温度拉力，钢轨不断裂，焊接长轨条的长度可以无限长。因此，在铺设无缝线路前必须进行设计，锁定轨温的设计必须保证在最高和最低轨温下无缝线路保持稳定，轨道不出现超应力，为此须作稳定性和强度检算，根据检算结果，计算无缝线路的允许温升和允许温降，并确定锁定轨温及其间隔。

一根长度为L可自由伸缩的钢轨，当轨温变化△t℃时，其伸缩量为：（1）

如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力为：

由式（3）和式（4）可以看出，钢轨被完全固定后所产生的温度应力，仅与轨温变化幅度△t成直线比例关系，而与钢轨长度无关，降低钢轨内部温度应力值的关键，在于如何控制轨温变化幅度△t。

影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密切关系。据观测，最高轨温Tmax要比当地的最高气温高20℃，最低轨温Tmin与当地的最低气温大致相同。

降低钢轨内部温度应力的关键，在于适当控制轨温的变化幅度△t，而△t 的计算依据则是无缝线路的锁定轨温Tsf。因此，不能在任意轨温条件下铺设锁定无缝线路。一般取较中间轨温略高的轨温作为无缝线路的设计锁定轨温。这样，既能使钢轨所受的温度压力和拉力大致相等，又能照顾不受过大的温度压力，引起胀轨跑道。

设计锁定轨温确定后，应对桥上无缝线路的强度、稳定性和断缝，以及对道岔区无缝线路的强度、稳定行和伸缩位移等进行检算。桥上无缝线路检算应根据桥梁类型、轨道结构等计算桥上无缝线路的伸缩力和挠曲力；道岔区无缝线路应计算基本轨附加纵向力，具体检算分别按轨道强度理论、稳定性理论和相应规定进行。

4、无缝线路的铺设

无缝线路铺设有两种方法，即一次铺设法和换铺法。一次铺设法要求轨道的基础路基和道床必须稳定后才能铺设。这种方法常在一些国家的高速高等级铁路建设中采用。一次铺设法中有两种铺设施工方式：一种是长轨排铺设法，一种是单根轨枕铺设法。

长轨排铺设法是将长钢轨及轨枕预先组装成长轨排，采用专用机械运送、铺设，在现场临时联接成轨道后上碴起道，经机械化整道焊联，放散温度力，然后锁定成为无缝线路。

单根枕轨铺设法是先将在基地焊接好的长轨条运、散放在工地上，再用铺枕机铺枕，同时将长轨条收放到轨枕上组装成轨道，经机械化整道，焊联、放散温度力，然后锁定成无缝线路。

换铺法一般是既有线大修作业道床稳定后换成长钢轨，铺设过程是预先把长轨条卸在轨道两边的碴肩上，线路封锁后，用特制的换轨小车把原来的普通钢轨换成焊接长钢轨。换轨小车由一台轨道车和两台小车组成，将原有钢轨接头拆除，联上长轨，接头拧紧，而原轨和长轨分别穿插在两台小车上，由轨道车牵引以约3km/h速度行进，直到长轨条的另一端从换轨小车退出并与线路上的接头联接上，而换下的钢轨全部落在轨道中心，随即全面锁定线路，并记录锁定时的轨温，换轨工作完成。如果此时的轨温不在设计锁定轨温范围，则必须按设计要求放散温度力后重新锁定。

5、无缝线路的养护维修

无缝线路由于承受巨大温度力，要求在任何情况下都必须保持线路的稳定和状态的完好。这就必须最大限度地提高和保持线路阻力，并保持原有锁定轨温不变，从而防止胀轨跑道和减少钢轨折断事故的发生，使列车能以规定的速度安全、平稳和不间断运行。

无缝线路的养护维修不仅要遵守普通线路的有关规定，还必须满足针对无缝线路特点而提出的一些特殊要求。

首先，按轨温进行作业。温度力是使轨道发生胀轨跑道和断轨的破坏力，而维修作业中的起道、拨道、清筛道床等均应降低作为这一破坏力的对立面的道床阻力，因此，对无缝线路维修作业项目及其工作范围，需按轨温变化幅度的大小进行划分。

第二，力求少破坏道床阻力。维修作业在一定程度上破坏了道床的原有状态，不仅会降低道床的纵横向阻力，而且还不能立即恢复到原有的数值，因此，在高温季节进行作业时，不但要考虑到作业时的轨温不超过规定值，也要顾及作业后，轨温继续升高，但阻力尚未恢复的条件下，不发生轨道失稳的情况。还必须考虑