无缝线路铺设的有关问题

无缝线路铺设的有关问题
范猛(2008-04-16 15:58:11)
一绪论
无缝线路是用标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称为焊接长钢轨线
路（Continuous Welded Rail Track,英文简称CWR Trark）。

无缝线路被公认为是20世纪轨道结构最突出的改进与创新。

无缝线路是轨道结构技术进步的重要标志，也是高速重载轨道的最优选择，它以无可争议的优越性为各国铁路所承认，德国、美国、英国、法国、俄罗斯和日本等国家的铁路竞相发展无缝线路。

其中德国是发展无缝线路最早（1926年）的国家。

无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道维修费用的减少，使用寿命延长等一系列优点。

有资料表明，从节约劳动力和延长设备寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约维修和30%~70% 。

我国的铁路无缝线路起步较晚，1957年才开始试铺。

随着相关技术的不断进步，进年来，我国铺设无缝线路进程明显加快，每年净增数量约达1000km，至2004年我国铁路累计铺设无缝线路39087km，区间无疑线路约13648km，跨区间无缝线路约5502km。

京广、京沪、
京哈和陇海四大干线已全部铺设了无缝线路。

城市的地下铁路、轻轨轨道也在大力以展无缝线路。

二无缝线路分类
无缝线路是采用钢厂提供的、未经钻眼与淬火的25m长度的标准轨，先在焊轨厂用接触焊或气压焊焊接成250~500m的长轨条，然后用专用的长轨运输列车运至线路铺设地点，再用小型气压焊焊接成1000~2000m或设计要求的长度，最后按轨道结构设计要求铺设到线路上。

无缝线路按钢轨内部的温度应力处理方式不同，可分为温度应力式和放散应力两种类型。

现今世界各国主要采用温度应力式无缝线路，从钢轨长度的角度看，无缝线路可分为：
1．普通无缝线路——由于自动闭塞区间绝缘接头的设置，轨条长度不跨越闭塞分区，也不跨越车站。

2．全区间无缝线路——长轨节长度为相邻两车站进站、出站信号机之间的距离，轨条长度跨越闭塞分区，在绝缘接头处采用了高强度胶接绝缘接头技术。

3．跨区间无缝线路——在全区间无缝线路的基础上，轨节长度进一步延长，将区间无缝线路长轨节与道岔焊连起来。

轨节长度可达几十里甚至几百公里。

该无缝线路以一次铺设锁定的轨节长度（单元
轨节）为管理单元，单元轨节的长度应根据线路条件、工地情况、施工工艺等因素综合研究确定，一般为1000~2000m 。

三无缝线路铺设的有关问题
3.1 各种线路阻力
线路上的各种阻力是无缝线路铺设的重要参数。

无缝线路能保持正常的各种工作状态，离不开这些线路阻力。

各种线路阻力所起的作用各不相同，其中线路纵向阻力与长钢轨的纵向阻力分布、线路爬行、钢轨伸缩有关，而横向和竖向阻力与无缝线路的稳定性有关。

3.1.1 接头阻力
在钢轨接头处，两根钢轨端部由夹板通过螺栓和螺帽拧紧，由此产生的阻止钢轨端部伸缩变化的摩阻力称为接头扣件阻力。

接头阻力由钢轨与夹板之间的摩阻力和螺栓抗剪力提供，为了安全我们只考虑摩阻力。

摩阻力大小主要取决于接头螺栓拉力P和钢轨与夹板接触面之间的
磨擦系数f0，接触螺栓拧紧后，螺栓产生拉力P，在上、下接触面上有分力，使接触面之间产生磨擦力F和正压力N，N和F的合力称为全约束反力R，即：
R＝F＋N
接头在动载作用下，阻力要下降，下降的程度与列车运行情况、轨道状态及扭矩有关。

因此，应考虑动载影响系数K，K＝1.0~1.3。

对于43、50kg/m的钢轨，T≤600N.m时，K＝1.2；T＞600N.m时，K＝1.1。

对于60kg/m钢轨T≤600N.m时K＝1.1；T＞600N.m时，K＝1.0。

为了保持必要的接头阻力，一、二、三级螺栓的扭力矩分别不应低于900、700和400N.m。

表1 接头阻力
3.1.2 中间扣件阻力
中间扣件阻力是中间扣件及防爬设备抵抗钢轨沿轨枕纵向移动的阻力，为了
防止钢轨沿轨枕爬行，无缝线路要求中间扣件阻力要大于轨枕底面的道纵向阻力。

扣件阻力由钢轨与其下垫板面之间的摩阻力和扣件与轨底顶面之间的摩阻力所行成。

摩阻力大小取决于扣件压力的大小和相关接触面的磨擦系数值。

扣件阻力的大小与扣件的类型有关，每种扣件都应达到规定的阻力值。

扣件阻力可通过实验室进行测定。

《铁路线路维修规则》规定：扣板扣件的扭矩应保持在80~120N.m；弹条扣件为100~150N.m 。

表2 扣件阻力表
3.1.2 道床的纵向阻力
道床纵向阻力是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或每延长厘米（或毫米）阻力表示。

它是抵抗钢轨伸缩，防止线路不均匀爬行的重要参数。

道床抵抗轨道框架纵向位移和阻力由轨枕与道床之间的摩擦力
和轨枕盒内道碴抗剪力组成。

道床纵向阻力值随位移的增加而增大，位移达到一定值后，轨枕盒内的道碴颗粒之间的结合被破坏，在此情况下，即使位移再增加，阻力也不再增大，在正常的轨道条件下混凝土枕位移在2mm以内，木枕位移在1~2mm以内，道床纵向阻力呈斜线增长，表明道床处于弹性工作范围内，位移超过该界限值后，纵向阻力的增长趋缓，道床临近破坏阶段。

如果轨道框架的位移超过了道床的弹性范围，轨道便产生爬行，造成钢轨纵向力的不均匀分布，危及轨道的稳定。

在无缝线路的设计中，纵向道床阻力应以轨枕位移2mm为依据。

在采用整个轨道框架中，纵向阻力将比单根轨枕大得多，对混凝土枕轨道，平均阻力可提高80% 。

道床纵向阻力值与道碴的材质、粒径级配和尺寸、道床断面形状、道床的脏污程度以及密实程度等因素有关，其中与道床的密实程度关系最为显著。

清筛等线路作业会使道床的纵向阻力下降，容易引起线路爬行，导致钢轨纵向分布不均匀，危及轨道的稳定。

因此，作业后夯实道床以增强阻力的工作非常重要。

表3 道床的纵向阻力值
3.1.4 道床的横向阻力
道床横向阻力是道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。

它是防止胀轨跑道，保持无缝线路轨道稳定的重要因素。

道床横向阻力由轨枕的两侧及底部与道床接触面之间的摩阻力和轨枕端部道床的抗剪力组成。

影响道床横向阻力的因素有：
1. 道床的饱满程度。

道床的饱满程度关系到轨枕与道碴接触面的大小及道碴之间的相互
啮合，直接影响道床阻力值。

道床越饱满，其横向阻力越大。

木枕与道碴各接触面的阻力占道床横向阻力的百分数为：枕底14%~22%，枕侧35%~53%，枕端30%~32%。

2．道床肩宽
道床肩部所承担的道床横向阻力约占总道床横向阻力的1/3。

其阻力形成于轨枕产生位移时扰动道碴，使棱体滑动，构成滑动面，该滑动面上的剪力即为这部分阻力，滑动体的大小直接影响轨枕端的阻力。

道床肩部以300mm增加到550mm,总阻力增加16%，若再加宽，阻力值就不再增大了。

适当的肩宽可能提高一定的横向阻力，但并不是肩宽越大，横向阻力就越大。

3.道床肩部堆高。

国内无缝线路广泛使用肩部堆高道碴，在滑动棱体内堆高道碴，加大了滑动体的重量，增加横向阻力。

4.道碴的种类及粒径。

不同的材质的道碴，它们之间的摩阻力也不同。

如砂砾石道床，砾石棱角圆滑，阻力值比碎石道床低30%~40%。

道碴粒径应有一定的级配，德国试验表明：粒径级配由25~65mm减少到15~30mm，道床横向阻力降低20%~40%。

3.2钢轨内的温度力与轨温。

3.2.1温度力。

无缝线路长钢内的温度应力（或温度力）与钢轨长度无关，与轨温变化有关，降低钢轨内部温度应力的关键，在于控制轨温变化。

在无缝线路的发展过程中，由于胶接绝缘接头、无缝道岔、桥上无缝线路等理论、结构设备技术以及施工和养护等技术的不断发展，轨条长度将逐渐加长，以最大限度的消灭钢轨接头。

3.2.2轨温和锁定轨温。

轨温对无缝线路的铺设至关重要，轨温由专用的轨温计来量测。

目前使用的有吸附式轨温计和红外数字轨温计等。

轨温不完全与气温相同，实测资料表明，冬季两者相接近，夏季高温季节轨温比气温高，最大差值为18~25摄氏度，轨温还受气候、风力大小、日照强度和测量钢轨部位等影响。

无缝线路的锁定是通过拧紧长钢轨两端的接头螺栓和上紧钢轨扣件实现的，无缝线路锁定时的轨温称为锁定轨温。

要使夏季长钢轨内部的温度压力和冬季的温度拉力都不大，必须选择一个合适的锁定轨温，无缝线路刚刚锁定时，轨温变化幅度为零，钢轨内的温度应力
为零。

锁定轨温是无缝线路至关重要的技术数据，掌握了锁定轨温，也就掌握了任何轨温时的轨温变化幅度，以及相应的温度力。

3.3钢轨内的温度力分布。

掌握长轨节内温度力的分布以及轨端伸缩量计算是无缝线路铺
设的基础，也是无缝道岔和桥上等特殊地段无缝线路铺设养护的基础。

无缝线路上的纵向阻力（接头阻力、扣件阻力、道床阻力）阻止钢轨随轨温变化而产生伸缩，钢轨内部随之也就产生了温度力。

温度力与线路纵向阻力随时保持平衡，这是分析钢轨内温度力分布的基本依据。

轨温反向变化后，由于情况不同，可能会出现比固定区温度力还大的温度力峰，这样在无缝线路设计物稳定计算或强度计算中必须考虑温度力峰的因素。

3.4钢轨端部伸缩量。

无缝线路长轨节中部承受着大小相等的温度力，各断面位置固定不动，钢轨不伸缩，此称为固定区。

在固定区两端的伸缩区范围内在克服道床纵向阻力过
程中，轨端实现了有限的伸缩。

为了调节伸缩区轨端有限的伸缩需要，在伸缩区两各设置2~4根短轨（一般为标准长度钢轨）作为调节轨缝之用，称之为缓冲区（或调节区）。

缓冲区的轨缝变化，包括长轨节一端的伸缩和标准一端的伸缩。

在伸缩区范围内，钢轨温度力在克服纵向阻力的过程中释放了部分的温度力，实现了钢轨的伸缩。

3.5 无缝线路长轨节的长度及布置。

3.5.1 普通无缝线路长轨节布置：
1. 长轨节条长度不应小于200m。

2. 下列地段宜单独布置长轨节，并在其两端设置缓冲区：
a. 站内线路。

b. 设有绝缘接关的每个自动闭塞区间。

c. 道岔与长轨条之间或两段长轨条之间。

d. 小半径曲线钢轨伤损严重的区段。

e. 其它特殊地段。

3. 长大隧道长轨条接头宜设在距离隧道口内侧50m处；隧道群的长轨条宜连续布置，每座隧道距离隧道口内侧500m范围，应按伸缩区要求加强锁定。

3.5.2 跨区间无缝线路和区间无缝线路的长轨条布置：
1. 跨区间无缝线路长轨条长度不受限制，区间无缝线路的长轨条长度应以车站最外道岔间的距离减两个缓冲约长度计算。

2. 长轨条由若干单元轨节组成。

区间内单元轨节长度宜为1000~2000m，最短不应小于200m，每组无缝道岔应按一个单元轨节计。

3. 下列地段宜单独设计一个或数个单元轨节：
a. 长大桥梁及两端线路护轨梭头范围内。

b. 长度超过1000m的隧道。

c. 大跨度连续梁的两端设置调节器时，单元轨节长度应与每联连续梁长度相同。

此外，缓冲区宜设置2~4对同类型钢轨，缓冲区和伸缩约不应设在宽度大于4.5m的道口上；伸缩区设在桥上时，长轨条接头宜设在护轨梭头范围能外。

单元轨节始、终端左右股钢轨接头相错量不应大于100mm。

胶接绝缘钢轨长度不宜小于12.5m.
3.6 无缝线路铺设的一般规定
1. 铺设无缝线路的桥、隧、路基等建筑物应坚实、稳定，钢度均衡，道床密实，达到相应的标准要求。

2. Ⅰ、Ⅱ级铁路采用60kg/m及以上钢轨时，应按无缝线路设计，旅客列车设计行车速度为200km/h时，应按跨区间无缝线路设计；采用50kg/m钢轨时，宜按无缝线路设计。

3. 无缝线路长轨条及缓冲区钢轨的联结应采用接头夹板和高强度螺栓。

4. 铺设无缝线路的曲线半径不宜小于400m；在半径小于400m
的地段铺设无缝线路时，应采取措施增大道床横向阻力，并进行特殊设计。

5. 在坡度在于或等于12‰的连续长大坡道、制动坡段及行驶重载列车坡段铺设无缝线路时，应采取加强措施。

6. 桥上铺设无缝线路应按铁路桥上无缝线路设计的有关规定进行设计。

四特殊地段无缝线路的铺设
4.1 桥上无缝线路。

桥上铺设无缝线路与路基上铺设无缝线路有所不高，钢轨除受温度力作用外，还受桥上附加纵向的作用。

在明桥面上，梁的这种纵向
变形将通过梁、轨之间的联结约束，使钢轨受到附加纵向力作用并产生伸缩。

在有碴桥上，道床也会对梁、轨之间的相对位移产生约束作用。

附加力的大小不仅与钢轨的扣紧的程度有关，还与梁跨、支座布置、桥跨数量以及桥梁处于无缝线路的部位（伸缩区或固定区）等因素有关。

桥上无缝线路的铺设，除了路基上设计的内定外，还应当确定铺轨扣件的扣紧方式，力求达到既能防止钢轨爬行和保证钢轨断缝不超过允许值，又能减少梁与钢轨之间相互作用力的目的。

当桥梁位于固定区时，长轨节应大于桥梁总长再加两端锁定，所以一般应不大于300m，桥头两端各75m作为锁定区以便锁定，防止桥上钢轨因不均匀爬行面产生附加力。

如果长轨节远远大于300m，除了正常伸缩区外，还要在桥头两端各加设75m的锁定区。

由于桥上存在附加力，可能会使桥上无缝线路的锁定轨温与路基上不同。

在可能的条件下，应尽量采取与路基上的无缝线路相同的锁定轨温，以便施工方便。

4.2 小半径曲线上的无缝线路.
1.最小曲线半径一般为400m，但要根据具体线路的运量，机车轨道的变化，机车轨道的变化，并考虑原轨道的磨耗情况决定。

2.轨道结构要适当加强，钢轨不低于50kg/m,，并尽量采用用淬火或低合金耐磨轨铺设。

3.按规定选择配置轨枕，道床内、外侧肩宽和堆高要按相应规定设置。

4.一个小半径曲线，最好单独铺一节长轨，伸缩区最好设在直线上。

5.为防止胀轨跑道，应控制残余变形，用5m弦测量的正矢f≤9mm。

6.合理设置轨距、超高等几何参数，并采用对曲线钢轨涂油等措施，延长钢轨使用寿命。

8.3 长大坡无缝线路。

1.一般情况下，在大坡道上铺设无缝线路不受限制，但在铺设时必须充分考虑制动力的影响，必要时需检算轨道强度及稳定性。

2.为了防止不均匀爬行的产生，必须加强防爬锁定，包括采用Ⅱ型以上混凝土枕，按规定增加轨枕根数，采用扣压力大的弹条扣件，枕盒内的道碴要保持充实、密实。

3.在长大坡度的变坡点，如果是凹形纵断面，为了防止不均爬行，长轨节应在凹形变坡点断开，设置缓冲区，缓冲区钢轨数量应比一般情况下增加2根；如果是凸形纵断面，应按规定设置曲线半径较大的竖曲线，以降低纵向压力的竖向分力。

4.加强观测桩，随时注意爬行状况，检查竖曲线半径的变化，防止不均匀爬行的积累面出现压力峰。

8.4长大隧道无缝线路。

1.无缝线路固定区应设在轨温变化小的隧道内，伸缩区可以设在洞口轨温变化较大的过渡段（一般为10~40m），缓冲区设在隧道外。

如果是隧道群，可以用一根长轨通过，但应根据隧道内外的温差，在洞口里侧50m范围内按伸缩区加强锁定。

2.隧道内轨道结构应适当加强，当隧道长L≥300m时，隧道内正线的轨枕数量应比隧道外略有增加：木枕约增加160根，混凝土枕约增加80根。

条件许可时可采用宽枕或无碴道床，钢轨应用耐腐蚀的合金轨。

3.隧道内轨道道床薄，接头钢轨及轨枕损伤严重，应当在接头处采用枕下大胶垫或高弹性轨下胶垫，还应加强钢轨的探伤检查。

8.5 寒冷地区的无缝线路。

1.无缝的温度力大，长轨节伸缩量大。

因此，根据不同情况可以采用定期放散温度应力式或温度应力式。

一般情况下，我国所有地区都可以铺设温度应力式无缝线路，接头的连接形式，在轨温差为100摄氏度的地区都可以用普通接头，但拧矩要达到1000N.ｍ。

如果条件允许，也可以用伸缩接头。

2.为了提高轨道的强度和稳定性，应对轨道进行加强，包括采用高强度钢轨。

3.路基、道床应处于完好状态，应彻底整治冻害和翻浆冒泥等病害。

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