无缝线路基础知识(2016)讲解

(2012版)无缝线路基础知识目录一、无缝线路基础知识介绍二、无缝线路基本原理三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算四、无缝线路养护维修五、胀轨跑道基础知识一、无缝线路基础知识介绍1.铺设无缝线路的意义（1）（定义）无缝线路就是把钢轨焊接起来的线路，又称焊接长轨条线路，因线路上消除了大量钢轨接头、轨缝，故称之为无缝线路。（2）无缝线路在长钢轨内消灭了钢轨接头，列车通过时高频冲击荷载的动态响应消除，相应地线路病害减少。（3）美国统计，无缝线路钢轨寿命延长约40%；日本铁路现采用无缝线路的钢轨(50型)更换周期由原来的400Mt延长到了500Mt。原苏联统计，通过总重500Mt以后的钢轨（P65型）抽换数降低了3倍。我国统计，无缝线路钢轨使用寿命延长1.25倍。世界各国在高速与快速客运线路上均铺设无缝线路。（4）无缝线路是当今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。因为它不仅消除了大量接头，从而具有行车平稳、旅客舒适，同时减少了机车车辆和轨道的维修费用。2.无缝线路的类型（1）按处理温度应力的方式分：①温度应力式无缝线路②放散应力式无缝线路一、无缝线路基础知识介绍散应力（寒冷地区）定期放散：一年两次放节器（桥上）自动放散：尖轨伸缩调温度应力式无缝线路长轨条标准长度钢轨长轨条缓冲区(1)结构形式：是由一根焊接长钢轨及其两端2～4根标准轨组成，并采用普通接头的形式；(2)受力状况：无缝线路铺设锁定后，在钢轨内部产生很大的温度力，其值随轨温变化而异；(3)特点：结构简单，铺设维修方便，应用广泛；(4)铺设范围：对于直线轨道，铺设50kg／m和60kg/m轨，每公里配量1840根混凝土枕时，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100℃和108℃。（2）按长轨条长度、是否跨越车站分：一、无缝线路基础知识介绍缓冲区2-4根标准轨组成伸缩区根据计算确定一般为50～100m固定区根据线路及施工条件确定最短不得短于50m①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。过去由于绝缘接头、道岔焊接、施工养护等技术原因，长轨节长度只能达到一个闭塞分区的长度，一般为1-2km，长轨节之间设2-4根标准轨作为缓冲区。由于该类型无缝线路中缓冲仍有接头存在，并不是名副其实的无缝线路。2.无缝线路的类型缓冲区单元节单元节单元节单元节缓冲区车站车站车站车站单元节单元节单元节单元节单元节单元节无缝道岔无缝道岔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，轨条长度进一步延长，将区间无缝线路长轨节与道岔焊边起来，轨条长度可达几十甚至几百公里。国外铺设无缝线路能收到节约材料、劳力、能耗等综合技术经济效果，是当今轨道结构的最佳选择，它以无可非议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来，世界各国竞相发展。我国铁路无缝线路近年来在技术上有很大进步，在数量上有较快增长。中国1915年，欧洲在有轨电车轨道上开始使用焊接长钢轨，焊接轨条长度约为100～200m。20世纪30年代，世界各国开始在铁路上进行铺设试验。到了50、60年代，由于焊接技术的发展，无缝线路得到推广应用和迅速发展。我国于1957年开始在京沪两地各铺设1km无缝线路，次年才进行大规模的试铺。1961年底我国共铺设无缝线路约150km，60～70年代对在线路特殊地段铺设无缝线路进行了理论和试验研究，并取得了成功，为在线路上连续铺设无缝线路创造了条件。至2007年，我国铁路正线无缝线路长度已达5.2万公里，占正线总长的比重达到58％。一、无缝线路基础知识介绍3.无缝线路发展概况随着轨道结构的加强、实践经验的丰富以及轨道结构理论研究的深入，各国铁路都在逐步扩大无缝线路铺设的范围，并积极地发展跨区间无缝线路。我国铁路规定：今后新建线路，条件许可时均要设计铺设无缝线路或跨区间无缝线路。一、无缝线路基础知识介绍3.无缝线路发展概况（一）钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系tll式中：α—钢轨的线膨胀系数，取0.0118mm/m/℃=11.8×10-6/℃；l—钢轨长度，mm；⊿t—轨温变化幅度，℃。无缝线路的特点是轨条长，由于“热胀冷缩”定律，当轨温升高时，钢轨要伸长而不能伸长，伸长量就会转化为压应变，在钢轨内部产生压应力；当轨温降低时，钢轨要缩短不能缩短，缩短量就会转化为拉应变，在钢轨内部就会产生拉应力。为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律。二、无缝线路基本原理一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化⊿t℃时，其伸缩量为长轨条伸缩量的计算：无缝线路实际锁定过低时，需要重新放散锁定线路。例：某段无缝线路全长为1500m，实际锁定轨温为17℃，设计要求为27℃，试求放散量为多少？解：由公式放散量＝0.0118×(设定锁定轨温－实际锁定轨温)×钢轨长可知放散量＝0.0118×(27－17)×1500＝177(mm)答：放散量为177mm。例：某段无缝线路锁定轨温为26℃，最低轨温值为－24℃，最高轨温值为＋58.4℃，50kg/m钢轨，F＝65.8cm2，求钢轨的最大温度力？利用以下公式计算温度力Pt=2.48Δt·F（N）F的单位是㎜2解：t1＝26－(－24)＝50℃，t2＝26－(58.4)＝－32.4℃，Pt＝2.48×6580㎜2×(26＋24)＝815920N答钢轨的最大温度力是815920牛。上述公式即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。可知：在两端固定的钢轨中所产生的温度力仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此理论上钢轨可焊接任意长，且对轨内温度力没有影响。控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度⊿t。对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度⊿t、轨长l有关，与钢轨断面积无关。二、无缝线路基本原理二、无缝线路基本原理靶中心就是设计锁定轨温。施工锁定轨温：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。实际锁定轨温在运营中长轨条因轮轨相作用而被碾长，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轨温的改变，（一般下降5~8℃），因此线路在运营中存在一个实际的锁定轨温。在夏季，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。规定，最高轨温等于当地最高轨温加20℃，最低轨温等于最低气温。设计锁定轨温我国有砟无缝线路锁定轨温确定方法比较成熟.其公式如下式中，te为设计锁定轨温，tmax为当地历年最高轨温，tmin为当地历年最低轨温，△td为允许温升，△tu为允许温降，△tk为中和轨温修正值。设计锁定轨温根据当地气象资料，无缝线路的允许温升和允许温，并考虑修正量计算确定。实际应用中，钢轨锁定轨温必须控制在Te±5℃范围之内。kudetttttt2][][2minmax无缝线路上的各种阻力纵向阻力横向阻力竖向阻力（三）无缝线路的各种阻力•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，称为接头阻力，它由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。根据计算无缝线路必须使用一级螺栓，扭力矩达到700～900N.m。现在高铁上已不存在。•2.扣件阻力：指各种中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移的阻力。扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。此外，列车通过时的振动，会使螺帽松动，扭矩下降，导致扣件阻力下降。为此，《铁路线路维修规则》规定：扣板扣件扭矩应保持在80～120N·m；弹条扣件为100～150N·m。•3.道床纵向阻力：•指道床抵抗轨道框架沿线路方向移动的阻力。•道床纵向阻力是由轨枕与道床之间的摩阻力•和枕木盒内道碴抗推力组成。二、无缝线路基本原理•4.道床横向阻力：指道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。这是防止胀轨跑道，保持线路稳定的重要因素，因此须保持道床的丰满并达到一定要求。如高铁上的侧向挡块、凸形挡台等•5.道床竖向阻力：使用较少。•6.轨道框架刚度：指轨道框架抵抗弯曲的能力。分为轨道框架垂直刚度和轨道框架水平刚度。在垂直面上等于两根钢轨刚度之和，在平面内等于两钢轨在水平面内的刚度与钢轨和轨枕节点扭矩总和。一般说来，中间扣件强、钢轨与枕木联接较紧，轨道框架刚度就大。（三）无缝线路的各种阻力二、无缝线路基本原理三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算分析6.隧道内距离洞口超过200m地段不设置位移观测桩（高铁）。7.其他地段位移观测桩位置不受限制。•长度大于3km的隧道口，长度大于500m的桥梁两端，单跨度大于100m的连续梁、连续刚构、提篮拱或系杆拱两端，钢轨伸缩调节器基本轨接头和距离基本轨接头100m-150m处应增设位移观测桩。•在轨条就位或轨条拉伸到位后，应立即进行标记。标记应明显、耐久、可靠。•位移观测可采用钢轨应力检测仪等检测设备测量无缝线路锁定轨温，以掌握桥头、隧道口等重点地段及锁定轨温不明的实际轨温。•应做好无缝线路钢轨位移观测，位移观测可采用仪器观测或弦线测量。累计位移量出现异常时（锁定轨温变化超过5℃），应及时查明原因，采取相应措。无缝线路钢轨位移桩应符合设置要求。三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算分析三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算分析4.无缝线路锁定轨温标记在每单元轨节起终点钢轨内侧轨腰上标注无缝线路长轨条编号、锁定轨温。5.位移观测记录顺编号方向位移为正值，逆编号方向位移为负值。三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算分析6.无缝线路锁定轨温计算分析△t=△L/α·L式中：△L——单元轨节拉伸量（ｍｍ）α——钢轨线膨胀系数0.0118（mm/m·℃）L——单元轨节长度（m）△t——设计锁定轨温与锁定轨温之差(℃)。三、无缝线路位移观测桩设置及实际锁定轨温计算分析例如：某区段无缝线路铺设时的锁定轨温是23℃，由于列车冲击震动和作业不当的影响，线路左股钢轨爬行量情况如下所示：观测桩号123456桩距（m）500500500500500爬行量（㎜）1515132-11-2锁定轨温变化量（℃）0-0.3-1.9-2.21.5在3#、4#号桩之间的钢轨位移量为2-13=-11㎜，则△t=△L/α·L=-11/0.0118×500≈-1.9℃也就是3#、4#号桩实际锁定轨温变为23℃+（-1.9℃）=21.1℃•总结规律：差值为正，钢轨伸长，锁定轨温上升差值为负，钢轨缩短，锁定轨温下降（一）基本要求应尽量采用跨区间无缝线路，设备标准满足无缝线路的设计要求；位移观测桩必须设置牢固，在轨条就位或轨条拉伸到位后，应立即进行标记。标记应明显、耐久、可靠。应坚持“动态检查为主，动、静态检查相结合，结构检查与几何尺寸检查并重”的原则，开展无缝线路的检查工作。无缝线路的管理应以一次锁定的轨条为管理单元，无缝道岔应以单组或相邻多组一次锁定的道岔及其前后200m线路为管理单元。四、无缝线路养护维修四、无缝线路养护维修•起道前要先拨正，改正线路方向，以保证起道后线路状态稳定。起道机：上股外侧，下股内侧。•严寒季节轨温在实际锁定轨温-30℃以下时，伸缩区、缓冲区禁止成段作业。•起道≯30mm、拨道≯10mm：直线作业轨温±20℃，伸缩区和R〈800m曲线作业条件应按规定轨温上下限各缩小5℃范围。•改道、更换扣件，方枕，更换接头螺栓，翻浆冒泥（不超5孔）实际轨温±20℃以上均禁止作业。•大捣机起道≮30mm，拨道≮10mm，作业轨温不超实际锁定轨温±20℃；起道31-50mm，拨道11-20mm，作业轨温不超实际锁定轨温-20℃---+15℃•垫板作业第二天扭力矩减少50%，当日复紧过3日复拧。•无缝道岔在尖轨及其前方25m范围内进行作业时，作业轨温按实际锁定轨温±10℃掌握。四、无缝线路养护维修•维修计划安排夏季硬弯轨、轨向、钢轨打磨、焊补；