无缝线路养护维修作业方法研究Word格式文档下载.docx
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温度应力式普通无缝线路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。
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。
温度应力式无缝线路结构简单，铺设维修方便，因而得到广泛应用。
对于直线轨道50kg/m和60kg/m钢轨，每千米配量1840根混泥土枕，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100℃和108℃。
放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和定期放散式2种，适用于年轨温差较大的地区。
自动放散式是为了消除和减少钢轨内部的温度力允许长轨条自由伸缩，在长轨两端设置钢轨伸缩接头。
在大桥上、道岔两端为释放温度力，铺设自动放散式无缝线路，在长轨两端设置伸缩调节器。
定期放散温度应力式无缝线路的结构形式与温度应力式相同。
根据当地轨温条件，把钢轨内部的温度应力每年调整放散1～2次。
放散式，松开焊接长钢轨
的全部扣件，使它自由伸缩，放散内部温度应力，应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。
在前苏联和我国年温差较大的地区曾试用过，目前
已很少使用。
现今世界各国主要是采用温度应力式无缝线路，是本章介绍的重点。
根据无缝线路铺设位置、设计要求的不同，可分为路基无缝线路（有碴或无碴轨道）、桥上无缝线路、岔区无缝线路等；
根据无缝线路轨条长度、是否跨越车站，可分为普通无缝线路和跨区间无缝线路；
根据长钢轨接头的联结形式，可分为焊接无缝线路和冻结无缝线路（又称为“准无缝线路”）。
第二章钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系
无缝线路的特点是轨条很长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部会产生很大的温度力。
为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨内温度力及其变化规律。
为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。
一根长度为
可自由伸缩的钢轨，当温度变化Δt时，其伸缩量为
（2.1）
式中
──钢轨的膨胀系数，11.8×
/℃;
──钢轨长度（mm）；
Δt──轨温变化幅度（℃）。
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。
根据胡克定律，温度应力σ
为
σ
=E
=
（2.2）
式中E──刚的弹性模量，E=2.1×
MPa;
──刚的温度的应变。
将E,
的值代入式（2.2），则温度应力为
σ
=2.1×
×
11.8×
=2.48
（MPa）
一根钢轨所受的温度力P
P
（N）（2.3）
式中F──钢轨断面面积（mm
）。
公式（2.1），（2.2），（2.3）即为无缝线路基本公式。
由此可知：
（1）在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温幅度变化有关，而与
钢轨长度本身无关。
因此，从理论上讲，钢轨可焊成任意长，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
。
（2）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。
如轨温变化1℃所产生的温度力，对于75，60，50kg/m钢轨分别为23.6，19.2，16.3kN。
（3）无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度
、轨长
有关，与钢轨断面面积无关。
为降低长轨条内的温度应力，需选择一个适应的锁定轨温，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。
锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。
钢轨温度不同于气温。
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。
根据多年观测，最高轨温
要比当地的最高气温高18～25℃，最低轨温
比当地的最低气温低2～3℃。
设计时通常取最高轨温等于当地最高气温加20℃最低轨温等于最低气温。
最高气温与最低气温根据当地有史以来的气象资料确定。
第三章跨区间无缝线路设计概述
第一节跨区间无缝线路发展简况
跨区间无缝线路是在完善了桥上无缝线路、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个区间甚至几个区间（包括道岔、桥梁、隧道等）都焊接（或胶接、冻结）在一起，取消缓冲区的无缝线路。
是与高速重载铁路相适应的轨道结构。
根据无缝线路受力原理，理论上讲无缝线路的轨条长度可以无限长。
目前在普通无缝线路上，由于各种原因，轨条长度一般在1500m左右。
由于现有无缝线路仍存在着缓冲区，无缝线路的优越性还没有充分发挥。
以我国现有约2万多千米无缝线路为例，按每段无缝线路4根缓冲轨长约100m计，则在这2万余千米的无缝线路中仍有1000多km为有缝线路，在这些地段每年养护维修工作量很大。
同时缓冲区的存在对无缝线路的受力状态也有不良的影响。
随着高速重载运输的发展，要求必须强化轨道结构，全面提高线路的平顺性和整体性。
为此要求把缓冲区消除，无缝线路轨条延长，甚至与道岔焊连成一体，称为跨区间无缝线路。
跨区间无缝线路最大限度地减少了钢轨接头，实现了线路的无缝化，消除了缓冲区和伸缩区的影响，这是当代无缝线路的重要发展。
早在20世纪70年代，各发达国家的无缝线路就大力向跨区间超长方向发展。
在一些温差较小的国家，有的铁路全线都铺设成无缓冲区的无缝线路。
德国铁路在1992年就有92.3%的轨道铺设了跨区间无缝线路，其中无缝道岔约有10万组。
日本靑函隧道在12‰的坡道上所铺设的无缝线路长轨条长达53.78km。
法国巴黎至里昂速度300km/h的新干线，轨道采用了60kg/m钢轨跨区间无缝线路。
这些成就已成为20世纪轨道结构技术进步的突出标志。
到1999年末，我国已铺设无缝线路数量达27310km，占正线总延长的33.9%，并从理论和运用实践上积累了较成熟的经验。
为了适应重载高速铁路运输的发展，从1993年开始，我国先后在京山、京广、大秦线上铺设了4处轨节长度为20km的跨区间无缝线路实验段。
京山、京广线实验段采用进口的60kg/m全长淬火轨，大秦线铺设的75kg/m轨采用了TK-Ⅲ型混泥土枕和无螺栓新型扣件，为
我国发展跨区间无缝线路提供了科学实践的依据。
之后，各铁路局竞相铺设跨区
间无缝线路，使其数量猛增。
截至2004年底，各提速线上均铺设有跨区间无缝线路，最长的一段为223.1km。
第二节跨区间无缝线路的特点
跨区间无缝线路从本质上说与普通无缝线路没有什么区别，但其在结构、铺设、养护维修等方面也具有不同的特点，并带来很多新的技术问题。
1．用胶接绝缘接头替代原来缓冲区的绝缘接头。
整体性好、强度高、刚度大、绝缘性能好、寿命长、养护少的胶接绝缘接头的研制成功是跨区间无缝线路得以发展的重要保证。
对这种胶接接头的使用寿命要求应该达到与基本轨同步的水平。
而法国在东南高速铁路和大西洋沿岸高速铁路使用了无绝缘轨道电路，德国在诺威—维尓茨堡和曼海姆—斯图加特2条铁路上使用了音频式无绝缘轨道电路，均为跨区间无缝线路的发展创造了条件。
2.道岔无缝化技术。
无缝道岔除完成普通道岔的转向和跨越功能外，尚
需传递两端线路数以百吨计的温度力。
道岔里侧轨线两端的受力状况不同，其一端承受巨大的温度力，而另一端近似为自由端（尖轨或可动心轨），相当于普通无缝线路的伸缩区。
为了控制尖轨或可动心轨的位移以便保证转换要求，通常在尖轨及心轨跟端设置相应的传力部件，与岔枕等部件一起，使里侧轨的温度力向基本轨传递，致使基本轨承受附加温度力。
因此无缝道岔内各轨条间存在极为复杂的承载力、传力、和位移关系。
而且由于长轨条在列车制动与启动较多的线路区段、长大坡道或变坡点附近，容易产生不均匀爬行的现象，这种爬行一般会受到道岔的阻碍作用，导致道岔的受力变形规律更为复杂。
如何弄清并掌握无缝道岔中钢轨受力与变形的复杂关系，是无缝道岔设计、铺设和养护的难点。
3.跨区间无缝路线的焊接和施工。
跨区间无缝线路由于施工技术条件和运营条件所限，不可能在一个天窗时间内一次铺设完成（一次仅能铺设1~3km），只能把它的无缝线路分成若干单元轨条。
通常把一次铺设的轨条长度叫单元轨条。
道岔也作为一单元，对两单元间的焊接必须在线路上进行。
而且要求每单元长轨在焊连后的锁定轨温相同，这就需要配备有较大拉伸能力的焊接设备或性能
良好的拉伸机。
由于超长无缝线路不是一次完成铺设，要使整个轨条温度力均匀，既锁定轨温一致。
在铺设施工中，如何组织施工队伍，安排是供程序，使得铺设、焊接、放散应力、锁定等工作有序进行，且保证锁定轨温符合要求，这就成为施
工中一个关键问题。
4.跨区间无缝线路的维修养护方法。
如前所述，跨区间无缝线路的基本原理与普通无缝线路是一样的，因此，原有的普通无缝线路维修养护方法还适用。
但现有的普通无缝线路存在缓冲区，如对无缝线路进行较长区段的破底清筛，或抽换轨枕作业，尤其进行大修作业或出现温度力不均匀等情况时，往往可以放散应力后施工，超长无缝线路实施起来就比较困难，这时作业的轨温条件可能就会控制的很严，同时应配备有快速切割、拉轨方便、焊接简便等相应的设备，便于处理各种紧急情况。
另外在道岔区钢轨受力状态较为复杂，而道岔的各种部件和各部位的尺寸要求也较严，在有温度力状态下如何作业尚没有经验。
这些都有待进一步研究和实践总结。
5.冻结接头技术。
在焊接条件不具备而又希望消灭轨缝时，有事采用冻结接头。
施必牢公司提供的全螺纹自锁紧防松螺母，愈高强度螺栓配合使用，可实现高强度冻结接头，在无缝道岔、缓冲区上推广应用具有现实意义，施必牢防松螺母之所以能够自锁，是因为它在螺母的底径上有一30°
锥面，而螺栓上阳螺纹的形状仍保持标准的三角形。
当螺母拧紧在螺栓上或螺栓旋紧在螺母中时，阳螺纹的牙顶紧紧地契入阴螺纹牙根的30°
锥面上，从而产生很大的锁紧力，并且是全螺纹锁紧。
6.桥上无缝道岔技术。
随着跨区间无缝线路的应用和发展，在一些线路上因受地形等条件的限制，部分车站咽喉区的道岔不得不置于桥梁上，形成桥上无缝道岔，此外在城市轻轨的高架车站上，也存在无缝道岔位于桥梁上的情况。
我国尚未在桥上铺设过无缝道岔，对于桥梁与无缝道岔的相互作用关系尚无理论与实践经验，目前正在应用桥上无缝线路、无缝道岔技术，以期解决技术难题。
第四章无缝线路养护维修
为保持无缝线路有足够的强度、稳定，防止胀轨跑道和钢轨折断，确保列车安全运行，其养护维修工作除必须遵守有关的特殊规定外，还要根据线路状态、季节特点、实际锁定轨温等，合理安排作业内容。
第一节无缝线路养护维修的基本原则和要求
一、无缝线路养护维修的基本原则
无缝线路养护维修工作的实质，除保持轨道几何尺寸经常处于良好状态外，还要最大限度提高和保持线路的各种阻力，防止胀轨跑道和钢轨折断，确保列车安全运行。
因此，在安排养护工作时，必须掌握以下原则：
（1）无缝线路应在设计锁定轨温范围内锁定。
线路锁定后，则养护维修作业不应当改变其锁定轨温。
（2）实际锁定轨温如与设计锁定轨温范围不符，或实际锁定轨温变动后，若超过设计锁定轨温范围，应调整或放散应力，使实际锁定轨温在设计锁定轨温范围内。
（3）安排养护维修工作时，必须按实际锁定轨温确定各项作业的轨温条件。
（4）无缝线路的伸缩区与固定区交界处、道口两端、钢桥桥台两端、机车制动地段、小半径曲线地段、边坡点附近等为容易出现温度力峰值的薄弱地段，应加强线路结构，对有关作业规定应从严要求。
（5）在进行综合维修、成段更换混凝土轨枕、破底清筛、应力放散与调整、更换缓冲轨、螺栓涂油、全面拨正曲线、拆开接头或其他冬季作业时，要注意钢轨长度变化。
（6）要特别注意伸缩区和缓冲区的养护工作。
二、无缝线路质量状态的基本要求
为保证无缝线路有足够的强度和稳定性，使设备经常处于良好状态，无缝线路的养护维修工作，应在保持普通线路质量标准的基础上，满足下列要求：
（1）要经常保持无缝线路的锁定轨温准确、可靠，符合设计规定。
（2）必须切实锁定无缝线路（包括伸缩区和缓冲区）。
避免长轨条出现不正
常伸缩而局部改变锁定轨温，固定区每百米爬行量不得超过10mm。
（3）经常保持线路方向良好，对钢轨硬弯要矫直。
焊缝要保持平顺，用1m直尺测量，矢度不得超过0.5mm。
（4）接头螺栓要经常保持紧固状态，在无缝线路地段不得使用普通螺栓，缓冲区的钢轨接头必须使用6孔夹板和10.9级高强度螺栓，扭矩应达到900N·
m，最小不得低于700N·
m。
轨缝应符合设计要求，绝缘接头轨缝不得小于6mm，并应广泛采用胶接绝缘接头。
（5）混凝土枕地段，应采用弹条扣件和厚度为10mm的大胶垫；
木枕地段应采用分开式扣件；
混凝土宽枕地段，可根据需要采用大调高量弹条扣件。
扣件扭矩不良率应符合标准。
（6）防爬设备应齐全、作用良好。
固定区：
混泥土枕弹条扣件地段可不安设防爬器，其他扣件地段根据需要安装，木枕地段，每12.5m安装4组（正反方向各4对）防爬器，支撑24个。
伸缩区和缓冲区：
混凝土枕弹条扣件地段可不安设防爬器，其他扣紧或木枕地段，每12.5m安装4组（正反方向各4对）防爬器，支撑24个。
（7）每段无缝线路设置钢轨位移观测桩5~7对。
如固定区较长，可适当曾加对数。
其中，固定区中间点一对，伸缩区始终点各一对，其余设在固定区。
跨区间和全区间无缝线路（指轨条长度跨越车站道岔和只跨越闭塞分区的无缝线路）的钢轨位移观测桩，以单位轨条（一次焊联的轨节长度）为单位设置位移观测桩。
单元轨条长度大于1200mm时，设置7对位移观测桩（单元轨条起、讫点，距单元轨条起、讫点100及400m和单元轨条重点各设置1对）；
单元轨条长度不大于1200m时，设置6对位移观测桩（单元轨条中点不设）。
无缝道岔在岔首、限位器、岔尾处各设1对观测桩。
多组焊联的无缝道岔，当道岔间距小于50m时，在两道岔距离中心设中间观测桩。
钢轨位移观测桩必须预先埋设牢固，在长钢轨两端就位后，立即进行标记，标记要明显、耐久、可靠。
（8）道床经常保持饱满、密实、排水良好。
道床顶面宽度不少于3.4m，道床碴肩可以堆高150mm，以提高道床横向阻力。
（9）路基翻浆、下沉以及其他影响线路稳定的病害应及时整治。
第二节无缝线路实际锁定轨温的测定
由于列车的冲击震动和养护维修作业的影响，线路的原锁定轨温会发生不同程度的变化。
我们把实际存在的锁定轨温称为实际锁定轨温。
在养护维修作业中，如果不掌握实际锁定轨温，仍按铺设时的锁定轨温进行作业，虽然表面上作业不超过规定的轨温条件，而实际上已经超过轨温条件，造成胀轨跑道或钢轨折断的隐患。
所以，在养护维修时必须按实际锁定轨温掌握作业。
为了及时掌握锁定轨温的变化，摸清实际锁定轨温的大小，必须对钢轨位移情况进行定期检查和分析。
当前测定实际锁定轨温尚无很精确的办法，普遍采用的方法是观测钢轨的纵向。
如果各观测桩处钢轨的位移方向和位移数值是一致的，说明钢轨内的温度力是均匀的，如果各观测点（固定区）的爬行量不一致，则说明固定区内的钢轨温度力已经重新分布，各处的实际锁定轨温也是不均匀的。
实际锁定轨温与铺设时锁定轨温的变化值，可用下式计算：
（4—1）
──实际锁定轨温与铺设时锁定轨温的差数（℃）；
──两观测桩爬形量之差（mm）；
──钢轨线膨胀系数，取0.0118mm/（m·
℃）；
──两观测桩距离（m）。
某区段无缝线路铺设时的锁定轨温为22℃，由于列车冲击振动和作业的的影响，线路左股爬行情况如表4—1所示。
表4—1实际锁定轨温计算表
观测桩编号
1
2
3
4
5
6
7
桩距（m）
75
100
350
爬形量（mm）
48
30
25
-5
-23
锁定轨温变化
-4
+6
-29
表中2号～6号桩为固定区，线路完全锁定时，其各桩处钢轨位移量应为零。
现因列车冲击震动和作业影响，各桩出现了不均匀爬行量，说明钢轨温度力分布不均匀，锁定轨温发生了变化。
例如在2号～3号桩之间，钢轨位移为25～30mm，
观测桩之间的钢轨相互受到压缩，相当于实际锁定轨温比铺设时的锁定轨温有所降低，将钢轨位移值代入式（4—1）有
-4℃
也就是实际锁定轨温变化为（22—4）℃=18℃。
同理可计算出其他地段的实际锁定轨温度变化值。
第三节无缝线路养护维修作业规定
无缝线路在进行维修作业过程中，线路要受到一定程度的破坏，线路阻力、轨道框架刚度会相应降低。
即使作业后回复了线路，线路阻力也不能达到作业前的数值。
所以，为了保证线路在作业过程中不至于发生胀轨跑道或折断刚轨的事故，要对作业的内容和作业范围进行控制。
为确保作业的绝对安全，要严格控制作业时的轨温，使其与实际锁定轨温相差度数不超过允许限度（温度力不至影响线路的稳定性）。
为此，无缝线路作业必须严格执行«
铁路线路维修规则»
的有关规定。
（1）混凝土枕（含混凝土宽枕）无缝线路维修作业的轨温条件，按表4—2和表4—3掌握。
表4—2混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件
作业项目及作业量
作业轨温范围
线路条件
连续扒开道床不超过25m，起道高度不超过30mm，拨道量不超过10mm
连续扒开道床不超过50m，起道高度不超过40mm，拨道量不超过20mm
扒道床、起道、与普通线路相同
直线及R≥2000m
±
20℃
＋15℃
－20℃
10℃
800m≤R＜2000m
＋10℃
－15℃
5℃
400m≤R＜800m
＋5℃
－10℃
注:
作业轨温范围按实际轨温计算
表4—3混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件
-20℃以下
20℃～-10℃
-10℃～+10℃
+10℃～+20℃
+20℃以上
改道
与普通线路同
禁止
松动防爬设备
同时松动不超过25m
同时松动不超过12.5m
更换扣件或涂油
隔二松一、流水作业
方正轨枕
当日连续方正不超过两根
隔二方一，方正捣鼓，恢复道床，逐根进行（配合起道除外）
更换轨枕
当日不连续更换
当日连续更换不超过两根（配合起道除外）
更换接头螺栓或涂油
逐根进行
更换钢轨或夹板
8
不破底清筛道床
逐孔倒筛夯实
9
破底清筛道床
10
矫直硬弯
（2）混凝土枕（含混凝土宽枕）无缝线路，当轨温在实际锁定轨温减30℃一下时，伸缩区和缓冲区禁止进行维修作业。
（3）木枕地段无缝线路作业轨温按表4—2和4—3规定减5℃，当轨温在实
际锁定轨温减20℃以下时，禁止在伸缩区和缓冲区进行维修作业。
（4）跨区间无缝线路的无缝道岔，在尖轨及其前方25m范围内综合维修，
作业轨温必须控制在实际锁定轨温±
10℃范围内。
（5）凡进行影响无缝线路稳定性的维修作业，必须测量轨温，检查钢轨位移情况，切实按作业轨温条件作业。
作业过程中因注意：
①起道必须有足够的道碴，起道前要拨正线路方向；
②起、拨道机具不得安放在铝热焊缝上；
③列车通过前，起道要顺坡捣固，拨道要拨顺；
④扒开的道床要及时回填饱满和夯实；
⑤为确保行车安全，在进行无缝线路作业时，应做到“一准、二清、三测、四不超、五不走”。
即掌握实际锁定轨温要准确，维修作业半日一清，临时补修作业一撬一清，作业前、作业中、作业后要实测轨温，作业不超温，扒碴不超长，起道不超高，拨道不超量，扒开道床不填不走，作业后道床不夯拍不走，不组织回检不走，质量不合格不走，发生异状不处理不走。
第四节无缝线路维修设计和季节性工作
一、无缝线路维修计划安排
⒈无缝线路应根据季节特点、锁定轨温和线路状态合理安排全年维
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