15 跨区间无缝线路.docx

15 跨区间无缝线路.docx

《15 跨区间无缝线路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《15 跨区间无缝线路.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

15跨区间无缝线路

15.跨区间无缝线路

15.1概述

15.1.1基本原理

目前，在我国铁路上铺设的无缝线路均为温度应力式无缝线路。

众所周知，长钢轨被锁定后所产生的纵向温度力Pt压，拉为：

Pt压，拉=F•E•α•Δt升，降

=248F•Δt升，降（N）（15.1）

可见，长钢轨温度压力Pt压或温度拉力Pt拉，仅与温度变化幅度Δt升或Δt降直接有关，而与钢轨长度无关。

因此，从理论上讲，无缝线路上的长轨条可以焊联成任意长度，它并不影响钢轨内的温度力，这就是发展跨区间无缝线路的理论依据。

15.1.2既有线两项关键技术

但若实现铺设跨区间无缝线路，就必须处理和解决好自动闭塞分区轨道电路绝缘和道岔无缝化这两项关键技术。

（1）普通无缝线路

我国既有铁路干线信号系统采用的是自动闭塞制式，自动闭塞区段一般为1.5~2.0km。

因此在未解决轨道电路绝缘技术之前，无缝线路在此不得不断开，一般是在长轨条之间设置2~4根缓冲轨作为缓冲区，以利长轨条的伸缩和设置绝缘接头。

这就是所谓的普通无缝线路，长轨条长也只能1.5~2.0km，即无缝线路中含有有缝线路，未能充分发挥无缝线路的优越性。

（2）区间无缝线路

由于钢轨胶接绝缘接头的成功研制及其应用，解决了闭塞分区轨道电路的绝缘技术问题，因而取消了缓冲区，可使长轨条长度延伸至全区间，于是便出现了所谓的全区间无缝线路。

（3）跨区间无缝线路

又由于对道岔区无缝钢轨受力特点和变形规律的正确把握，焊接接头与冻结接头技术的成功运用，于是从1993年起出现了所谓的跨区间无缝线路，彻底地消灭了钢轨接头，取消了缓冲区，消除了伸缩区，构成了名符其实的“无缝”线路。

15.1.3新建客运专线跨区间无缝线路

ZPW2000高频谐振式无绝缘轨道电路，取消了传统的地面通过信号制式，因而也就不需配置胶接绝缘钢轨。

因此，设计暂规规定新建客运专线正线轨道应按一次铺设跨区间无缝线路设计，所谓一次铺设跨区间无缝线路就是为了达到新线建成后即可按设计规定速度运行的目标。

为达此目标，在诸如轨道结构、路基构筑、施工装备与工艺等技术上都提出了更高的标准和更严格的要求。

因此，应正确把握跨区间无缝线路设计的相关规定、设计内容与文件组成、设计理论与方法、施工技术与装备。

15.2锁定轨温设计

15.2.1基本原理

如前所述，锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准。

因此，正确合理地设计锁定轨温是保证无缝线路运营安全的前提。

这里Pt压∝Δt升

Pt拉∝Δt降

为保证夏季高温时不胀轨跑道，确保无缝线路的稳定条件，就必须控制允许升温幅度Δt升；又为保证冬季低温时不断轨，确保无缝线路联合接头的强度条件，就必须控制允许降温幅度Δt降。

要控制Δt升、Δt降，就应根据当地气温条件设计锁定轨温，合理地搭配胀轨与断轨的可靠度，均衡地利用标准所规定的允许温升和允许温降，经认真研究后慎重确定。

由图15.1可得设计锁定轨温T锁设为：

（15.2）

图15.1设计锁定轨温的确定图

显然，在T铺上与T铺下的范围内铺设与锁定无缝线路时，都能满足轨道的强度和稳定条件。

为施工方便，一般实际铺设时，是在T铺上与T铺下之间选一合适温度T锁作为设计锁定轨温（即中和轨温），而设计锁定轨温范围为：

T锁上=T锁＋0~5℃

T锁下=T锁－0~5℃

并满足下列条件：

Δt升max=Tmax－T锁下≤Δt稳允升

Δt降max=T锁上－Tmin≤Δt强允降

跨区间无缝线路设计锁定轨温，还应综合考虑路基上、岔区及桥上无缝线路的稳定性和强度等计算结果，综合研究确定线路统一的设计锁定轨温。

为防止发生胀轨跑道，可采用增大T锁设值，T锁设可选择偏高一些，而对于年轨温差较大，Tmax出现次数又少，持续时间又很短，低温季节又较长的地区，T锁设可选择偏低一些。

由以上分析，不难理解，设计锁定轨温T锁设除与当地最高轨温Tmax和最低轨温Tmin有关外，起决定作用的是由强度条件确定的允许温降Δt强允降和稳定条件确定的允许温升Δt稳允升。

15.2.2允许温降Δt强允降

无缝线路的允许温降一般由强度条件计算确定。

Δt强允降=

（15.3）

式中

——钢轨允许应力（MPa）

其中

——钢轨屈服极限（MPa）

国产热轧轨/淬火轨的力学性能

钢轨

类型

力学

性能

U74

U71Mn

PD2

PD3

稀土轨

屈服强度（MPa）

≥405/784

≥561/800

≥561/800

≥880/880

≥－/785

抗拉强度（MPa）

≥785/1177

≥883/1177

≥965/1175

≥980/1275

≥980/－

注：

表中数字为热轧轨/淬火轨

——钢轨动弯应力（MPa），可按《铁路轨道强度检算法》（TB2034—88）计算确定；

——附加纵向应力（MPa）

路基上无缝线路

=

桥上无缝线路

=max（

，

）

岔区无缝线路

=

——钢轨的弹性模量

——钢轨钢的线膨胀系数。

15.2.3允许温升Δt稳允降

无缝线路的允许温升一般由稳定条件按下式计算确定。

Δt稳允升=

（15.4）

式中

——允许温度压力

——计算温度压力

——附加温度压力

路基上无缝线路

=0

桥上无缝线路

=max（

，

）

岔区无缝线路

=

15.3岔区无缝线路设计

15.3.1两个基本问题

无缝道岔是实现跨区间无缝线路的关键技术。

当把无缝道岔与其两端区间无缝线路焊联后，在道岔前后将产生如图15.2所示的钢轨轴向力的不平衡，于是就出现了与安全行车有关的两个基本问题。

图15.2道岔前后的钢轨轴向力的不平衡示意图

1）在尖轨跟端，直股基本轨不仅承受与区间无缝线路钢轨同样的温度力，同时还承受尖轨跟处间隔铁或限位器传给基本轨的附加温度力。

与区间相比，一般全焊约增大35%，半焊约增大15%左右。

2）尖轨尖端相对基本轨产生位移，有可能造成道岔转换不良现象。

如果是全焊，曲尖轨与直尖轨相对基本轨的位移相同；如果是半焊，直尖轨相对侧股基本轨的位移，有可能大于曲尖轨相对直股基本轨的位移。

同理，对于可动心轨无缝道岔转辙器部分，直股和侧股基本轨都处在固定区，两股基本轨在辙跟处承受大体相同的附加温度力。

而直股长心轨尖端相对翼轨咽喉产生位移。

这里应当指出，就道岔群而言，还应注意对向连接的两组无缝道岔基本轨附加轴向力有可能在夹直线地段叠加的问题。

认识了这些问题后，便可进行无缝道岔设计，但需要有一套符合实际的分析模型和计算软件。

15.3.2设计计算内容

1）无缝道岔钢轨强度检算

2）无缝道岔稳定性检算

3）无缝道岔锁定轨温的确定

4）尖轨尖端相对基本轨位移的检算

5）长心轨尖端相对翼轨咽喉位移的检算

6）道岔部件强度检算

①限位器联结螺栓剪切强度的检算

②可动心轨与长翼轨联结螺栓剪切强度的检算

15.4桥上无缝线路设计

15.4.1梁轨相互作用问题

桥上无缝线路与区间无缝线路不同，钢轨除承受温度力作用外，还承受桥上附加纵向力作用。

梁因温度变化而产生伸缩，梁又因在列车荷载作用下挠曲而产生位移。

这种纵向位移，无论是有碴轨道还是无碴轨道，通过梁轨间的约束阻力引起钢轨的纵向伸缩附加力和挠曲附加力。

同时，这些力又反作用于梁跨和固定支座，使桥墩台产生弹性变形，墩顶发生纵向位移，高墩尤为显著。

此外，如果在桥上一旦发生断轨，钢轨的温度伸缩力也会通过梁间的约束使墩台和固定支座受到断轨力或温度力的作用。

以上这些互为因果的作用，即为梁轨的相互作用。

为此，就应通过对梁轨相互作用的分析，求得梁的位移分布、钢轨的位移分布和纵向力分布、墩台受力和墩顶位移，以便对钢轨和墩台进行强度和稳定性检算，并通过桥上无缝线路结构设计，设法减小这些附加纵向力的作用，从而确保桥上无缝线路运营安全，实现跨区间无缝线路。

15.4.2设计原则

1）桥上无缝线路应最大限度地减小轨道和桥梁所承受的附加纵向力。

2）无缝线路结构设计，既要满足轨道强度和稳定的要求，又要使桥梁受力合理，以保证桥梁和轨道的运营安全。

3）无缝线路结构设计，还要考虑便于线路的养护维修。

4）桥上无缝线路应位于无缝线路固定区。

15.4.3设计暂规

桥上无缝线路应按《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》（铁建设[2003]205号）设计。

15.5隧道内无缝线路设计

（1）隧道内的气温、轨温变化不大，为实现铺设跨区间无缝线路，并便于管理和维修，设计锁定轨温宜与两端区间无缝线路一致。

（2）隧道口内外气温、轨温变化较大，故应加强锁定。

15.6单元轨节长度设计

（1）跨区间无缝线路是按单元轨节和单组道岔划分管理单元的。

（2）单元轨节长度应根据线路条件、工点情况、施工工艺等因素综合研究确定。

单元轨节过长，不仅施工锁定轨温不容易控制，影响铺轨质量，而且也不易于养路应力放散和应力调整。

但也不宜过短，过短必然使单元轨节数量增多，增加工务管理的复杂程度。

单元轨节的长度一般可取1000~2000m。

（3）相邻单元轨节间的锁定轨温差应不大于5˚C，左右股钢轨锁定轨温差应不大于3˚C。

（4）单元轨节左右两股钢轨始终端的相错量应不超过100mm。

（5）单元轨节始终端应位于距桥头不小于100m的有碴轨道上。

15.7位移观测桩设计

15.7.1设置目的

正确地测定和掌握实际的锁定轨温是确保跨区间无缝线路安全和实现科学管理的基础。

采用位移观测桩法是目前监测跨区间无缝线路锁定轨温变化的重要手段。

观测桩法简单易行，可观测长轨条有无爬行，以及在较长距离范围内因钢轨的局部伸缩位移所引起的锁定轨温之平均变化。

15.7.2基本原理——应变法

对于某一特定标距L标的钢轨，当轨温升高Δt时，其自由伸长量Δl自为：

Δl自=

·L标·Δt=

·L标·（T轨-T锁）

而对于被锁定的钢轨，温升Δt时，由于受约束而不能伸长，未能实现的伸长量Δl未为：

Δl未=－Δl自=－

·L标·（T轨-T锁）

从而锁定轨温T锁为：

T锁=T轨+

这就是用应变法求锁定轨温的基本原理。

显然，如果标距为L标的长钢轨，其长度实测变化了Δl，则可应用上式监测锁定轨温的变化，即

T变锁=T原锁+

则锁定轨温变化ΔT为：

ΔT=T变锁-T原锁=

采用应变法监测锁定轨温的精度，主要取决于轨温测量精度和测长相对精度。

15.7.3观测桩的设置

1）单元轨节长度为1000~2000m时，在单元轨节的起、终点，及距起、终点100m处和单元轨节中点各设一对观测桩，共设五对，见图15.3。

新规定每500m设一对，或在单元轨节长度内按

来设置。

图15.3单元轨节位移观测桩

2）单组道岔是在岔头及岔头前50m、限位器、岔尾及岔尾后50m的对应位置各设一对观测桩，共设五对，见图15.4。

图14.4单组道岔位移观测桩

3）多组焊联道岔位移观测桩的设置见图15.5，当夹直线长度L≤50m时，可不在中间设置。

图15.5多组焊联道岔位移观测桩

4）伸缩调节器伸缩区位移观测桩的设置见图15.6。

图15.6伸缩调节器伸缩区位移观测桩

注：

图15.3~图15.6中：

①“·”表示位移观测桩，“×”表示单元轨节始端或终端；

②A、B、C分别表示岔头、限位器、岔尾的对应位置设置位移观测桩；

③当L≤50m时，可不在中间设置位移观测桩。

5）位移观测桩必须预先埋设牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记应明显、耐久、可靠。

15.8跨区间无缝线路铺设方法

15.8.1既有线铺设方法

跨区间或全区间无缝线路是以一次铺入锁定的长轨条为单元，依次分段铺设而成。

施工方法有连入法和插入法两种。

1）连入法

用于作业轨温与设计锁定轨温范围相符的情况。

采用连入法铺设长轨条时，长轨条的始端要用焊接法与上次铺入的长轨条终端焊联。

也就是说，在续铺的始端，新旧钢轨列入换轨车龙门，换轨车即缓慢前进，待新轨已稳定落地之后，即开始进行始端的连入焊接，此时，边连入焊，换轨车边前进，直至终端，新铺入的长轨条的终端与线路上的旧轨用临时联结器联结。

2）插入法

用于作业轨温与设计锁定轨温范围不符合的情况。

采用插入法铺设长轨条时，可在任意轨温条件下，先依次分段铺设，在两单元长轨条之间插入一根缓冲轨，待轨温适宜时放散应力，而后将缓冲轨拆除，并锯下长轨条的有孔断端，插入一段焊接轨进行终焊。

终焊最好选择在较底温度下进行，以便采用拉伸法放散应力及终焊。

3）焊接方法

a.小型气压焊法

b.铝热焊法

4）终端联结

a．普通夹板联结

采用夹板联结时，应对单元长轨条终端预先钻好两个螺栓孔，待次日继续铺设时，先把带孔轨端锯下，而进行连入焊。

b．夹紧器联结

采用夹紧器联结时，当长轨条终端落槽并与线路上既有轨合拢后，旧轨一端仍用夹板螺栓固定，而长轨条终端一端则用U形夹紧器固定。

U形夹紧器定位于螺栓孔处，靠夹紧夹板所产生的摩擦阻力固定长轨条终端，它的特点是无需钻孔外轨。

5）无缝道岔的焊接与铺设

a．跨区间无缝线路的长轨条，与车站内无缝道岔的焊联，应在适宜的轨温条件下进行，并以焊接为主，冻结为辅。

b．岔内的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。

c．整铸式辙叉的前后四个接头采用高温冻结接头。

d．可动心轨式道岔的岔内接头应采用焊接接头。

e．岔内焊缝必须经过严格的探伤检查，不合格的焊缝要重焊。

f．一般采用铝热焊接法。

g．无缝道岔的铺设，最好采用岔外搭接平台组装，一次要点推进就位的施工方法。

就位时轨温要求接近设计锁定轨温。

否则两端无缝线路需要应力放散。

要求做到结构牢固稳定，纵不爬横不移。

15.8.2新建铁路铺设方法

新建铁路一次铺设跨区间无缝线路，是相对于既有线轨排换铺法而言的。

一次铺设跨区间无缝线路是采用先进的施工机械装备和施工工艺而进行的一项施工工程。

新建线一次铺设无缝线路的施工方法，主要有：

1）铺轨机法

国外多采用单根轨枕铺设法和长轨排铺设法。

我国秦沈客运专线采用单枕连续铺设法。

使用PC—NTC铺轨机组或TCM60型铺轨机组作业。

主要施工工序如下：

2）短轨排周转轨换铺法

这种方法可充分利用我国铁路工务工程现有的工程机械和技术工艺，再加以合理组合，进行铺设无缝线路施工，符合国情路情。

主要工序如下：

3）焊接方法

采用移动式接触焊机法。