第五节无缝线路.docx

1、第五节 无缝线路第五节 无缝线路一、无缝线路特点高速铁路正线应采用跨区间无缝线路，到发线应采用无缝线路。跨区间无缝线路是在完善了长大桥上无缝线路、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，取消缓中区的无缝线路，如图2-102所示。二、无缝线路根本原理(一)无缝线路的类型无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为温度应力式和放散温度应力式两种。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，中间局部完全不能伸缩，因而在钢轨内部产生很大的温度力，其值随轨温变

2、化而异。我国高速铁路采用温度应力式无缝线路。(二)温度力与温度应力1温度力当轨温变化时，固定区钢轨内部产生的力(拉力或压力)称为温度力。其计算式为P1一aEAT式中 P温度力(kN)；a钢轨线胀系数，1.1810-S；E钢轨弹性模量，2.1108kNm2；A钢轨截面积(cm)；T轨温差(钢轨温度变化值)()。例：60 kgm钢轨，A一77.45 Cm2，Pt一19.2T(kN)。2温度应力当轨温变化时，整个钢轨断面所承受的应力，称为温度应力，其计算式为口一dET一2478T(MPa)由以上公式可知温度应力与钢轨长度、截面面积无关。(三)锁定轨温设计无缝线路相邻单元轨节之问锁定轨温之差不应大于5

3、，同一区间内单元轨节最高与最低锁定轨温之差不应大于10；左右股钢轨锁定轨温之差不应大于3。1钢轨温度在夏季，由于太阳辐射热的作用，一般轨温比气温高1020；在冬季，气温较低，气温与轨温大致一样。一般规定：最高轨温等于当地最高气温加20，最低轨温等于最低气温。2锁定轨温为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，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。3.设计锁定轨温设计锁定轨温即长钢轨中和轨温，其根据线路的具体条件，通过轨道稳定性和强度计算确定。1有砟轨道路基有砟无

4、缝线路锁定轨温可适当提高；桥上无缝线路锁定轨温可适当降低；南方地区的无砟轨道，锁定轨温范围不应过低，否那么夏季钢轨温升幅度过大，导致钢轨出现碎弯的几率增加。4设计锁定轨温范围无缝线路的铺设很难在设计锁定轨温下把整段长轨条锁定，因此，给定一个同时满足稳定性和强度条件的范围，即设计锁定轨温(35)。5实际锁定轨温在运营中长轨条因轮轨相互作用而被碾长，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锁定轨温的改变(一般下降58)，因此，无缝线路在运营中存在一个实际的锁定轨温。(四)无缝线路上各种阻力无缝线路上，阻止钢轨及轨道框架移动的阻力有纵向阻力和横向阻力。1纵向阻力轨温变化时，影响钢轨

5、两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。(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，称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板问的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为了平安我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力F，F将阻止钢轨的位移。一根螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力P。在此情况下，接头阻力P。的表达式，可写成pH一nP接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关。在其他条件均一样的情况下，螺栓的拧紧程度就是保特接头阻力的关键。扭力矩与螺栓拉力的关系可用经历公式表示，即T1

6、一KDP式中T1拧紧螺帽时的扭力矩(Nm)；K扭矩系数，K：0.180.24；D螺栓直径(mm)；P螺栓拉力(kN)。列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低。因此，因定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变。(2)扣件阻力中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大干道床纵向阻力；在一些特殊地段，如桥上、钢轨伸缩调节器根本轨的伸缩范围内，为了降低桥梁所受纵向力和保证长轨的正常伸缩，要求扣件阻力小于道床阻力。扣件阻力是由钢轨沿轨枕垫板面之间的摩阻力和扣件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的

7、大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。常用扣件阻力如表2-74所示。表2-74 扣件阻力表(kN)扣件类型I型型型、型防爬器K型螺母扭矩80 Nm9.09.316.0大于9.015.07.5螺母扭矩150 Nm12.015.0(3)道床纵向阻力道床纵向阻力系指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R，或每延厘米分布阻力p表示。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。另外，线路的养护维修作业在一定程度上破坏道床原状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车碾压后，才能恢复到原有的阻力值。道床纵向阻力与道床密实程度关系最为显著，如表275所示。表2-75 道床清筛前后的纵向阻力作

8、业工程清筛前筛边挖盒方枕后方枕后挖盒综合捣固筛后第三天筛后第七天筛后半个月筛后一个月纵向阻力kn/根13.86.782.53.76.88.358.89.712.6道床密实程序%10049.118.126.849.260.563.870.291.0由于线路维修作业会扰动道床，致使道床纵向阻力降低，只有采取限制作业轨温的方法来保证无缝线路的正常工作状态。2道床横向阻力道床抵抗轨道框架横向位移阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。道床横向阻力是由轨枕两侧及底部与道砟接触面之间的摩阻力，和枕端的砟肩阻止横移的抗力组成。其中，道床肩部占30，轨枕两侧占2030，轨枕底部占

9、50。道床横向阻力可用单根轨枕的横向阻力Q和道床单位横向阻力p表示，即pQ/a (Ncm)式中a轨枕间距(cm)。(五)无缝线路的稳定性无缝线路作为一种新型轨道构造，其最大特点是在夏季高温季节在钢轨内部存在巨大的温度压力，容易引起轨道横向变形。在列车动力或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象常称为胀轨跑道(也称臌曲)，在理论上称为丧失稳定，这将严重危及行车平安。稳定的因素主要有道床横向阻力、轨道框架刚度。丧失稳定的因素主要有温度力、轨道原始弯曲、外力偏心作用。无缝线路丧失稳定情况大多是由于维修作业不当，降低了道床横向阻力而发生。因此要对影响道床横向阻力的因素有所了解，以利于指

10、导工作。(六)温度力图温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。温度力图的横坐标轴表示钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨的温度力(拉力为正，压力为负)。钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的根本条件。一根焊接长钢轨沿其纵向的温度力分布并不是均匀的。它不仅与阻力、轨温变化幅度、施工过程等因素有关，而且还与轨温变化的过程有关。无缝线路锁定以后，轨温单向变化时，温度力沿钢轨纵向分布的规律，称为根本温度力图，如图2一103、图2 104所示。温度压力峰的大小与锁定轨温无关，温度压力峰的位置相当于中间轨温锁定时的伸缩区终点。温度力峰现象是由道床阻力塑性性质决定

11、的，其量值及位置均取决于接头阻力及道床阻力梯度的大小。从国内外无缝线路失稳事故来看，事故多发季节不是在夏季的高温季节，而是在春夏之交的35月份，很重要的原因是在这一季节，轨温接近甚至低于锁定轨温，容易放松对道床阻力的重视，而实际上此刻在伸缩区却有可能存在着相当于20的温度压力峰，因而导致事故的发生。在取锁定轨温等于或小于中间轨温时，那么不会在伸缩区出现温度压力峰，而是出现温度拉力峰。温度力峰值的大小与锁定轨温无关，锁定轨温的合理设置只能适当减小固定区的温度力，而不能改变伸缩区局部的最大温度力峰值。冬季进展养护维修作业后，道床阻力将大大削弱，接头阻力也有一定程度的削弱，这些是很难恢复的。在夏季，

12、养护维修作业停顿，道床阻力在列车的压实作用下逐渐恢复，在轨温上升过程中，伸缩区附近将出现较正常情况更高的温度应力峰。比方，道床阻力在冬季降低25时，温度压力峰值将增大10左右。三、无缝线路维修作业(一)玩缝线路地段维修要求1无缝线路地段应根据季节特点、锁定轨温和线路状态，合理安排全年维修方案。在气温较低的季节，应安排锁定轨温较低或薄弱地段进展综合维修；在气温较高的季节，应安排锁定轨温较高地段进展综合维修。2有砟轨道高温季节不应安排综合维修和影响线路稳定的作业。如必须进展综合维修或成段保养时，应有方案地先放散后作业，并适时重新做好放散和锁定线路工作。其他保养和临时补修，可采取调整作业时间的方法进

13、展。高温季节可安排矫直钢轨硬弯、钢轨打磨等作业。在较低温度下，如需更换钢轨或夹板，可采用钢轨拉伸器进展。3有砟轨道无缝线路综合维修，宜按单元轨节为单位安排作业。4无砟轨道无缝线路作业必须掌握实际锁定轨温，测量作业轨温，根据作业轨温条件进展作业。有砟轨道无缝线路作业必须掌握实际锁定轨温，根据作业轨温条件进展作业，应严格执行“作业前、作业中、作业后测量轨温制度，并注意做好以下各项工作：(1)在维修地段按需要备足道砟。(2)起道前应先拨正线路方向。(3)起、拨道器不得安放在铝热焊缝处。(4)扒开的道床应及时回填、夯实。5有砟轨道道床一般清筛，枕盒清筛深度为枕底向下50l00mm，并做好排水坡，清筛后

14、直及时捣固、稳定；边坡清筛为轨枕头外全部道砟，宜使用边坡清筛机施工，清筛后应及时夯实。6对大坡道地段、列车制动地段无缝线路应加强检查和锁定，防止钢轨爬行和轨向变化。7应加强隧道口前后100 m线路检查，采取措施防止线路出现碎弯。(二)胀轨跑道防治和处理1当线路连续出现碎弯并有胀轨迹象时，应限制列车运行速度或封锁线路，并尽快组织处理。2作业中如出现轨向、上下不良时，必须停顿作业，并及时采取防胀措施。3发现胀轨跑道时应立即封锁线路进展处理。4无缝线路发生胀轨跑道时，应将胀轨跑道情况按“无缝线路胀轨跑道情况登记表做好记录。(三)桥上无缝线路养护维修桥上无缝线路养护维修应注意做好以下工作：1应按设计要

15、求，保持扣件布置方式和扣件紧固程度。尤其应加强温度跨度大的桥上无缝线路小阻力扣件养护。2在高温和低温季节，应加强温度跨度大的桥上无缝线路构造和状态检查，加强连续梁活动端或桥台附近的线路状态检查，发现问题应及时处理。3单根抽换桥枕应在实际锁定轨温+lO一20范围内进展，作业时抬起钢轨高度不应超过60 mm。4成段更换、方正桥枕等需要起道作业时，应在实际锁定轨温+5一15范围内进展。5联合接头位置不得设置在桥墩上和钢桁梁伸缩纵梁上，并要求距桥台边墙或桥墩不小于2m。(四)无缝线路作业轨温条件1无缝线路维修作业轨温条件如表2 76、表277、表278所示。2当轨温在实际锁定轨温减30以下时，伸缩区制

16、止作业。3无缝道岔尖轨及其前方25 m范围内，作业轨温范围为实际锁定轨温10。4线路上的钢轨硬弯，应在轨温较高季节矫直，矫直时轨温应高于25。5无缝线路作业后应及时清理现场，紧固扣件弹条到规定扭矩，并组织全面回检，根据线路状态确定开通条件。(五)无缝线路应力放散与调整应力放散就是在设计锁定轨温范围内，锯切长钢轨，并将长钢轨扣件全部松开，轨下垫人滚筒，辅助进展撞轨，使长钢轨能最大限度伸缩，然后再重新锁定线路。应力调整是指不锯切长钢轨，在一定范围内松开扣件，轨下垫人滚筒，辅助进展撞轨使松开扣件范围的长钢轨应力均匀。1应力放散或调整的条件无缝线路锁定轨温必须准确、均匀，有以下情况之一者，应进展应力放

17、散或调整：(1)实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内。(2)锁定轨温石明、不准确。(3)两相邻单元轨节锁定轨温差超过5，或左右股钢轨实际锁定轨温相差超过3，或同一区间单元轨节最高、最低锁定轨温相差超过10。(4)铺设或维修作业方法不当，使轨条产生不正常伸缩。(5)出现严重不均匀位移。 、(6)夏季线路轨向严重不良，碎弯多。(7)通过位移观测或测试分析，发现温度力分布严重不匀。2应力放散的方法无缝线路应力放散可采用滚筒配合撞轨法或滚筒结合拉伸配合撞轨法。放散时要求做到：总放散量要够，沿钢轨全长放散要匀，最后锁定轨温要准。同时要求结合放散应力，整治线路爬行。(1)滚筒配合撞轨滚筒配合撞轨放散方法是

18、指在接近设计锁定轨温的条件下，松开扣件和防爬器，长钢轨下每隔1015 m垫人滚筒，配合以适当撞轨，使长钢轨正常伸缩。当到达预定锁定轨温，立即取下滚筒，重新锁定线路。这种放散法优点是放散较彻底，均匀性好，可以较准确确实定锁定轨温。(2)滚筒结合拉伸配合撞轨法滚筒结合拉伸配合撞轨法是指在轨温比拟低的每件下，在利用滚筒放散的同时，用拉伸器拉伸并配合以适当撞轨，但原锁定轨温不清楚或不准确，必须在滚筒放散的根底上，通过计算后再用拉伸器拉伸。应力放散前，应先调整缓冲区轨缝，并根据计算更换配轨，上紧全部扣件后，方能固定拉伸器进展拉伸。无缝道岔应在设计锁定轨温范围内铺设和锁定，不宜进展应力放散。3应力调整的方

19、法无缝线路应力调整(不改变长钢轨长度)，可在比拟接近实际锁定轨温的条件下，采用轨下垫入滚筒、辅助进展撞轨的方法。无缝线路应力放散和调整施工前，应制订施工方案及平安措施，组织人力，备齐料具，充分做好施工准备。4放散量、锯轨量的计算(1)计算放散量长钢轨的放散量按以下自由伸缩公式计算：ZaL(T。hT。，)式中 出长钢轨放散量(mm)；n钢轨钢线膨胀系数，aO0118 mm；L需要放散应力的长钢轨长度(m)；T。、放散后的锁定温度()；T。，原锁定轨温()。(2)计算锯轨量K一f+ 6式中K锯轨量(mm)；z放散量(mm)；n缓冲区预留轨缝总和(mm)；6缓冲区原有轨缝总和(mm)。5设置位移观测

20、点设置位移观测点，随时掌握长钢轨的应力放散情况。通常501。0m设置一个观测点，其观测点伸缩量为式中 z。某观测点钢轨计算伸缩量(mm)；z方案放散量(mm)；N设立观测点数；n某观测点号数(一1、2、n)。例如，某无缝线路总放散量为200mm时，各观测点放散量，如图2 105所示。6应力放散后，应按实际锁定轨温及时修改有关技术资料和位移观测标记。(六)胶接绝缘接头的养护维修1左右两股钢轨绝缘接头应相对铺设，且绝缘接头轨缝绝缘端板距轨枕边不宜小于100 mm。2胶接绝缘接头宜采用现场胶接。胶接绝缘接头与焊接接头间距不应小于20m。3应加强胶接绝缘接头的养护，做好轨端肥边打磨和捣固工作。4胶接绝

21、缘接头拉开时，应立即拧紧两端各50nn线路的扣件，并加强观测。5当绝缘失效时，应立即更换，进展永久处理。如暂时不能永久处理，可更换为普通绝缘，进展临时处理。进展永久处理时，应保证修复后无缝线路锁定轨温不变。四、钢轨焊接标准与要求(一)钢轨焊接方法钢轨厂焊应采用固定闪光焊，现场焊应优先采用移动闪光焊，道岔、调节器焊接及伤损钢轨处理可采用铝热焊。1、固定式闪光焊接固定式闪光焊接又称为固定式接触焊，通常在基地(或工厂)将100 m长定尺轨焊接成500 m的焊接长钢轨。常用焊接工艺主要有三种：电阻预热闪光焊接工艺、连续闪光焊接工艺和脉动闪光焊接工艺。我国GAas80580型直流焊机全部采用电阻预热闪光

22、焊接工艺，K10型交流焊机采用连续闪光或脉动闪光焊接工艺。钢轨闪光焊接工艺过程一般分为闪乎、预热、烧化、顶锻四个阶段，顶锻过程又分为有电顶锻和无电顶锻。顶锻完毕后自动完成推凸工作。2移动式闪光焊接移动式闪光焊接又称为移动式接触焊，是铁路现场焊接钢轨的主要方法，包括单元焊接(将500m焊接长钢轨焊接成1 5002000 m的单元轨节)和单元轨节的锁定焊接。我国现场焊接钢轨采用的移动式闪光焊机主要有K922型焊机和国产LRl200型焊机。全部是交流焊机，以脉动闪光焊接工艺为主。焊轨车有集装箱式和自走行式两种。3铝热焊接铝热焊接是以氧化铁为氧化剂，以铝粉为复原剂的一种热剂焊。焊接材料主要包括焊剂、砂

23、模和坩埚。铝热焊接工艺参数主要包括：焊接环境(如温度、湿度、风力等)；不同牌号、型号的钢轨所对应的焊剂；钢轨轨端的焊前准备及轨缝大小；详细的预热参数；从点燃焊剂到钢水浇铸的时间范围；允许列车通过时焊接接头的温度；焊后打磨等。每焊接一个接头后，应详细记录焊接工艺参数，还应该记录焊接材料的唯一性标识、主要操作人员、探伤及平直度检查情况等。记录应保存5年。(二)钢轨焊接质量1内部缺陷(I)缺陷种类灰斑：存在于闪光焊焊缝断口中的局部光滑区域，与周边金属有明显界限，如图2106所示。未焊合：母材与母材之间未能完全结合的局部，如图2 107所示。过烧：晶粒边界熔化，是体积型缺陷，存在于焊缝或热影响区。轻度

24、过烧呈细小黑灰斑点，重度过烧呈黑色蜂窝状，如图2 108所示。夹渣：推凸时焊渣进入热态金属中，如图2109所示。(2)影响因素焊接工艺参数：参数设置不佳。焊机状态：电极老化、绝缘不良、冷却系统异常、机械磨损等。作业过程：除锈不良、端面斜度超标、推凸不良等。钢轨母材：母材夹杂物超标。焊接条件：环境不良或钢轨温度太低，电网电压波动大等。(3)标准要求无末焊合、过烧、夹渣缺陷。允许存在少量灰斑：单个灰斑面积不大于10 mm。，灰斑总面积不大于20 mm。(4)检查方法落锤试验是检验闪光焊接缺陷的主要方法。落锤试验机采用刚性根底，锤头n，砧座10t。落锤高度是锤头落下时刻锤头底面至钢轨落锤试件轨头顶面

25、之间的垂直距离。以高速铁路普遍使用的60 kgm钢轨为例：落锤高度31 m时，锤击两次，接头不断为落锤工程合格；落锤高度52 m时，锤击一次，接头不断为落锤工程合格。断口检验：利用落锤试件、补加锤击击断，肉眼或借助放大镜检查折断的焊接接头断口，记录断口缺陷细节。2外观质量焊接接头的外观质量包括外表质量和平直度。(1)外表质量焊接接头及其附近钢轨外表不应有裂纹、明显压痕、划伤、碰伤、电极灼伤、打磨灼伤等伤损。焊接接头的轨头工作面经外形精整后的外表不平度应满足：在焊缝中心线两侧各100mm范围内，外表不平度不大于O2 mm。轨顶面及轨头侧面工作边母材打磨深度不应超过05 mm。外表不平度与平直度描

26、述的是不同的现象，平直度描述的是方向的偏差，外表不平度描述的是外表状态，与粗糙度类似。(2)平直度焊接接头平直度是以焊缝中心的1 m范围内，焊接接头偏离直线的程度，包括接头顶面平直度和轨头侧面工作边的平直度。平直度与接头错边量不同，前者描述的现象是折线形，后者描述的现象是平行偏差，是“台阶。平直度偏差可以通过矫直纠正，接头错边不能通过矫直纠正。接头错边量是在焊接后、未经打磨处理的情况下测量，超标时只能锯掉。钢轨焊接接头平直度应符合有关规定。平直度的实现应主要依靠矫直，而不是打磨，精磨的长度范围越短越好，标准规定最长不应超过焊缝两侧各450 mm的限度。3焊接接头位置(1)左右股单元轨节锁定焊接

27、头相错量不宜超过loo mm。(2)由道岔前端和辙叉跟端接头焊缝确定的道岔全长偏差不得超过20 mm。(3)铝热焊焊缝距枕边不得小于100 mm。(4)单元轨节起止点不应设置在不同轨道构造过渡段或不同线下根底过渡段范围。4机械性能(1)拉伸：980 Mt，a级钢轨，焊接接头的抗拉强度R。880 MPa，延伸率A6；880 MIa级钢轨，焊接接头的抗拉强度R。80()MPa，延伸率A6。(2)冲击：冲击吸收功Ak。65 Jc(3)硬度：速度大于200 kmh的线路，每条测试线应满足O95H，HJ1l 05Hr，HJO8H，软化区宽度w20 mm。(4)焊缝、热影响区显微组织和晶粒度：珠光体，可出

28、现少量铁素体，不应有马氏体、贝氏体和魏氏组织。(5)焊接接头机械性能的影响因素：热处理工艺是主要影响因素。五、无缝线路技术管理1无缝线路维修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200 m线路为管理单元。2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地段的实际锁定轨温。3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)，工务段应及时查明原因，采取相应措施。无缝线路钢轨位移观测桩应符合设置要求。4钢轨位移观测桩必须预先埋设结实，均匀布置，桥梁地段应在固定支座上方设置。5区间无缝线路钢轨位移观测桩间距不应大于5500 m。6道岔及其前后设置7对钢轨位移观测桩：岔头、限位器(或间隔铁)、岔尾(含直、曲股)、道岔前后50 m和200 m处。岔区道岔间距大于50 m时设一对钢轨位移观测桩。7调节器及其前后设置6对钢轨位移观测桩：调节器两端及前后50 m和200 m处。双向调节器在中间增设1对。8在轨条就位或轨条拉伸到位后，应立即进展标记。标记应明显、耐久、可靠。思考题：1什么是跨区间无缝线路2什么是温度力3什么是锁定轨温4什么是纵向阻力5什么是扣件阻力6钢轨焊接方法主要有哪些