寒冷地區(qū)無縫線路的養(yǎng)護(hù)維修

1、寒冷地區(qū)無縫線路的養(yǎng)護(hù)維修第一章無縫路線類型用具有相當(dāng)長度的焊接長鋼軌代替普通標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌的軌道稱無縫線路，按處理焊接長鋼軌因溫度變化而引起伸縮方法的不同，無縫線路分溫度應(yīng)力式和放散應(yīng)力式兩種，放散溫度應(yīng)力式無縫線路又分為自動放散和定期放散兩種。第一節(jié)溫度應(yīng)力式無縫線路1、結(jié)構(gòu)型式溫度應(yīng)力式無縫線路的鋼軌由一根焊接長鋼軌及其兩端24 根 12.5m或 25.0m 標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌組成，并采用普通接頭的形式聯(lián)結(jié)。焊接長鋼軌又可分為固定區(qū)和兩端伸縮區(qū)，無縫線路鋪設(shè)后，焊接長鋼軌受鋼軌接頭阻力和道床縱向阻力約束，兩端自由伸縮受到一定限制，僅產(chǎn)生微量伸縮。而中間固定區(qū)自由伸縮受到完全的限制，因而在鋼軌內(nèi)部

2、產(chǎn)生溫度力，其值隨軌溫變化而異。如圖 1-1 。長軌長軌長軌緩沖區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)緩沖區(qū)圖 1-1為了便于理解伸縮區(qū)和固定區(qū)的存在，日本國鐵曾作了如下試驗。用1/15 木枕大小的木片，以 5 厘米間隔釘在橡皮帶上做成模型，并把它當(dāng)成軌道框架。圖 1-2 是將這框架懸空，把兩端拉緊，這時由于橡皮帶（即鋼軌）的伸縮不受阻礙，所以木枕間隔以等距離伸長，這表明了上述的自由伸縮狀態(tài)。圖 1-3 中，當(dāng)把軌道框架放置在臺子上，在兩端施加拉力，這時枕木底面與臺面之間的摩擦阻力相當(dāng)于道床阻力，由于摩擦阻礙橡皮帶伸長，所以兩端伸長多些，即所謂無縫線路的伸縮區(qū)；而中部仍保持受拉以前的間隔，沒有伸長，形成了所謂無

3、縫線路的固定區(qū)。從這個試驗中，至少可以清楚地了解到阻止伸縮的道床縱向阻力與鋼軌伸縮的關(guān)系。1圖 1-2圖 1-32、軌溫循環(huán)變化過程TmaxT鎖Tmin圖 1-4圖 1-4 中，Tmax為鋪軌地區(qū)最高軌溫， 其值比當(dāng)?shù)貧v年最高氣溫高 20，最低軌溫 Tmin 與當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁卮笾孪嗤８鞯貐^(qū)（或區(qū)段）采用的最高軌溫和最低軌溫， 由鐵路局工務(wù)處規(guī)定。 T 鎖 為焊接長鋼軌鋪設(shè)時的鎖定軌溫。3、伸縮方法焊接長鋼軌鋪設(shè)后T鎖 Tmin 軌溫下降過程中的自由伸縮首先受接頭阻力 Rj 的抵抗，因而在鋼軌內(nèi)產(chǎn)生溫度拉力Pt 。（a）當(dāng) Pt Rj ，鋼軌與夾板間無任何相對位移，即焊接長鋼軌的縮短受到完全的

4、限制。2（b）當(dāng) Pt >Rj，接頭阻力 Rj 被克服后，焊接長鋼軌的縮短繼而受道床縱向阻力的抵抗，焊接長鋼軌兩端的縮短受到一定的限制，兩端伸縮區(qū)的拉力部分得到釋放，且出現(xiàn)微量縮短。而中間固定區(qū)的縮短受到完全的限制。軌溫由 t 鎖 下降至 Tmin 時溫度拉力 Pt 沿焊接長鋼軌的縱向分布圖 ABCDEF 和焊接長鋼軌的受力圖示于圖 1-5 。PtCD-40 PL伸E-16 .3BR j+15 AL伸LP.L 伸F.伸P LR jRj伸縮區(qū)固定區(qū)伸縮區(qū)圖 1-5圖中，PtRjP L伸 ；或 P t = EF(t 鎖-T min) 。式中 R j 接頭阻力（ KN）；P 道床單位縱向阻力（

5、 N/cm）； L 伸 伸縮區(qū)長度（ cm）；L焊接長鋼軌長度（ m）；鋼軌的線膨脹系數(shù)，取 11.8 ×10-6 / ；E鋼軌的彈性模量， E=20.6×106N/cm2 ；2F鋼軌的斷面積（ cm）。4、聯(lián)結(jié)：a）長軌焊接：將軌端不鉆孔、不淬火的標(biāo)準(zhǔn)軌在焊軌廠用接觸焊的方法焊接成一定的長度（一般為 250500m），然后運往工地，用鋁熱焊或小型氣壓焊焊接成規(guī)定的設(shè)計長度，鋪入線路。b）凍結(jié)接頭：無縫線路在發(fā)展焊接接頭的同時， 也出現(xiàn)了“凍結(jié)接頭”。其工作原理系用月牙形墊片將鋼軌螺栓孔縫隙填塞，或?qū)A板用環(huán)氧樹脂牢固地膠粘在鋼軌上，使鋼軌不能隨軌溫變化而伸縮。或用施必牢防

6、松螺栓（扭矩1500N-m），也可凍結(jié)。3c）緩沖區(qū)鋼軌接頭，應(yīng)采用普通六孔夾板，使用 24mm、10.9 級高強度螺栓及平墊圈。第二節(jié)自動放散溫度應(yīng)力式無縫線路1、結(jié)構(gòu)形式：在焊接長鋼軌兩端設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，長軌與伸縮調(diào)節(jié)器間的聯(lián)連采用高強度螺栓或“凍結(jié)接頭” 。伸縮調(diào)節(jié)器長軌伸縮調(diào)節(jié)器圖 1-62、伸縮方法：長軌中點鎖定，采用無扣壓力的特制中間扣件，不設(shè)防爬器，使鋼軌在墊板上能隨軌溫變化自由伸縮，以自動放散應(yīng)力。自動放散溫度應(yīng)力式無縫線路在我國主要應(yīng)用于特大橋梁上（如南京長江大橋）。第三節(jié)定期放散溫度應(yīng)力式無縫線路1、結(jié)構(gòu)型式：與溫度應(yīng)力式相同。2、軌溫變化過程：如圖 1-7 所示。4t

7、 降春t 升T min秋T maxtt 降中t 升圖 1-73、伸縮方法：與溫度應(yīng)力式相同。4、放散應(yīng)力：根據(jù)當(dāng)?shù)剀墱貤l件， 每年春秋兩季把鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力各放散一次。放散時，打開焊接長鋼軌兩端接頭夾板，松開全部中間扣件，并將焊接長鋼軌置于滾筒之上，使它自由伸縮，放散內(nèi)部溫度應(yīng)力。應(yīng)用更換緩沖區(qū)不同長度調(diào)節(jié)軌的辦法，保持必要的軌縫。定期放散溫度應(yīng)力式無縫線路曾在前蘇聯(lián)歷年最大軌溫幅度 128的高寒地區(qū)鋪設(shè)過。由于放散應(yīng)力需在封鎖線路的條件下進(jìn)行，大量放散對行車干擾大，且費工費時，故在我國寒冷地區(qū)不宜大規(guī)模鋪設(shè)。第四節(jié)我國采用的基本型式鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則 （以下簡稱為大規(guī) ）規(guī)定：無縫線路的

8、基本結(jié)構(gòu)形式為溫度應(yīng)力式。以下各章、節(jié)所述內(nèi)容均為溫度應(yīng)力式。第二章氣溫與軌溫歷年最大軌溫變化幅度超過 90的地區(qū)稱為寒冷地區(qū)。歷年軌溫變化幅度越大，冬季或夏季焊接長鋼軌所承受的溫度拉力或壓力越大，鋼軌折斷或脹軌跑道的幾率越大。從這個意義上說，無縫線路是一項與溫度作斗爭的技術(shù)，可見溫度與無縫線路關(guān)系之密切。研究與掌握氣溫和軌溫的變化規(guī)律則是寒冷地區(qū)推廣和應(yīng)用無縫線路工作中的一項重要任務(wù)。5第一節(jié)寒冷地區(qū)氣溫與軌溫的關(guān)系我國寒冷地區(qū)一般為大陸性氣候，日氣溫差較大，年氣溫差也較大。夏季酷熱，冬季嚴(yán)寒。春旱秋澇，降雨集中在 6 8 月。寒冷地區(qū)多處高緯度，太陽最大幅射角約為 73.5 64.5 度。

9、上述特點直接影響軌溫與氣溫關(guān)系。夏季太陽幅射熱對空氣和軌溫、地溫影響大，幅射角不同，影響也不同；而冬季超低溫的地溫，對軌溫又有很大影響?？傊?，寒冷地區(qū)氣溫與軌溫的關(guān)系與其他地區(qū)是有差別的。1、寒冷地區(qū)的氣溫特點（1）歷年極端氣溫不出現(xiàn)在同一年，且持續(xù)時間較短。（2）歷史上出現(xiàn)高溫和低溫的天數(shù)相近，且占總天數(shù)的比例較小。（3）平均年氣溫差與歷年最大氣溫差相差較大， 且年氣溫差超過 70 的年數(shù)占總年數(shù)的比例較小。（4）每年最高氣溫多發(fā)生在 6 8 月，主要集中在 7 月；每年最低氣溫多發(fā)生在 12 2 月，主要集中在 1 月。2、寒冷地區(qū)氣溫與軌溫、地溫的關(guān)系（1）夏季由于太陽幅射熱， 一般軌溫

10、比氣溫高5 17，且有滯后性。（2）出現(xiàn)最高氣溫時，未必出現(xiàn)最高軌溫。（3）年最高軌溫一般在當(dāng)年只出現(xiàn)一次，且持續(xù)時間較短。（4）年最大軌溫與氣溫的差值不一定出現(xiàn)在當(dāng)年最高氣溫時，也不一定出現(xiàn)在當(dāng)年最高軌溫。（5）軌溫與氣溫差值超過15的次數(shù)較少。綜上所述，寒冷地區(qū)軌溫與氣溫差的最大值不一定出現(xiàn)在最高氣溫時，也不一定出現(xiàn)在最高軌溫時，且出現(xiàn)的幾率又很小。那么，無縫線路設(shè)計時采用最高軌溫等于歷年最高氣溫加 20的規(guī)定，對寒冷地區(qū)未必合理。第二節(jié)氣溫與軌溫的觀測某地區(qū)歷年最高和最低氣溫系指氣象部門的觀測資料。因此，氣溫值應(yīng)按氣象臺標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的百葉箱內(nèi)的氣溫值為準(zhǔn)。各工務(wù)段應(yīng)設(shè)氣、軌溫觀測點。氣溫的觀

11、測一般可設(shè)置兩個百葉箱，箱距地面兩米高，無大樹遮蔭，通風(fēng)良好，距鐵路線路 15 20 米遠(yuǎn)。一箱內(nèi)有干濕球溫度計，可隨時觀測氣溫值；還有最高最低溫度計，可顯示每日最高最低氣溫值。另一箱內(nèi)有氣溫自動測試記錄儀，可自動繪出每日氣溫變化曲線。氣溫和軌溫必須采用同一地點，同一時刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。鋼軌溫度，在晴天陽光直射面與背陰面不同，軌底與軌頭不同，鋼軌6內(nèi)部與表面也不同。在夏天上午升溫階段，鋼軌表面溫度高于內(nèi)部溫度，最大差值約 1.0 ；下午降溫階段， 由于鋼軌溫度的滯后現(xiàn)象， 鋼軌內(nèi)部溫度高于表面溫度。因此，為正確測量軌溫，應(yīng)在鋼軌全斷面進(jìn)行多點測量取其平均值。測量軌溫的工具有二種：1. 鋼軌水銀

12、溫度計：它用一段 80100cm 的短鋼軌，鋼軌頂刻一深槽（或在鋼軌橫斷面上沿鋼軌縱向鉆一深孔） ，埋入（或插入）一枝 -50 +100的水銀溫度計，并用鐵粉塞滿。使用時將其置于百葉箱旁。此種方法可準(zhǔn)確測量鋼軌內(nèi)部溫度。2. 吸附式軌溫計：這類溫度計利用自身磁體吸附于被測鋼軌表面，通過感溫元件測鋼軌溫度。它的體型小，現(xiàn)場使用攜帶方便。但感溫時間稍慢一些，一般需要 68 分鐘。采用在鋼軌全斷面進(jìn)行多點測量取其平均的方法可準(zhǔn)確測量鋼軌溫度。觀測時間：定時觀測與臨時觀測相結(jié)合。定時觀測，每日四次，即2時、 8 時、 14 時、 20 時。夏季氣溫高于 30，從 12 至 16 時，每 5 分鐘觀測一

13、次；或從 10 至 16 時，每 30 分鐘觀測一次。冬季氣溫低于 -20 , 晝夜半小時觀測一次。第三章溫度力及鎖定軌溫第一節(jié)溫度力一根長度為 可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化t 時，其伸縮量為：at（3-1 ）式中鋼軌的線膨脹系數(shù)，取 11.8 ×10-6 / ；鋼軌長度（ m）t 軌溫變化幅度（） 。當(dāng)長度 =85m的鋼軌軌溫為 20時處于自由伸縮狀態(tài)，而當(dāng)其軌溫變化幅度 t =1時，其伸縮量11.810 6850001 1mm 。也就是說，這根處于自由伸縮狀態(tài)的鋼軌，當(dāng)軌溫為 21時，其長度為 85.001m；當(dāng)軌溫為 19時，其長度為 84.999m。這樣，處于自由伸縮狀態(tài)的鋼

14、軌長度同其軌溫就存在一一對應(yīng)關(guān)系。如果鋼軌完全被固定，不能隨軌溫變化而自由伸縮，則在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。根據(jù)虎克定律，溫度應(yīng)力為：E at(3-2)t E t EE t式中E 鋼軌鋼的彈性模量，E=20.6×104Mpa;7t 鋼軌的溫度應(yīng)變。將 E、之值代入（ 3-2 ）式則：t 20.58 ×104 ×11.8 ×10-6 × t = 242.8t(3-3)由（ 3-3 ）式我們可以推論出以下兩點：1、鋼軌被完全固定后所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，僅與軌溫變化幅度t 成直線比例關(guān)系，而與鋼軌本身長度無關(guān)。因此，從理論上說，鋼軌可任意增長而不影響其內(nèi)部

15、溫度應(yīng)力值。這就是跨區(qū)間無縫線路可以鋪設(shè)的理論根據(jù)。2、降低鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力的關(guān)鍵，在于如何控制軌溫變化幅度t 。一根被完全固定的鋼軌，當(dāng)軌溫變化幅度為t 時，其所受的溫度力Pt為：PttF242.8 tF(3-4)式中 F 鋼軌斷面積（ cm2）。第二節(jié)鎖定軌溫鎖定軌溫 t 鎖 又稱“零應(yīng)力軌溫”，一根鋼軌從自由狀態(tài)轉(zhuǎn)化為被完全固定狀態(tài)時的軌溫稱為鎖定軌溫。此時，鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力等于零。比如一根 25.0m 長的鋼軌被撥入線路，其兩端聯(lián)結(jié)上夾板，并擰緊接頭螺栓時的軌溫為 20，那么我們就可以將 20算作該鋼軌的鎖定軌溫。因為只要接頭螺栓被擰緊，那么該根鋼軌的自由伸縮就受到完全限制，無論是升

16、溫還是降溫，鋼軌內(nèi)部均產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由此，我們也可以認(rèn)為：鎖定軌溫是鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力的起算點。因此，鎖定軌溫是設(shè)計、鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)無縫線路的重要技術(shù)資料，我們必須予以高度重視。第三節(jié)設(shè)計鎖定軌溫目前設(shè)計單位采用下式計算焊接長鋼軌的設(shè)計鎖定軌溫：鎖定軌溫上限 t =t+5(3-5)me鎖定軌溫下限 t n=t e-5 (3-6)式中 te 是焊接長鋼軌的中和軌溫（） 。中和軌溫 t e 的計算式為：t e=TmaxTmin t 升 t 降（3-7）22tK8式中 t升 焊接長鋼軌由穩(wěn)定性控制的允許溫升（）；t降 焊接長鋼軌由強度條件和緩沖區(qū)滿足預(yù)留軌縫技術(shù)條件共同控制的允許溫降（） ；t k中和軌溫

17、的修正值，考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件，可取t k =± 05。t升Tmint nt mt 中t eTmaxt降圖 3-1圖中 t e 為 t 升 和t 降 重合部分的中點，t 中 為中間軌溫， 中 = Tmax Tmin2（）。大規(guī)第 3、 6、 3 條規(guī)定：“寒冷地區(qū)（最大軌溫幅度超過90的地區(qū)）鋪設(shè)條件按附錄三中允許鋪設(shè)無縫線路最大軌溫幅度的規(guī)定。若鎖定軌溫范圍采用10，允許鋪設(shè)無縫線路最大線路幅度超出規(guī)定值時，鎖定軌溫范圍采用68。”由圖 3-1 可以看出，設(shè)計最大升溫幅度為（ Tmax-t n） , 則設(shè)計最大溫度壓力 P =242.8F(T-t) ；設(shè)計最大降溫幅度為（ t -Tmi

18、n）, 則設(shè)計最大溫tmaxnm度拉力 Pt =242.8 × F× (t m-T min).第四節(jié)施工鎖定軌溫施工鎖定軌溫是焊接長鋼軌鋪設(shè)時的實際鎖定軌溫。采用換軌小車鋪設(shè)焊接長鋼軌，通常取其始端和終端入槽時所測定的軌溫平均值，即鋪設(shè)時的平均鎖定軌溫t 鎖 = t始t終 。同時要求始終端就位時的軌溫必須控制在2設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)，否則應(yīng)待軌溫適宜時，將焊接長鋼軌放散應(yīng)力后重新鎖定。采用換軌小車鋪設(shè)焊接長鋼軌的過程中，已鋪的長軌一端處于鎖定狀態(tài)，待鋪的另一端處于非鎖定狀態(tài)。而整個鋪設(shè)過程歷時 3 小時左右，總之長軌中的每一段的實際鎖定軌溫始終處于變化之中。也就是說，即使長軌

19、鋪設(shè)時始、終端就位時的軌溫均在設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)，長軌中每一段9的實際鎖定軌溫均不等于長軌的平均鎖定軌溫。這樣長軌在鋪設(shè)時就已經(jīng)存在溫度力縱向分布不均勻的問題，當(dāng)然這僅僅是造成無縫線路縱向力分布不均勻的原因之一。原齊齊哈爾鐵路局于一九八零年十月在最大軌溫幅度 97.5 的平齊線白城至西青龍間 355 公里 500 米 357 公里 500 米鋪設(shè)了兩段無縫線路試驗段。其中，第二焊接長軌長度為 899.10 米。爬行觀測樁的布置見圖 3-2 。樁號 12345678910.99.55m100m100m100m100m100m100m100m99.55m圖 3-2第二長軌節(jié)鋪設(shè)時鎖定軌溫為 13，

20、一九八一年五月放散應(yīng)力后鎖定軌溫為 27。該段溫度應(yīng)力放散采用滾筒法，長軌每隔 8 米置一滾筒。施工前二趟慢行，中間扣件隔一松一。封鎖開始，即松開扣件，打下防爬，螺栓涂油，抬起長軌，放置滾筒；長軌置于滾筒上后，用木錘敲擊長軌；長軌基本達(dá)到放散量后，從兩端向中間撤滾筒；長軌落槽后，擰緊接頭螺栓和中間扣件螺栓、安裝、打緊爬防器、檢查、開通線路。該段長軌理論計算伸長量和實際伸長量列于表 3-1 。表 3-1樁號12345678910計算伸長量71.357.841.324.88.38.324.841.357.874.3（mm）實際左股8268432331434568295（mm）實際右股8272482

21、981634568290（mm）第二長軌節(jié)計算伸長量為 148.5 毫米，左股實際伸長量177 毫米，比計算量多 28.5 毫米；右股實際伸長量172 毫米，比計算量多23.5 毫米。如果，我們將該節(jié)長軌上一年鋪設(shè)時的鎖定軌溫13稱為“名義施工鎖定軌溫”；那么該節(jié)長軌左股實際平均施工鎖定軌溫則為10.8 ，右股實際平均施工鎖定軌溫則為 10.3 。為了研究兩樁間實際施工鎖定軌溫，我們將相鄰兩樁間計算伸長量和實際伸長量列于表 3-2 。10表 3-2樁號1223344556677889910樁間計算伸長16.516.516.516.516.516.516.516.516.5量（mm）實際左股（m

22、m）142520201720222613實際右股（mm）10241921241822268根據(jù)表 3-2 中數(shù)值，我們將相鄰兩樁間實際施工鎖定軌溫繪于圖3-3 。12345678910.15.16.5左12. 513.9. 59. 59. 57. 55. 86. 518. 520. 2右10. 99. 29.211. 78.36.65. 8圖 3-3由于該段長軌線路坡度為0.8 ，上下行通過總質(zhì)量相近。 試驗期間每周檢查一次中間扣件扭力矩，發(fā)現(xiàn)不足，就及時復(fù)擰。故此，第 2 至第 9 樁間固定區(qū)鋼軌基本未出現(xiàn)爬行。因此，溫度應(yīng)力放散時所表現(xiàn)出的實際與計算伸長量的不同，主要還是在鋪設(shè)鎖定時造成的

23、。總之，施工鎖定軌溫是計算長軌條實際軌溫變化幅度的依據(jù)，也是無縫線路養(yǎng)護(hù)維修的依據(jù)。因此，施工鎖定軌溫是普通無縫線路和超長無縫線路的重要資料，必須正確測量、記錄、妥善保存。第五節(jié)維修作業(yè)鎖定軌溫一根長度為 1000m的 CD段長軌條在軌溫 20時被完全鎖定，那么 CD 段長軌條的施工鎖定軌溫 t 鎖 為 20。當(dāng)軌溫上升至 40時， CD段長軌條2的長度未變，而其內(nèi)部卻產(chǎn)生了溫度壓應(yīng)力t =242.8 × 20=4856N/cm。85.01m84.99mABCD圖 3-4如圖 3-4 所示， CD段長軌條在 20被鎖定時，其中 A、B 段長度均為85m。在運營過程中，由于種種原因 A

24、、B兩段的長度變化為 85.01m和 84.99m，11而 CD段長度未變。此時， CD段長軌條的鎖定軌溫仍為 20，而 A 段的鎖定軌溫改變?yōu)?30， B 段的鎖定軌溫改變?yōu)?10。鐵路線路維修規(guī)則（以下簡稱維規(guī)）第 4.3.4 條規(guī)定：“進(jìn)行無縫線路維修作業(yè)，必須掌握軌溫，觀測鋼軌位移，分析鎖定軌溫變化，按實際鎖定軌溫，根據(jù)作業(yè)軌溫條件進(jìn)行作業(yè)， ” 。上述 A、B 段改變后的鎖定軌溫就是本節(jié)所指的維修作業(yè)鎖定軌溫， 維規(guī)中混凝土枕無縫線路維修作業(yè)軌溫條件（表 4.3.7 ）就是以維修作業(yè)鎖定軌溫為依據(jù)。第四章普通無縫線路溫度力的縱向分布溫度力沿長軌條的縱向分布規(guī)律，常用溫度力分布圖表示。

25、溫度力分布圖的橫坐標(biāo)表示鋼軌長度，縱坐標(biāo)表示鋼軌的溫度力，一般拉力為正，壓力為負(fù)。鋼軌內(nèi)部溫度力和鋼軌外部阻力隨時保持平衡是溫度力縱向分布的基本條件。一根長軌條沿其縱向的溫度力分布并不是均勻的。它不僅與阻力和軌溫變化幅度等因素有關(guān)，而且還與軌溫變化過程有關(guān)。第一節(jié)長軌條鋪設(shè)鎖定后軌溫變化過程長軌條若在秋季鋪設(shè)， 其軌溫變化過程參見圖 1-4 。長軌條若在春季鋪設(shè)，其軌溫變化過程參見圖 4-1 。TminT鎖Tmax圖 4-1通常寒冷地區(qū)鋪設(shè)無縫線路，長軌條的鎖定軌溫t 鎖 t 中 。這樣，長軌條的最大升溫幅度 max t 升小于最大降溫幅度 max t 降 ，長軌條固定區(qū)的最大溫度壓力 max

26、Pt小于最大溫度拉力 maxPt。第二節(jié)長軌條的約束條件及其特點1、接頭阻力的約束條件為簡化長軌條溫度力縱向分布規(guī)律的研究，通常假定接頭阻力Rj 為常12，Rj （理論上，量。當(dāng)溫度力 Pt 小于接頭阻力 Rj 時，鋼軌與夾板間不發(fā)生任何相對位移，有多少溫度力作用于接頭上，接頭就提供多少阻力與之相平衡。如果沒有溫度力作用于接頭，接頭就不提供任何阻力，接頭阻力是被動力。僅當(dāng)溫度力大于接頭阻力 Rj 時，鋼軌方能開始伸縮。此時，接頭仍提供為常量的最大接頭阻力 Rj ，以與溫度力相抗衡。當(dāng)軌溫變化使原來為縮短的長軌條轉(zhuǎn)為伸長時， 或從伸長轉(zhuǎn)為縮短時，只有在原方向上的接頭阻力 Rj 已被抵消，反方向的

27、接頭阻力Rj ， 的量值等于 Rj ）已被克服后方能實現(xiàn)。即長軌條從縮短轉(zhuǎn)為伸長，或從伸長轉(zhuǎn)為縮短的過程中，必須克服雙倍的接頭阻力。2、道床縱向阻力的約束條件在現(xiàn)有的軌道條件下，只有當(dāng)軌枕因溫度力被帶動在道床中產(chǎn)生一微小位移時，道床才能提供阻力。同樣地，僅當(dāng)溫度力 Pt 克服接頭阻力 Rj 后的余量大于道床縱向阻力時，鋼軌方能開始伸縮。而當(dāng)長軌條從縮短轉(zhuǎn)為伸長，或從伸長轉(zhuǎn)為縮短，也要克服雙倍道床縱向阻力后方能實現(xiàn)。嚴(yán)格地說，道床縱向阻力不僅與軌枕位移量有關(guān)，而且動態(tài)響應(yīng)與靜態(tài)響應(yīng)也不一樣。但為了簡化計算，通常假定道床的單位長度縱向阻力為常值，僅有方向上的變化，也不考慮動荷載作用的影響。第三節(jié)長

28、軌條溫度力縱向分布及受力圖綜上所述，研究長軌條溫度力縱向分布規(guī)律的基本前題如下：1、鎖定軌溫 t 鎖高于中間軌溫t 中由于 t 鎖t 中，則有 max t 降max t 升，maxPtmaxPt，還有冬季長軌條的伸縮區(qū)長度 L 伸夏季伸縮區(qū)長度 L伸 。2、扣件阻力大于道床縱向阻力由于扣件阻力大于道床縱向阻力，則有軌道框架受軌溫變化影響相對道床產(chǎn)生微量位移，而鋼軌與軌枕間不產(chǎn)生相對運動。3、假定接頭阻力 Rj 為常值，假定道床的單位長度縱向阻力P為常量。研究長軌條溫度力縱向分布， 首先按圖 1-4 ，假定軌溫變化的循環(huán)過程13為： t 鎖 Tmin TmaxTmin 。第五章無縫線路的動態(tài)穩(wěn)定

29、性無縫線路推廣使用的關(guān)鍵問題在于穩(wěn)定性。脹軌跑道是無縫線路失穩(wěn)的主要形式。隨著列車運行速度的不斷提高及重載列車的開行，列車的動力作用加劇，無縫線路的穩(wěn)定性問題日益突出。脹軌跑道現(xiàn)象在各國鐵路每年都有發(fā)生，嚴(yán)重地危及行車安全，一直為國內(nèi)外鐵路部門高度重視。歷年來無縫線路造成事故之實例說明，多數(shù)事故都發(fā)生在線路狀態(tài)惡化的情況下，在行車中軌道的臌曲多發(fā)生在脫線列車的中部和尾部。因此研究軌道動態(tài)失穩(wěn)規(guī)律是穩(wěn)定性研究的一項重要課題，受到各國軌道界的重視。第一節(jié)彈動現(xiàn)象1、無縫線路動態(tài)失穩(wěn)的前兆“彈動現(xiàn)象”鐵道科學(xué)研究院對動態(tài)穩(wěn)定試驗的測試發(fā)現(xiàn)了動態(tài)失穩(wěn)的前兆“彈動現(xiàn)象”，從試驗中看出，無縫線路在溫度力與

30、列車動載的共同作用下，軌道不平順處將產(chǎn)生彎曲變形。隨著軌溫升高和行車次數(shù)增加，軌道彎曲變形逐漸擴大。當(dāng)軌溫升到一定值時，一次過車彎曲變形突然劇增。有時即使軌溫不再升高， 隨著行車次數(shù)的增加， 彎曲變形繼續(xù)擴大， 軌道將產(chǎn)生 “彈動現(xiàn)象”。有時無縫線路可能從穩(wěn)定平衡直接進(jìn)入不穩(wěn)定平衡。軌道失穩(wěn)不僅與平面不平順有關(guān)，而且還與立面不平順有關(guān)。根據(jù)上述試驗結(jié)果， TB2098-89 已將“彈動現(xiàn)象” 列為無縫線路動態(tài)失穩(wěn)的征兆，規(guī)定高溫季節(jié)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)時，或在作業(yè)之后，若發(fā)現(xiàn)過車后線路彎曲變形突然擴大，必須立即設(shè)置停車信號防護(hù)并進(jìn)行處理，防止發(fā)生行車事故。2、動態(tài)穩(wěn)定性試驗鐵道科學(xué)研究院于 198

31、41985 年在環(huán)形線試驗基地進(jìn)行無縫線路動態(tài)穩(wěn)定性試驗。試驗軌道為 60kg/m 鋼軌、混凝土軌枕每公里配置 1840 根、彈條 I 型扣件、碎石道床、肩寬 40 50cm、無縫線路鎖定軌溫 t 鎖 =-5 。試驗由軸重 23t 的韶山 I 型電力機車、 軸重 25t 的 C75 貨車、軸重 21t 的 C61 貨車和軸重 22.6t 的 C62 貨車組成。試驗線預(yù)設(shè)平面或立面不平順。在溫度力與列車動載的共同作用下，試驗中發(fā)生 6 次動態(tài)失穩(wěn)，其中一次失穩(wěn)情況如下：在 R=600m曲線上試驗編號 NO.10-1 處， Lo=10m、f o=28mm（標(biāo)準(zhǔn)正14矢應(yīng)為 f o=22mm，曲線內(nèi)

32、股有 f oP=3mm的硬彎），試驗前曾多次拔道，道床橫向阻力降低，試驗中列車以 V=80km/h速度運行 17 次，軌溫 t=54 ，即溫升 t 59 ，軌道彎曲變形擴大 f=15mm，曲線正矢達(dá) f o =43mm，列車不間斷運行，軌道彎曲變形繼續(xù)擴大，以致軌道動態(tài)失穩(wěn)。失穩(wěn)過程如圖5-1 。A軌溫( )6050403020100 28303234363840 變形矢度（ mm）l=10mC =22mm00B行車系數(shù)N20151050303234363840 區(qū)形矢度 f(mm)28圖 5-1b）直線地段，設(shè)置半波長o6m ， fo9mm 初始彎曲；不行車情況，軌溫上升幅度 t 63 ；行

33、車情況，軌溫上升幅度 t 56 ，且列車通過總重 1.5Mt ，軌道一直保持穩(wěn)定。3、無縫線路產(chǎn)生“彈動現(xiàn)象”而失穩(wěn)的主要原因鐵道科學(xué)研究院認(rèn)為，無縫線路產(chǎn)生“彈動現(xiàn)象”而失穩(wěn)的主要原因是由于在列車輪重作用下，兩轉(zhuǎn)向架之間的軌排受負(fù)彎矩作用而浮起，造成道床橫向阻力降低。在試驗基地R=600m的曲線地段，測試軌排最大可能浮起量，行駛電力機車時為3.40mm，行駛 C75 貨車時為3.05mm。為測量軌15排浮起后的道床橫向分布阻力，采用了軌排浮起裝置，當(dāng)浮起量達(dá) 3.50mm 時，測量的道床橫向分布阻力比未浮起時的數(shù)值降低 3040%。軌排浮起是考慮無縫線路動態(tài)穩(wěn)定不應(yīng)忽視的重要因素，尤其在列車

34、動態(tài)通過時，浮起處與不平順處重合時的情況，對無縫線路的穩(wěn)定最為不利。以國內(nèi)外研究情況而言，一般認(rèn)為無縫線路的動、靜態(tài)失穩(wěn)問題是因較高的鋼軌壓力、弱軌道情況和車輛荷載引起的過大位移產(chǎn)生的。其中車輛荷載的影響包括：動態(tài)軌排浮起引起的道床阻力下降，慣性力的出現(xiàn)，以及豎向及橫向車輪荷載的作用。弱軌道情況包括：橫向阻力不足，軌道不平順，鎖定軌溫的下降。第二節(jié)穩(wěn)定性安全儲備量的分析鐵道科學(xué)研究院根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)， 繪制了各種情況下的P- f 或tf平衡狀態(tài)曲線。他們認(rèn)為應(yīng)按線路實際可能存在的不利情況計算臨界膨曲溫升，按限制橫向累積變形的條件確定允許溫升。并且采用基本安全系數(shù) KA 和附加安全系數(shù) KC，對

35、我國無縫線路穩(wěn)定性的安全儲備量作出了較合理的定量分析。1、基本安全系數(shù)KA他們認(rèn)為，無縫線路穩(wěn)定性計算，不能把臨界溫升作為允許溫差使用。由于下列因素影響：a）初始彎曲分布的隨機性，道床密實度、扣件擰緊度的不均勻性；b）軌溫測量的不精確；c）計算結(jié)果的誤差；d）高溫下，無縫線路可能產(chǎn)生橫向累積變形。因而，穩(wěn)定性允許溫差的計算，應(yīng)當(dāng)考慮一定的安全儲備量，并以安全系數(shù) KA：tkK Atc 定量評價無縫線路穩(wěn)定性安全儲備量。式中 K A無縫線路穩(wěn)定性基本安全系數(shù)；t k 無縫線路喪失穩(wěn)定時的臨界溫差，其值大小表征線路為保持穩(wěn)定性能承受的最大軌溫變化的幅度；16tc 無縫線路穩(wěn)定性允許溫差。允許溫差的

36、設(shè)計， “統(tǒng)一公式”取軌道變形量f0.2cm 對應(yīng)的誤差作為允許溫差，并認(rèn)為軌枕位移量在 0.2cm 以內(nèi)，道床處于彈性變形范圍。他們認(rèn)為，根據(jù)實測資料，在荷載作用下，軌枕微量位移，卸載后，道床也會產(chǎn)生殘余變形，因此取對應(yīng)于f0.2cm 的軌溫差作為允許溫差，高溫季節(jié)軌道會產(chǎn)生累積變形而降低穩(wěn)定性。他們認(rèn)為，允許溫差的確定，應(yīng)把限制軌道累積變形作為基本條件，有利于提高無縫線路的穩(wěn)定性。他們根據(jù)測得的日溫差頻數(shù)及軌溫晝夜變化下無縫線路的橫向累積變形，經(jīng)計算，取f0.02 0.05cm 所對應(yīng)的軌溫差 t 作為無縫線路穩(wěn)定性允許溫差 tc 。f 取值與軌道結(jié)構(gòu)類型及道床密實度有關(guān)，通常取 f 0.

37、02cm 。這樣，只要初始彎曲不超過設(shè)計允許值，鎖定軌溫至最高軌溫的溫度差也不超過允許值， 在高溫季節(jié)一晝夜時間內(nèi)，無縫線路的最大彎曲變形量不超過 0.02cm，經(jīng)過一個季節(jié)運營后，累積變形量就不會超過 0.2cm。如果軌道結(jié)構(gòu)采取加強措施， 臨界軌溫差提高， 在保證安全儲備量不改變的情況下， f 值也可采用 0.02 0.05cm。他們根據(jù)三種機型、混凝土軌枕1840 根/km、列車輪重作用下兩轉(zhuǎn)向架之間的軌排受負(fù)彎矩作用而浮起的實測阻力，計算求得直線及不同半徑曲線的臨界溫差 tk ，允許溫差 tc，從而求得基本安全系數(shù) K ，見表 5-1 。A表 5-1鋼軌類型在線及 R2000m曲線曲線

38、半徑 （m）100080060040060kg/m1.441.551.511.501.5450kg/m1.361.521.551.541.692、附加安全系數(shù)Kc。由于以下兩個附加因素：a）無縫線路縱向力分布不均勻；b）運營過程中鎖定軌溫的變化。他們認(rèn)為還應(yīng)考慮附加安全系數(shù)Kc。穩(wěn)定性計算時，不論直線或曲線均應(yīng)考慮在軌道彎曲變形范圍內(nèi)，縱向力分布不均勻的峰值相當(dāng)10溫度力，把其換算為均勻分布縱向力p ，17經(jīng)計算p 相當(dāng) 8溫度力，在穩(wěn)定性計算中予以考慮。在確定穩(wěn)定性允許溫差時，還應(yīng)考慮無縫線路經(jīng)過長期運營后鎖定軌溫的變化。 根據(jù)試驗及統(tǒng)計分析， 鎖定軌溫變化在 8以內(nèi)， 由設(shè)計予以修正。對鎖

39、定軌溫變化的修正，直線與曲線區(qū)段采取不同處理辦法。在直線及半徑 R2000m曲線區(qū)段上，為保證有充裕的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)時間，考慮高溫季節(jié)也可以安排必要的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)。因此，設(shè)計時在允許鋪軌溫差中，修正鎖定軌溫 8的差異。在半徑 R<2000m的曲線區(qū)段上，鎖定軌溫差異在作業(yè)安排的軌溫差中加以修正，而允許鋪軌溫差不作修正，修正值仍為 8。因此，在曲線上允許安排作業(yè)的軌溫差比允許鋪軌的軌溫差低 8，也就是說，在曲線區(qū)段上，高溫季節(jié)，當(dāng)軌溫超過鋪軌允許溫差減 8，全天不得安排養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)。考慮以上兩個附加因素，經(jīng)計算，求得三種機型、混凝土軌枕 1840 根/km、直線及不同半徑曲線附加安全系數(shù) K

40、c，如表 5-2 所列。表 5-2鋼軌類型在線及 R2000m曲線曲線半徑 （m）100080060040060kg/m1.321.171.171.191.2450kg/m1.321.171.171.181.233、穩(wěn)定性實際安全系數(shù)K OKA 與 KC 的乘積，則為穩(wěn)定性實際安全系數(shù)K O ，其值表征無縫線路實際安全儲備量。由計算求得三種機型、混凝土軌枕 1840 根/km，直線及半徑 R>800m曲線，道床肩寬 40cm；R800m曲線，道床肩寬 45cm且碴肩堆高 16cm，不同線路平面，穩(wěn)定性臨界溫差tk ，允許溫差 tc 、安全系數(shù) Ko ，結(jié)果如表12-3 所列。所謂三種機型

41、是指、前進(jìn)型蒸汽機車、東風(fēng)4 型內(nèi)燃機、韶山 2 型電力機車。18表 5-3臨界溫升tk曲線半徑（ m）鋼軌允許溫升直線及 R類型 tc2000m（kg/m）曲線1000800600500400安全系數(shù) K otk90858580767150tc504847443934K o1.821.771.811.821.952.08tk95878375696360tc504847423833K o1.901.811.771.791.821.91tk88757568635775tc484645403630K o1.831.631.671.701.751.90第三節(jié)由“彈動現(xiàn)象”引發(fā)的不同觀點由于“彈動現(xiàn)象

42、”的發(fā)現(xiàn)，在對無縫線路動態(tài)穩(wěn)定性的深入研究中，我國鐵路界中的一些學(xué)者提出了以下觀點：有人認(rèn)為，“考慮到行車時軌排浮起后的道床阻力將有所降低，在碎石道床、混凝土枕軌道的 Q值可參照表 5-4 數(shù)值取用。”表 5-4每千米線路軌枕鋪設(shè)置碎石道床、混凝土枕（根）肩寬 40cm肩寬 45cm、堆高 15cm176059.2(N/cm)66.8(N/cm)184061.3(N/cm)69.3(N/cm)有人認(rèn)為，“計算結(jié)果表明， 在同一條件下（即 Q、EJ 均相同的情況下），如取安全系為 1.2 1.25 ，則臨界狀態(tài)公式的計算值十分接近于“統(tǒng)一公式”的計算值。也就是說，在 P-f 曲線上，“統(tǒng)一公式”

43、取值的點已接近臨界點?！敖y(tǒng)一公式”安全系數(shù)取 1.25 ，其相對臨界狀態(tài)的儲備只有 45%50%，似乎偏低。根據(jù)線路的實際狀態(tài)分析軌道的穩(wěn)定性，若采用臨界狀態(tài)公式，19其安全系數(shù)應(yīng)取2。”有人認(rèn)為，“寒冷地區(qū)無縫線路溫度力大， 長軌節(jié)的伸縮量也大， 因此，根據(jù)情況不同，采用溫度應(yīng)力式或定期放散溫度應(yīng)力式。 ”還認(rèn)為“對于使用 50kg/m 鋼軌、混凝土枕、軌枕配置根數(shù) 1840 根 /km、碎石道床、肩寬 45cm、碴肩堆高 16cm、年軌溫變化幅度 100地區(qū)，可在直線及半徑 R 800m 曲線上鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路。 ”有人認(rèn)為，“哈爾濱以北地區(qū)均在 100以上， 。綜上所述，在年軌溫差

44、 95以下的地區(qū)，可以鋪設(shè)溫應(yīng)力式無縫線路。但這仍不能滿足更廣大的寒冷地區(qū)鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路的客觀需要。 ”凡熟悉無縫線路穩(wěn)定性計算的人都知道，如果等效道床阻力Q 值采用表 12-4 中數(shù)值計算，寒冷地區(qū)還能否鋪設(shè)無縫線路將成為疑問；如果取安全系數(shù) K=2，對韶山 2 型機車， V=100km/h 、50 kg/m 鋼軌、混凝土枕 1840根 / km、碎石道床、肩寬 40cm的計算條件，將使歷年軌溫變化幅度 80以上地區(qū)都成為鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路的“禁區(qū)”。凡熟悉我國無縫線路發(fā)展史的人都知道， 1980 年我國在試圖突破寒冷地區(qū)不能鋪設(shè)無縫線路這一 “禁區(qū)”時，原東北五局各試鋪了二公里

45、 50kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力式無縫線路試驗段，當(dāng) 1989 年對該項部級重大科研成果鑒定后，寒冷地區(qū)大規(guī)模鋪設(shè)的是 60kg/m 鋼軌的溫度應(yīng)力式無縫線路。個別著名學(xué)者只肯定寒冷地區(qū)十公里 50kg/m 鋼軌試驗段，而對寒冷地區(qū)十余年來鋪設(shè)的數(shù)千公里 60kg/m 鋼軌的普通無縫線路和區(qū)間無縫線路卻只字不提。我們不禁要問，是應(yīng)將它們拆除？還是將它們改成定期放散溫度應(yīng)力式？第六章脹軌跑道的防治寒冷地區(qū)歷年軌溫變化幅度越大，冬季或夏季無縫線路所承受的溫度拉力或壓力越大，鋼軌折斷及脹軌跑道的幾率越大。二十余年寒冷地區(qū)試鋪和大規(guī)模鋪設(shè)無縫線路的實踐表明，寒冷地區(qū)冬季由于道床處于凍結(jié)狀態(tài)，道床縱橫向阻力

46、增大，焊接長鋼軌斷裂后的斷縫值一般均小于理論計算值。因此，冬季鋼軌一旦折斷，只要能及時發(fā)現(xiàn)和處理，均不危及行車安全。由此，只要夏季能夠防止脹軌跑道，寒冷地區(qū)鋪設(shè)的無縫線路就能保證運輸安全。寒冷地區(qū)無縫線路防止脹軌跑道的指導(dǎo)思想，我們認(rèn)為可以用以下三句話概括：一是注意發(fā)展保持穩(wěn)定的因素，克服、限制喪失穩(wěn)定的因素；二是可靠的線路結(jié)構(gòu)和良好的線路狀態(tài)對保持無縫線路的穩(wěn)定同樣起決定性作用；三是高溫季節(jié)應(yīng)集中力量對薄弱地段采取有效措施實施重點監(jiān)控，確保行車安全。20第一節(jié)影響無縫線路穩(wěn)定性的因素對無縫線路脹軌跑道事故大量調(diào)查后得出的結(jié)論是：很多次脹軌跑道事故并非溫度力過大所致，而是由于對無縫線路起穩(wěn)定作

47、用的因素認(rèn)識不足，在養(yǎng)護(hù)維修中破壞了這些因素而發(fā)生的。因此，我們必須研究喪失穩(wěn)定與保持穩(wěn)定兩方面的因素，注意發(fā)展有利因素，克服、限制不利因素，防止脹軌跑道事故，以充分發(fā)揮無縫線路的優(yōu)越性。1、穩(wěn)定因素保持無縫線路穩(wěn)定的因素有道床橫向阻力和軌道框架剛度a）道床橫向阻力道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱道床橫向阻力，它是防止無縫線路脹軌跑道，保證線路穩(wěn)定的主要因素。據(jù)蘇聯(lián)經(jīng)驗，穩(wěn)定軌道的力， 65% 是由道床提供的，而軌道框架剛度為 35%。道床對每根軌枕的橫向阻力 Q，用試驗方法求取。圖 12-6 是鐵道科學(xué)研究院和呼和浩特鐵路局 1987 年在寒冷地區(qū)最大軌溫幅度 93.4 、R=400m曲線上試鋪 60kg/m 鋼軌無縫線路測定的。圖中可見，道床橫向阻力 Q和軌枕橫向位移 y 存在相關(guān)關(guān)系， Q隨 y 的增大而增長。 對于經(jīng)過維修作業(yè)后的曲線，當(dāng) y 達(dá)到某一定值時， Q接近常量， y 繼續(xù)增大，道床即被破壞。此外，道床橫向阻