第四章無縫線路設(shè)計(jì)

1、第四章 無縫線路設(shè)計(jì)第一節(jié) 無縫線路基本技術(shù)要求一、無縫線路結(jié)構(gòu)形式和鎖定軌溫?zé)o縫線路的基本結(jié)構(gòu)形式為溫度應(yīng)力式。鋪設(shè) 50kg/m 和 60kg/m 鋼軌無縫線路， 鎖定軌溫范圍， 可參照由鐵路局規(guī)定的鋪設(shè)無縫線路容許溫度差表 。二、無縫線路鋪設(shè)地段和位置無縫線路的鋪設(shè)地段和位置，應(yīng)符合下列條件：1、軌下基礎(chǔ)穩(wěn)定，線路沒有翻漿冒泥、下沉擠出大于 15mm 的凍害。2、半徑為800m 以及以下的曲線地段，應(yīng)盡量采用全長淬火軌或耐磨軌。3、橋梁有淺基、孔徑不足、偏心超限、載重等級(jí)不足或支座、墩臺(tái)等嚴(yán)重病害和下承板梁上，鋪設(shè)無縫線路須嚴(yán)格進(jìn)行檢查。4、橋上鋪設(shè)無縫線路，除符合下列條件者外，均應(yīng)檢查

2、鋼軌、墩臺(tái)的受力狀態(tài)、軌道防爬能力及鋼軌低溫?cái)嗫p值等：（ 1） 在無碴橋上， 年最大軌溫幅度為8690地區(qū)，橋跨總長為 65m 及以下的 50kg/m 鋼軌、橋跨總長為 100m 及以下的 60kg/m 鋼軌；年最大軌溫幅度為85及以下地區(qū)，橋跨總長為 200m 及以下的 50kg/m 鋼軌、 橋跨總長為 165m 及以下的 60kg/m 鋼軌。（ 2）在有碴橋上，跨度為32m 以下（包括單跨和多跨） 、橋全長在無縫線路固定區(qū)內(nèi)、年最大軌溫幅度超過80的地區(qū)，橋上應(yīng)鋪設(shè)混凝土枕或木枕分開式扣件。5、在隧道長度為1000m及以上時(shí)，鋪設(shè)無縫線路宜將隧道內(nèi)單獨(dú)鋪設(shè)一段長軌， 伸縮區(qū)設(shè)于隧道洞口內(nèi)方

3、， 緩沖區(qū)盡量設(shè)置在隧道洞口外。 隧道長度小于1000m,可不單獨(dú)鋪設(shè)。三、無縫線路結(jié)構(gòu)組成溫度應(yīng)力式無縫線路包括固定區(qū)、伸縮區(qū)和緩沖區(qū)。1、伸縮區(qū)長度根據(jù)計(jì)算確定。2、固定區(qū)為長軌減去兩端伸縮區(qū)的長度。每段長軌的長度，應(yīng)根據(jù)線路情況和施工條件決定， 原則上應(yīng)與自動(dòng)閉塞區(qū)段的長度一致。 如受條件限制， 固定區(qū)也不應(yīng)短于 50m。3、緩沖區(qū)一般由 24 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軌或廠制縮短軌組成，有絕緣接頭時(shí)為 4 節(jié)。四、緩沖區(qū)和伸縮區(qū)的設(shè)置緩沖區(qū)應(yīng)設(shè)在下列地點(diǎn)：1、兩段長軌之間；2、道岔與長軌之間；3、自動(dòng)閉塞和軌道電路地段的絕緣接頭，一般應(yīng)不止在緩沖區(qū)的中間；4、其他必要的地點(diǎn)。緩沖區(qū)和伸縮區(qū)不得設(shè)置在平交

4、道口和不作單獨(dú)設(shè)計(jì)的無碴橋上， 不宜設(shè)在曲線上。困難條件下，緩沖區(qū)盡量避免設(shè)在緩和曲線上。五、緩沖區(qū)鋼軌接頭緩沖區(qū)鋼軌接頭，應(yīng)采用 10.9 級(jí)高強(qiáng)度接頭螺栓及平墊圈，接頭螺栓扭力矩應(yīng)達(dá)到900N - m。緩沖區(qū)軌縫尺寸，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。六、工廠焊接長鋼軌工廠焊接長軌條，可采用接觸焊， 、或氣壓焊，按經(jīng)批準(zhǔn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接。焊接成的長軌，必須嚴(yán)格檢查，不得有硬彎，以 1m 直尺測量，其矢度不超過 0.5mm， 對(duì)每個(gè)焊縫應(yīng)按照焊接技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀及探傷檢驗(yàn)， 填寫焊接記錄等技術(shù)資料。七、工地焊接長鋼軌長軌聯(lián)合接頭的焊接， 應(yīng)盡量使用移動(dòng)式氣壓焊。 用鋁熱焊時(shí)，氣溫不得低于 0，焊接

5、后須經(jīng)探傷檢查，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的接有必須重焊。聯(lián)合接頭應(yīng)成對(duì)接，相錯(cuò)不大于100mm,距橋臺(tái)擋硝墻不小于2m,并不得置于道口及無碴橋上。鋁熱焊縫距軌枕邊緣不得小于40mm。八、兩股長軌鎖定軌溫鋪設(shè)無縫線路時(shí)， 左右兩股長軌的鎖定軌溫應(yīng)基本相同， 如不同時(shí)，不得超過 5。第二節(jié) 鐵路線路分類及結(jié)構(gòu)型式鐵路線路， 是指供機(jī)車車輛組成的列車運(yùn)行的有軌道和路基、 橋涵、 隧道等建筑物等設(shè)備的統(tǒng)稱。 我國新建和改建的鐵路， 根據(jù)起在鐵路網(wǎng)中的作用、 性質(zhì)和遠(yuǎn)期客貨運(yùn)量的不同分成等級(jí)。 鐵路的等級(jí)不同， 鐵道線路及其工程結(jié)構(gòu)物都有不同的要求。一、鐵路軌道類型鐵路軌道是鐵道線路結(jié)構(gòu)的上部建筑， 有鋼軌及接頭配

6、件， 軌枕及中間扣件、道床及道岔設(shè)備等組成的一個(gè)整體的工程結(jié)構(gòu)物。鐵路線規(guī)GB5009099表 6.1.1 規(guī)定，正線軌道類型分為特重型、重型、次重型、中型和輕型等五種類型。而站線軌道類型則在鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50091 99 中明確規(guī)定。軌道類型， 按年通過總重而不是按年運(yùn)量確定， 道理是非常明顯的， 因?yàn)檐壍涝阼F路運(yùn)輸過程中實(shí)際所作的功是通過總重與運(yùn)距的乘積而不僅為年運(yùn)量與運(yùn)距的乘積。年通過總重包括凈重、機(jī)車和車輛的重量。單線按往復(fù)總重計(jì)算 ，雙線或多線按每一條線路分別計(jì)算。年通過總重可由年折算運(yùn)量乘以車皮系數(shù)來確定。二、鐵路線路結(jié)構(gòu)形式鐵路線路結(jié)構(gòu)， 按其鋪用鋼軌長度分為普通線

7、路和無縫線路兩種主要結(jié)構(gòu)形式。 普通線路鋪用的是標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌， 而無縫線路鋪用的是焊接長鋼軌。 無縫線路按鋪用焊接長鋼軌的長度又分為普通無縫線路、 區(qū)間無縫線路和跨區(qū)間無縫線路。普通無縫線路的焊接長鋼軌長度往往受鋼軌絕緣接頭、道岔等因素限制，一般為 1 2km ；區(qū)間無縫線路的焊接長鋼軌長度，受相鄰車站進(jìn)出站道岔的限制可達(dá)數(shù)公里； 而跨區(qū)間無縫線路的焊接長鋼軌的長度能貫穿若干個(gè)區(qū)間， 能達(dá)到數(shù)十公里或數(shù)百公里。無縫線路與普通線路相比， 具有顯著的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)驗(yàn)表明， 隨著鐵路任務(wù)日益繁重，鐵路運(yùn)營條件不斷發(fā)展，線路上鋼軌實(shí)現(xiàn)重型化、長型化，昔日線路上的主型鋼軌43 軌和 50 軌已

8、由今日的 60 軌和 75 軌代替； 鋼軌長度已由標(biāo)準(zhǔn)長度12.5m和25m發(fā)展到數(shù)百米、數(shù)千米，以至數(shù)百千米。所有這些軌道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施， 都能帶來節(jié)省線路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用， 改善輪軌間相互作用的條件的好處，此外， 無縫線路特別是跨區(qū)間無縫線路的行車平順性得到非常明顯的提高， 從而降低了線路的基本行車阻力， 節(jié)省列車牽引能耗， 也降低了機(jī)車車輛的維修費(fèi)用，還大大提高了鐵路旅客的旅行舒適度。 因此， 加速推廣 60 軌以至 75 軌無縫線路，加強(qiáng)軌下基礎(chǔ)以提高鐵道線路的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性， 將是長期內(nèi)一個(gè)不可稍有忽視的重要任務(wù)。鐵路線規(guī)GB50090 99 規(guī)定，新建鐵路采用特重型、重型軌道結(jié)構(gòu)的地段，路

9、基寬度應(yīng)按鋪設(shè)無縫線路的要求設(shè)計(jì)；改建既有線時(shí)，特重型、重型軌道在既有路基地段應(yīng)采用無縫線路， 有條件宜采用跨區(qū)間無縫線路； 次重型軌道宜采用無縫線路。第三節(jié) 無縫線路的計(jì)算一、確定正線軌道類型1、年通總重W 40Mt ；根據(jù)線規(guī)規(guī)定：正線軌道類型為重型2、確定正線軌道結(jié)構(gòu)：根據(jù)線規(guī)GB50090 99 規(guī)定，改建既有線時(shí)，重型應(yīng)采用無縫線路二、強(qiáng)度計(jì)算1、軌道條件DF4 機(jī)車前后有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架為三個(gè)軸，前后轉(zhuǎn)向架最近軸距為8.4 m,當(dāng)軸距大于5m以上時(shí)，相鄰輪子影響很小，可以不計(jì)。因此，尋找引起最大彎矩的最不利輪位時(shí)， 只要用一個(gè)轉(zhuǎn)向架的三個(gè)軸分別做為計(jì)算輪來求最不利輪位。而且，

10、還應(yīng)注意到轉(zhuǎn)向架的三個(gè)軸輪重一樣，軸距亦相同，所以 1、 3輪引起的彎矩應(yīng)當(dāng)相同，只要考慮其中一個(gè)即可。這樣，只要在1、 2 輪中找最 不利輪。計(jì)算時(shí)列表進(jìn)行。見下表：（ 1）計(jì)算 k 值in型鋼筋混凝土枕：1667根/ km1000000176050MPa600mm,因止匕:鋼軌支座剛度D:檢算鋼軌30000N / mm軌枕間距aD 30000Hi6000.00117mm504EJ 1, 4 2.1 105 3217 104這里60kg/m新軌對(duì)水平軸的慣性矩J 3217 104mm4。（2）計(jì)算P分別以動(dòng)1、動(dòng)2為計(jì)算輪，計(jì)算 P ,（值是根據(jù)kx值，查表可得）列 表進(jìn)行（見表31）,由表

11、中看出，動(dòng)1 （或動(dòng)3）輪 P 94967N為最大， 也就是最不利輪位，以它作為計(jì)算彎矩的依據(jù)1計(jì)算輪項(xiàng)目輪位EPi(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)11281511281511281594967.67x(mm)018003600kx02.1064.2121-0.16450.0063Pp(N)112815-18558.1710.7345動(dòng)2P(N)11281511281511281575698.87x(mm)180001800kx2.12402.124-0.16451-0.1645Pp(N)-18558.1112815-18558.1（3）計(jì)算靜彎矩MM 0p4k(4)計(jì)算動(dòng)彎矩MdMd M0(1

12、)f內(nèi)燃機(jī)車計(jì)算鋼軌軌底彎曲應(yīng)力時(shí)，速度系數(shù)為:0.4v 0.4 100 0.4100100A、在R 4000m的曲線上，容許欠超高0.75mm,計(jì)算偏載系數(shù):0.002 h 0.002 75 0.15在R 4000m的曲線上，橫向水平力系數(shù)f 1.45Md 20292094 (1 0.4 0.15)1.4545606481 N ?mmB、在直線地段上，橫向水平力系數(shù) f ,f 1.25Md 20292094 (1 0.4) 1.2535511165N ?mm(5)計(jì)算動(dòng)彎應(yīng)力jd , gd新軌截面模量 Wi 396 105mm5,W2 339 105mm5A、曲線軌底動(dòng)彎拉應(yīng)力MdgdWi4

13、5606481393 103115.2MPa軌頭動(dòng)彎壓應(yīng)力MdjdW2456064813339 10134.5MPaR直線軌底動(dòng)彎拉應(yīng)力Md gdWi355111653393 1089.67MPa軌頭動(dòng)彎壓應(yīng)力MdjdW235511165339 103104.75MPa(6)鋼軌強(qiáng)度檢算 94967 20292094 N ?mm4 0.00117已知無縫線路鋼軌的溫度應(yīng)力5lMPa ；對(duì)于 U74鋼軌，屈服極限s 405MPa ,安全系數(shù)K 1.3,因止匕，允許應(yīng)力 405 311.5MPak 1.3A 、曲線軌底115.2 51 166.2 134.5 51 185.5 89.67 51 1

14、40.67 104.75 51 155.75 所以東風(fēng)4型機(jī)車通過改曲線時(shí)，鋼軌強(qiáng)度滿足要求2、混凝土枕強(qiáng)度檢算(1)計(jì)算k值計(jì)算軌枕彎矩、道床應(yīng)力，用 D 70000N/mm0.00144mm列表(見表32)計(jì)算，動(dòng)輪1 P為最大，是最不利輪位表3 2計(jì)算輪項(xiàng)目輪位EPu(N)動(dòng)1動(dòng)2動(dòng)3動(dòng)1P(N)112815112815112815109543.4x(mm)018003600kx02.5925.184刀1-0.0272-0.0018P (N)112815-3068.57-203.067動(dòng)2P(N)112815112815112815106677.9x(mm)180001800kx2.62

15、802.628刀-0.02721-0.0272P (N)-3068.57112815-3068.57由上表可得:P 109543N(3)計(jì)算枕上動(dòng)壓力Rd東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車，計(jì)算枕上壓力時(shí)，速度系數(shù)及偏載系數(shù)為:0.3v 0.3 100 037q0 1000.002 h 0.002 750.15A、曲線不考慮橫向水平力系數(shù),RdR0(1)(1(1 0.3 0.15)0.001462)?ka P256810954365860NB、直線不考慮橫向水平力系數(shù)，則kaRd Rq(1) (1)?ka P(1 0.3)0.00146 56810954359046N(4)軌枕彎矩計(jì)算軌下截面正彎矩Mgda12

16、b/s%9Rd枕中截面負(fù)彎矩22 _Mzd4e 3L 12La1 8ea1K S Rd4(3L 2e)B、對(duì)于S-2型軌枕L2500mm,a1500mm,e 950mm,60kg / m 軌的軌底寬150mm,曲線地段Mgd 1M zd直線地段代入上式:Mgd 1Mzd50022 950150)65860 87430915N ?mm4 9502 3 2500212 2500 500 8 950 500 6586043 2500 2 9506235681N ?mm2500150- )59046 6662098N ?mm2 9508_224 9502 3 25002 12 2500 500 8 9

17、50 5005904643 2500 29505590526N ? mm3、道床頂面強(qiáng)度檢算對(duì)于S-2型軌枕，中部不掏空，有效支承長度e 1175mm，軌枕底面平均寬度為b 275mm,因止匕:A、曲線道床頂面壓應(yīng)力-Rd-m be65860275 11751.60.327MPaB、曲線道床頂面壓應(yīng)力與mbe59046275 11751.60.293MPa對(duì)于碎石道床允許應(yīng)力10.15MPa所以道床強(qiáng)度滿足要求。z 0.327MPaz 0.5MPaz 0.293MPaz 0.5MPa4、路基頂面強(qiáng)度檢算275 . ” ctg35196.4mm/,eh2 ctg1175ctg35 839.0mm

18、由原始資料可知，面磴厚為250mm,墊層厚為200mm,應(yīng)次，道床計(jì)算厚度h 250筆350mm。所以，該軌道路基頂面處于與h2之間，則路基頂面應(yīng)力:A、曲線地段Rdl2he/tg658602 350 1175 tg 350.115MPaRdl2he/tg590462 350 1175 tg 350.103MPa對(duì)于既有線粘砂土路基，允許應(yīng)力1 0.15MPa ,因此，滿足強(qiáng)度要求:10.115MPa 1 0.15MPa10.103MPa 1 0.15MPa三、無縫線路結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)1、無縫線路結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)因?yàn)閟405MPa ,安全系數(shù)K1.3則ss 405311.54MPaK 1.3A在R為4

19、000m的曲線制動(dòng)地段3dl fEa311.54一 一 51.18 10115.2 10_ 52.1 1075.20 Cdy fEa311.54 134.5 10551.18 10 5 2.1 10567.40CR在直線制動(dòng)地段dl fEa311.54 89.67 101.18 10 5 2.1 10585.50Ct 壓jdyfEa311.54 104.75 101.1810 5 2.1 10579.40C2、無縫線路穩(wěn)定性條件計(jì)算(1)試算曲線地段l值當(dāng) l 4000mm 時(shí),foefop 2mm , fJy 524 104mm42, Q6.68N/mm換算曲率RROP18 fOPR下400

20、00008 2612 1.25 10 mm 40002F 77.45 10271 627319mm22EJy 22 2.1_ 5_ 410524 102_2.17213_10 N ?mm21EJy 2l2- yQ R23EJy 2 2EJy 4(ffoe)Q (R/)6.682.172 1013 1.25 10 62.172 1013 1.25 10 6 )2 2.172131034(2 2)6.68214896542 mm2l 3859.6mm計(jì)算得到l與原假定10 4000mm不符0l03859.6mm ,重新計(jì)算匕；f/1 oelo -foeF 14896542 (4000)2(4000

21、 )21.862 mm以 fo/e1.862mm再次試算l ,求得22l2 4734785 mm2l 3838.6mm該l與第二次設(shè)的l0 3859.6mm不符，再設(shè)l0 3838.6mm,計(jì)算fo/e ；foe 1.84mm ,再求得到 l24708771.5mm2,則 l 3835mm,基本上與原來的l 3838.6mm相接近，因此?。簂 3835mm作為變形曲線長度,f /oe1.84mm 作為原始彈性初彎矢度。(2)求 Pn、PPn132.172 102 1.8414708771.543 6.68 14708771.53462 1.84 = 1.25 1014708771 .53295

22、3339.839NPPn2953339.839 2362671.871N1.25twPPf2362671.871 2 10 73192E2.1105 1.18 10 5 7319610C(3)試算直線地段l值4000mm 時(shí),foe2mm , f0P 2mm ,Jy 52410Q 6.68N/mm換算曲率1R/RopF 77.45102718 fOPl2=1106mm1 40002 _27319mmEJy2 2.1105 524 10422.1721013 N ? mm1 QEJy 2R/EJy3EJy 2 24(ffoe)Q (R/)6.682.17213,10110 63(2.172 10

23、13 1 10 6)2 2.172 1013 一 (2 2) 6.684 213805598mm3715.6mm計(jì)算得到l與原假定lo 4000mm不符。設(shè)lo3715.6mm,重新計(jì)算 匕;工 /2 foe2foe Io - 13805598 21.726mm(4000)(4000)以fo/e 1.726mm再次試算l ,求得 .2 2l 13472824 mm則 l 3670mm該l與第二次設(shè)的10 3715.6mm不符，再設(shè)I0 3670mm,計(jì)算fo/e；fo/e 1.684mm,再求得到 l2 3421409mm2,則 l 3663.5mm,基本上與原來的l 3670mm相接近，因此

24、?。簂 3663.5mm作為變形曲線長度，foe 1.684mm 作為原始彈性初彎矢度。(2)求 Pn、P.132 1.68442.172 103 6.68 13421409P 134214093N4621.684 r 110 61342140934257588.64NPPnK4257588.641.253406070.912NtwP Pf2E3406070.912 2 10 7319552 2.1 105 1.18 10 5 731989.90C3、無縫線路類型:計(jì)算參數(shù)：無縫線路鋪設(shè)地點(diǎn)在徐州，其地區(qū)歷史最大軌溫差:t 63.3 ( 20.4)83.70C(1)、曲線地段t min( t拉

25、,t穩(wěn))55 61 1160CHT 10 83.7 10 93.70C結(jié)論：可采用溫度應(yīng)力式無縫線路類型(2)、直線地段t min( %,%) 64.9 85.5 150.40CHT 10 83.7 10 93.70C結(jié)論：可采用溫度應(yīng)力式無縫線路類型三、設(shè)計(jì)鎖定軌溫t： t拉Tmin75.2 ( 22.6) 52.60 Ctj Tmax % 63.3 612.30C匕0.5(t： tj) 0.5 (52.6 2.3)27.450 C1、設(shè)計(jì)鎖定軌溫：tsU (0 5) 27.450 C設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍：ts 50C 27.45 50C 22.45 32.450C2、溫度壓力峰檢算：t中 0.

26、5(Tmax Tmin)0.5 (63.3 22.6) 20.350Ctw610C能滿足t中tw的條件，最大壓力峰值不致引起跑道危險(xiǎn)四、伸縮區(qū)長度l的計(jì)算計(jì)算參數(shù)：設(shè)計(jì)鎖定軌溫27.450C鋼軌接頭阻力Pj 510KN （扭矩為900Nm）鋼軌縱向阻力r 15.2N / mm最大溫升t 開 Tmax ts63.3 27.45 35.850C最大溫降t 降 tS Tmin27.45 22.6 50.050Cs min取 tmax Q50.050C2.5F tmax Pj32.5 7319 50.05 510 1015.226697 mm26.697m取整為緩沖軌長度的整倍數(shù)得l伸50m五、施工預(yù)

27、留軌縫最大溫度應(yīng)力max Pta2.5 7319 47.7 872791N最大溫度拉力max ptl2.5 7319 38.2 698965n =而接頭阻力Pj 510000N ,可見大鋼軌于ts鋪設(shè)后軌溫上升式下降至Tmax或Tmin時(shí)，從不發(fā)生伸長及縮短位移1、緩沖軌間預(yù)留軌縫總神、rPjLrL2 ( MAX ts) IF 4EF1.18 10 5 25000 35.85510000 25000一 一5 一 一2.1 105 731915.2 250002一 一5 一 一4 2.1 105 73190.736mmPjLrL一52 2.1 105 7319 15.27.38 (4.15 0.77) 2.825.28mm 昆2.5F& 心)Pj2 ( min s) 2EF 8EF2EF總縮 L(Ts 2 EF 備4.93mm預(yù)上總縮 18 4.93 13.07mm預(yù)下 0.736mm最佳