跨区间无缝线路的技术与养护办法(文宇)

学院：

班级：娄底班

专业：铁道工程

*生姓名：***

学号：

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一、文献综述：

随着运输市场的发展变化,铁路运输调整了经营策略,客车以夕发朝至、当日到达、增大密度、城市间公交化为主;货车以大编组、重载、长交路等方式为发展方向。明显的特点是列车速度、密度大幅度提高,而提速、重载的重要前提之一是提高线路状态,在线路大修中铺设无缝线路工程是提高线路等级满足提速线路轨道要求的重要手段。

    德国是无缝线路发展最早的国家，1926年开始，在50年代将无缝线路作为国家的标准线路。日本于50年代开始铺设无缝线路，现已铺设5 000余公里，其特点是每段无缝线路长1300km，在长轨条两端设置伸缩调节器。近年来在新干线上采用一次性铺设无缝线路技术。美国无缝线路初期进展缓慢，但到了70年代后迅速发展，以年平均铺设7590km的速度增长，到1979年底无缝线路已超过12万km，是目前全世界铺设无缝线路最多的国家。 

我国无缝线路从1957年开始铺设，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了1km，以后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成250m~500m的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热焊或小型气压焊将其焊连成设计长度。一般情况下，一段无缝线路长度为

1 000~2 000m。每段之间铺设2~4根调节轨，接头采用高强螺栓连接。目前主要干线均已铺设超长无缝线路。我国90年代开始了对超长无缝线路的研究和铺设工作，至今已在各路局铺设了超长无缝线路。

作为世界铁路技术发展的主要趋势，高速铁路运输正蓬勃发展，无论已建成的国家，还是计划修建铁路的国家，运用高速技术发展高速铁路已成为一个必然的方向。

二、选题的目的和意义

跨区间无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。无缝线路是将许多根标准长度钢轨焊接成相当长的轨条并铺布在轨枕上的线路。它比普通线路接缝少，列车冲击振动少，运行平稳，旅客舒适；降低轨道养护维修费用；延长钢轨和机车车辆使用寿命；减轻机车车辆冲击轨缝的噪声，有利于环境保护；是轨道结构的发展趋势，是铁路现代化的主要内容之一。无缝线路被公认为是20世纪轨道结构最突出的改进与创新。无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道的维修费用减少,使用寿命延长等一系列优点。

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接头轨缝的存在，列车通过时发生冲击和震动，并伴随有打击噪音，冲击力最大可达到非接头区的3倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2-3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长,上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践,采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了接头焊接质量问题；其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计、长轨运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一系列问题的逐步解决，跨区间无缝线路在世界各国得到了广泛的运用。

无缝线路的长轨条长度，从理论上讲，可以无限延长，这是发展跨区间无缝线路的理论基础。普通无缝线路轨条长度受信号机位置、道岔、特大桥等因素的，一般只有1到2km，随着钢轨胶接绝缘街头和无缝道岔两项关键技术的发展，跨越闭塞分区的区间无缝线路，以及跨越车站的跨区间无缝线路得以实现。随着新建铁路路基填筑质量的提高和工后沉降大幅度降低，道床密实度及稳定性达到设计开通速度要求，新建线上可以实现一次铺设跨区间无缝线路，消除了普通线路接头造成的“记忆病害”，大幅度提高了轨道的平顺性，秦皇岛至沈阳客运专线新建铁路一次铺设跨区间无缝线路的成功，标志着我国铁路无缝线路的发展跨入了一个新的时代。

跨区间无缝线路的优点十分明显：无缝线路的长轨条贯通区间，并与车站道岔焊连，取消了缓冲区，彻底实现了线路的无缝化，全面提高了线路的平顺性与整体强度；取消缓冲区后，轨道部件的损耗和养护维修工作量进一步减少；钢轨接头的消失，进一步改善了列车运行条件；伸缩区与固定区交界处因温度循环而产生的温度力峰以及伸缩区过量伸缩不能复位而产生的温度力峰，都由于伸缩区的消失而消失；跨区间无缝线路的防爬能力较强，纵向力分布比较均匀，锁定轨温容易保持，线路的安全性和可靠性得到提高；跨区间无缝线路长轨条温度力升降平起平落，不会形成温度力峰，可适度提高锁定轨温，从而提高轨道的稳定性。有鉴于此，我国《铁路主要技术》提出：高速重载线路应优先发展跨区间的超长无缝线路。

此外，在一些特殊地段铺设无缝线路更是能凸显无缝线路的优点。例如在桥梁上铺设铁路时，如果采用传统轨道的话讲车轮对桥梁的冲击非常大，长此以往必将减短桥梁的使用寿命，在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少养、修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。

铁路线路设备是铁路运输业的基础设备。它常年裸露在大自然中，经受着风雨冻融和列车荷载的作用，轨道几何尺寸不断变化，路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，因而使线路设备的技术状态不断地发生变化，这将大大影响铁路的运行能力，甚至隐藏着重大的安全隐患。为此我们需要研究跨区间无缝线路的养护技术，经常保持线路设备完整和质量均衡，使列车能以规定速度安全、平稳和不间断地运行，并尽量延长设备使用寿命。以“预防为主、防治结合、修养并重”为原则，按线路设备技术状态的变化规律和程度，相应地进行综合维修、经常保养和临时补修，有效地预防和整治线路病害，有计划地补偿线路设备损耗，以及取得较好的技术经济效益。对跨区间无缝线路养护维修技术的研究不仅能保障铁路的正常运行，更使铁路安全运行得到了保障。

三、研究方案

    从本专业的培养目标出发，综合运用所学知识解决工程实际问题，培养思考和工作的能力。

本次毕业设计主要包括无缝线路结构、缝线路强度及稳定性检算、无缝线路养护维修、线路病害治理等。

跨区间无缝线路：

1、跨区间无缝隙线路的优点

跨区间无缝隙线路通过多种方法，例如采用无缝道岔等提高了轨道的结构强度；跨区间无缝线路由于大量消除了普通钢轨接头，尤其是道岔的无缝化，进一步优化了列车运行的工况。

2、发展跨区间无缝线路的有利条件

我国铁路正大力发展重载、高速运输，与之相适应工务必须实现轨道结构现代化，加速发展无缝线路。为此，我国铁路科研、设计、施工、养护等部门经过艰苦努力，客服了四个难题，使轨道结构得到了强化，新技术的采用等都为在主要干线大量铺设跨区间无缝线路创造了极为有利的技术、物质条件。

3、跨区间无缝线路的基本结构和原理

1、钢轨：

采用了全长淬火P60及以上重量的重型钢轨，增大了轨道的刚度和线性阻力，提高了无缝线路的强度和稳定性，这样即解决了在小半径曲线上、坡度大、客货混跑、钢轨温度力不均匀等难题的铺设，又增加了钢轨的耐磨性，廷长了钢轨的使用寿命。

2、道床

道床顶面宽度曲线半径小于600米的为3.5米、碴肩堆高为0.15米，大于600米的顶面宽度为3.4米，碴肩堆高为0.15米，并采用了弹性好、吸水性强、不易压碎捣碎、不易风化的一级道碴，这样可以减少道床的板结和翻浆，增长清筛周期，减少维修工作量，可以更发挥无缝线路的优越性。

3、轨枕及扣件

轨枕应采用Ⅱ、Ⅲ型混凝土轨枕，有碴桥采用混凝土桥枕，尽量不采用Ⅰ型轨枕；

扣件采用Ⅱ、Ⅲ型弹性分开式扣件。

4、道岔

无缝道岔采用叉心前后接头焊接、尖轨加长，增强了列车的平稳性及道岔结构的强度。

5、绝缘接头

一是现在沪昆线三改四显示技术工程取消区间绝缘，将区间绝缘焊接；二是用采用本克接绝缘接头和胶接绝缘接头；这样将钢轨连成了整体，消灭了轨缝，又解决了轨道信号问题，增强了列车行驶的平稳性。

四、跨区间无缝线路设计：

（1）、确定设计锁定轨温

①、根据强度条件确定允许的降温幅度

无缝线路钢轨应有足够的强度，以保证在动弯应力、温度应力及其他附加应力共同作用下不被破坏，仍能正常工作。即

Qd+Qt+Qf≦[Qs]

Qd:钢轨承受的最大动弯应力

Qt：温度应力

Qf：钢轨承受的的制动力，一般按10Mpa

[Qs]:钢轨容许应力，为365 Mpa

②、根据稳定条件确定允许的升温范围

无缝线路的稳定条件，是计算使线路产生的横向位移不超过2㎜的温度压力，考虑一定的安全系数，再求出容许温度压力，并把这个压力转换为容许的升温幅度加以控制，从而保证线路的稳定。

容许的轨温变化幅度

    [△t变]＝[P]/2E﹡a﹡F

③、确定锁定轨温

1、由强度和稳定条件确定锁定轨温

铺轨上限锁定轨温

T上=Tmin+[△t降]

铺设下限锁定轨温

T下＝Tmax-[△t升]

取[△t升]数值较小者

2、由钢轨轨头、轨底应力相等的条件确定锁定轨温

Tsf=(Tmax+Tmin)/2+( Qd头+ Qd底)/2a*E

铺轨时的锁定轨温为设计锁定轨温上下幅度为5℃

由轨头、轨底应力相等条件确定的锁定轨温是最合理的，但必须由强度和稳定性条件所确定的锁定轨温范围内，以满足强度和稳定条件的要求，方可作为设计锁定轨温。

（2）、无缝线路结构计算

①、伸缩区长度的确定

无缝线路长钢轨两端伸缩区的长度，随轨温升降而变化，其最大伸缩区长度为：

Lb=Ptmax-Rj/P

由于冬季的最大降温幅度较夏季最大升温幅度大，即△Tmax升﹤△Tmax降，故最大伸缩区长度Tmax降计算确定。

Ptmax=250* Tmax降*F

伸缩区长度一般为50-100m.

②、预留轨缝的计算

无缝线路缓冲区内的长钢轨与标准轨之间以及标准轨与标准轨之间，在铺设时均应设预留轨缝，以保证轨升至最高不顶严，温度最低时螺栓不拉断。

1、长钢轨一端的伸缩量L1

L1=1/2(Lf-ly)

Lf为长钢轨的自由伸缩量；

Ly阻力阻止长钢轨未能实现的伸缩量。

根据虎克定律：Lf=Ptmax*L/EF=Af/EF

Ly=Ay/EF

2、标准轨一端的伸缩量L2

标准轨一端伸缩量与长轨条伸缩量计算方法相同，计算公式同上。

3、预留轨缝计算：

预留轨缝△必须满足：△′＜△＜△″

△′：轨温升至最高时保证不顶严的预留轨缝值；

△″：轨温降至最低时保证螺栓不受力的预留轨缝值。

所以：

（1）：长轨与标准轨间的预留轨缝

在轨温升至最高不顶严长轨条与标准轨间预留轨缝△1′≥L1′+L2′

 在轨温降至最低时螺栓不受力应为△1″≤&0-（L1″+L2″）

（2）：标准轨与标准轨间的预留轨缝

在轨温升至最高不顶严预留轨缝△2′≥2 L2′

在轨温降至最低时螺栓不受力应为△2″≤&0-2L2″

③、防爬设备的设置

有碴轨道道床除特殊设计的桥上小阻力扣件之外，为防止钢轨沿垫板相对轨枕纵向移动，要求扣件阻力要大于道床纵向阻力，若此条件不满足时，则须要在伸缩区增设防爬设备，为此应满足：P防+nP扣≥nR 

采用弹条I、Ⅱ、Ⅲ型扣件时，一般可不装防爬器。

④、轨条长度及缓冲区设置

因沪昆线株洲至怀化段为跨区间超长无缝线路，故不做说明

线路养护方法：

1、养护维修工作重点:

(l)严格控制锁定轨温变化: 注意观察、掌握轨温等情况，定期做好无缝线路锁定工作，保持无缝线路经常处于稳定状态。

(2)强化轨道整体结构:在养护维修作业中，要注重做好补充均匀道碴、堆高碴肩、夯拍道床、整修扣件、复紧螺栓等提高线路阻力的作业，以及进行必要的设备加强工作，强化轨道整体结构，提高轨道抗变形的能力。

(3)保持轨道的平顺性:在养护维修工作中，要坚持设备检查制度，根据实际状态安排作业计划，要注重整治道床板结翻浆、轨枕空吊板、轨向不良及几何尺寸超限等方面的作业，并有计划地安排钢轨打磨、焊补及整治死弯等修理作业，努力提高轨道的平顺性。

2、作业安排

 一般在气温较低的季节安排锁定轨温较低或薄弱地段的综合维修；气温较高的季节，安排锁定轨温较高地段的综合维修。高温季节应不安排综合维修和其他影响线路稳定性的作业。如必须进行综合维修或成段保养时，应有计划地先放散后作业，以后要在设计锁定轨温范围内，重新做好放散和锁定线路工作。其其保养和临时补修，可采取调整作业时间的办法进行。高温季节可安排矫直钢轨硬弯、钢轨打磨、焊补等不动道床的作业。在较低温度下，如需更换钢轨或夹板时，可采用钢轨拉伸器配合作业。无缝线路综合维修计划，以每段长轨条或单元轨条（跨区间及全区间无缝线路，以一次铺设锁定的轨条长度为一个单元轨条）为单位安排作业，遇有跨工区的长轨条或单元轨条时，应由两工区协同安排。

3、维修要求 

进行无缝线路维修必须掌握轨温，观测钢轨位移，分析锁定轨温变化，按实际锁定轨温，根据作业轨温条件进行维修，严格执行“维修作业半日一清，临时补修作业一撬一清”和作业前、作业中、作业后测量轨温的制度，并注意做好以下各项工作：①在维修地段按需要备好道碴；②起道前应先拨正线路方向；③起、拨道机不得安放在铝热焊缝处；④列车通过前，起道、拨道应做好顺坡、顺撬；⑤扒开的道床应及时回填、夯实。

4、应力放散 

无缝线路的锁定轨温必须准确、均匀，有下列情况之一者必须做好放散或调整：①实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股长轨条的实际锁定轨温相差超过5℃；②锁定轨温不清楚或不准确；③跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过5 ℃，同一区间内单元轨条的最高、最低锁定轨温相差超过10℃；④铺设或维修方法不当，使长轨条产生不正常的伸缩；⑤固定区或无缝道岔出现严重不均匀或不正常的位移；⑥夏季线路轨向严重不良，碎弯多；⑦通过测试，发现温度力分布严重不匀；⑧因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温；⑨低温铺设长轨条时，拉伸不到位或拉伸不均匀。无缝线路应力放散和调整由工务段负责安排，施工前要制订施工计划及安全措施，组织人力，备齐料具，充分做好施工准备。无缝线路应力放散方法，应根据具体条件决定，一般采用滚筒配合撞轨法。总的放散量要达到计算数值，沿钢轨全长放散量要均匀，确定锁定轨温要准确。应力调整一般采用列车碾压法。放散或调整应力时，应每隔50～100m设一位移观测点，观测钢轨位移量，及时排除影响放散的障碍，达到放散均匀。应力放散和调整后，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。

5、防胀与防断 

①预防胀轨跑道（参见无缝线路胀轨跑道）和长轨条折断是无缝线路养护维修的根本任务。防胀工作首先要保持设备状态完好，特别是道床必须饱满、密实、清洁，按规定加宽、堆高碴肩，有足够的横向阻力；各种扣件和防爬设备完整并作用良好，保持正常的轨道框架刚度；轨向顺至，及时消除超过限度的原始弯曲。其次，各项作业必须严守规章，防止作业不当，特别是违章作业。高温季节要加强轨道的监控，尤其是轨向的监控，发现胀轨预兆，应立即采取措施，必要时应使列车慢行通过，切不可存在侥幸心理，冒险放行列车。还应做好锁定轨温的日常技术管理工作。②防止长轨条折断，首先应严格焊接工艺，提高焊接质量，对焊缝病害要及时整治。同时要提高线路质量，消灭空吊板和爬行等病害，对高温锁定的无缝线路要在设计锁定轨温范围放散应力。加强钢轨探伤，发现钢轨或焊缝重伤，及时上好臌包夹板和急救器，或在钢轨上钻孔，上夹板和高强度螺栓加固，如重伤范围较长，不能加固时，应切除重伤部分，插入短轨焊复。

6、无缝道岔伤损部件的更换 

一般无缝道岔的辙叉、尖轨及钢轨伤损或磨耗超限需要更换时，可先更换为普通辙叉、尖轨及钢轨，采用冻结接头（参见轨道维修标准和要求之钢轨伤损标准和维修要求）进行临时处理，并尽快恢复结构。

桥上作业注意事项 桥上无缝线路养护工作应注意做好以下各点：①按照设计文件规定，保持扣件布置方式和拧紧程度。②单根抽换桥枕，在实际锁定轨温＋10℃～－20℃范围内进行，允许起道量60mm；上盖板油漆、更换铆钉或成段更换、方正桥枕等需要起道作业时，允许在实际锁定轨温＋5℃～－15℃范围内进行。③桥上钢轨焊缝应加强检查，发现伤损应及时处理。④桥上伸缩调节器（温度调节器）的伸缩量应定期检查，发现异常爬行，应及时分析原因并整治。伸缩调节器的尖轨与基本轨出现飞边，应及时打磨。⑤定期测量长轨条的爬行量，并做好记录，固定区爬行量超过10mm时，应分析原因，及时整治。

四、预期设计效果

    本设计通过对跨区间无缝线路主要技术及其养护维修方法的探索，使自己初步了解跨区间无缝线路方面的主要技术及其养护维修的方法，以便日后在工作中遇到相关情况能够运用设计中的相关知识来解决对应问题。

五、参考文献：

    1、《铁路线路维修与大修》          荣佑范

    2、《轨道》                        李成辉

    3、《铁路无缝线路》 二、四版       广钟岩

    4、《钢轨的材质性能及相关工艺》    周清跃 等

5、《无缝线路研究与应用》          卢耀荣

6、《铁道工程》                    郝瀛

7、《铁路轨道》                    陈岳源

8、《板式轨道设计与施工》          王其昌 韩启孟

9、《无缝线路施工》                徐赓华

10、《铁路轨道》                   申国祥

11、《铁路线路大修工程》           王其昌

12、《铁路曲线养护》               陈汉蛾

13、《铁路跨区间无缝线路》         张末

14、《铁道线路工程》               王午生

15、《桥上无缝线路挠区力的计算》   卢耀荣

16、《铁道轨道基本理论》           许实儒 童本浩

17、《无缝线路》    上海铁路局教育处组织编写

18、《铁路轨道》                  哈尔滨铁路局教育处组织编写