低溫鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路施工

田雨恒　耿宗占

摘 要：針對(duì)目前無縫線路的發(fā)展概況和前景，分析現(xiàn)階段低溫鋪設(shè)無縫線路的必要性和可行性，并結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鎖定軌溫的確定和施工摸索出了一套合理、可行的作業(yè)方法，基本包括了跨區(qū)間無縫線路設(shè)計(jì)的所有重要環(huán)節(jié)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：低溫鋪設(shè)；跨區(qū)間；無縫線路；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U213.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）16-0065-02

1 無縫線路的意義

近十幾年來，各國鐵路競相發(fā)展無縫線路，使無縫線路技術(shù)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。無縫線路是當(dāng)今軌道結(jié)構(gòu)的最佳選擇，是高速、重載軌道結(jié)構(gòu)的大變革，是軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。多年的實(shí)踐證明，無縫線路鋪設(shè)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上有明顯的優(yōu)越性，它不僅降低了材料的消耗，還在列車運(yùn)行過程中消除了對(duì)接頭的沖擊，減少了線路的病害和養(yǎng)護(hù)、維修工作量，降低了維修費(fèi)用和機(jī)車車輛的運(yùn)營費(fèi)用，提高了線路設(shè)備的可靠性和導(dǎo)電性。特別是在線路的安全性和可靠性方面，無縫線路作用突出，使線路狀態(tài)發(fā)生了變化，列車運(yùn)行平穩(wěn)，提高了旅客的舒適度。鐵路權(quán)威部門的分析統(tǒng)計(jì)表示，從節(jié)約勞力和延長設(shè)備壽命方面來看，無縫線路已成為鐵路軌道的發(fā)展方向，它比有縫線路節(jié)省了30%～70%的維修費(fèi)用。隨著高速和重載鐵路的不斷發(fā)展，軌道設(shè)備也要不斷適應(yīng)時(shí)代的要求，從而使無縫線路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益更加顯著。

2 無縫線路的簡述

無縫線路是由多根長鋼軌在工地焊接成長軌條后鋪設(shè)而成的，相當(dāng)長的單元軌節(jié)在氣溫、軌溫變化的情況下，通過鎖定線路，使軌道阻力阻止鋼軌發(fā)生伸縮變形，其單元軌節(jié)長度一般為1 000～2 000 m。也就是說，無縫線路是通過鎖定后鋼軌產(chǎn)生的應(yīng)力變化來平衡長軌條的應(yīng)變。

依據(jù)鋼軌的受力情況，無縫線路分為溫度應(yīng)力式和放散溫度應(yīng)力式兩種類型。其中，溫度應(yīng)力方式無縫線路結(jié)構(gòu)形式較好，結(jié)構(gòu)簡單、平穩(wěn)，是我國采用的主要形式之一。它是指將鋼軌焊接而成的長軌節(jié)鋪在線路上，擰緊扣件鎖定后，由于受線路阻力的影響，長軌節(jié)不能自由伸縮，一年四季受鋼軌軌溫而變化，承受巨大的溫度拉力或壓力。這種無縫線路結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)、維修方便，在年軌溫差<95 ℃的地區(qū)都可以鋪設(shè)。而放散溫度應(yīng)力式無縫線路又分為自動(dòng)放散式和定期放散式兩種。自動(dòng)放散式無縫線路是采用特殊的中間扣件，使鋪設(shè)在線路上的長軌節(jié)隨溫度變化自由伸縮，該無縫線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜；定期放散式無縫線路是指在一定季節(jié)（春、秋兩季）的適當(dāng)軌溫下，將線路上長軌節(jié)內(nèi)部的溫度應(yīng)力釋放一兩次，然后更換緩沖區(qū)的鋼軌，再重新鎖定，以此減少鋼軌內(nèi)部溫度力，但施工時(shí)需要封閉線路。因此，目前鐵路大部分都采用溫度應(yīng)力方式無縫線路。

3 無縫線路的技術(shù)要求

掌握無縫線路鎖定軌溫和溫度力的變化關(guān)系是決定鋪設(shè)無縫線路質(zhì)量的關(guān)鍵。無縫線路要承受巨大的溫度力，同時(shí)承受機(jī)車車輛動(dòng)荷載，這是無縫線路設(shè)計(jì)中一定要考慮的特殊問題。

3.1 鋼軌溫度力

鋼軌的溫度力是在軌溫發(fā)生變化，而鋼軌不能自由伸縮的情況下發(fā)生的。在研究無縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定問題時(shí)，首先要了解鋼軌的溫度力及其變化規(guī)律。也就是說，無縫線路同傳統(tǒng)的準(zhǔn)軌線路在受力方面的主要區(qū)別在于鋼軌承受著較大的溫度力，鋼軌的自由伸縮量（或低溫鋪設(shè)時(shí)的拉伸量）為：

△L=α×△t×L. （1）

△t=T-T0. （2）

式（1）（2）中：△L——單元軌節(jié)的自由伸縮量（或拉伸量）；

α——鋼軌線膨脹系數(shù)；

△t——軌溫差；

L——長鋼軌長度；

T——軌節(jié)要達(dá)到的符合設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍的某一鎖定軌溫值；

T0——零應(yīng)力軌溫，即當(dāng)溫度力為零時(shí)的軌溫。

軌溫就是鋼軌斷面的平均溫度。但由于鋼軌斷面上各點(diǎn)的溫度在陽光下的測量是不均勻的，加上測溫表自身的誤差，因此對(duì)軌溫變化幅度的實(shí)際測量精度控制在1 ℃即可。

由虎克定律得知，鋼軌的溫度應(yīng)力σt為：

σt=E×ε×t=E×△L/L=E×α×△t. （3）

式（3）中：E——鋼軌彈性模量，2.1×105 MPa；

ε——鋼軌應(yīng)變；

t——拉伸力；

△L——鋼軌伸長量；

△L/L——鋼軌伸長率。

將E和α的數(shù)值代入式（3）中，得σt=2.48△t。則鋼軌溫度力為：

Pt=F×σt=F×E×α×△t=248×F×△t. （4）

式（4）中：F——鋼軌的斷面面積，cm2。

發(fā)展全區(qū)間和跨區(qū)間無縫線路的理論依據(jù)是：在長度被固定的鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生的鋼軌溫度應(yīng)力與鋼軌本身的長度無關(guān)，只與軌溫變化幅度△t成正比例關(guān)系。所以，無縫線路上的長軌條可以焊成任意長度，不會(huì)影響其內(nèi)部的溫度應(yīng)力。

鎖定軌溫是指鋼軌在無溫度力狀態(tài)時(shí)的鋼軌溫度，一般是一個(gè)常量，長軌的溫度力是根據(jù)軌溫的變化而不斷變化的。所以在無縫線路的鋪設(shè)中，最重要的是正確掌握實(shí)際的零應(yīng)力軌溫，而不是掌握某一時(shí)刻的溫度力，這樣就可以確定鎖定軌溫后的鋼軌拉伸量和相應(yīng)的溫度力。

3.2 鎖定軌溫

3.2.1 鎖定軌溫的實(shí)際含義

鎖定軌溫指的是鎖定線路時(shí)的軌溫。施工時(shí)，由于待換長鋼軌全部入槽需要一定時(shí)間，所以確定長軌條零應(yīng)力為始、終端落槽就位時(shí)軌溫的平均值。設(shè)計(jì)鎖定軌溫也被稱為中和軌溫，是根據(jù)當(dāng)?shù)貧v史上最高、最低氣溫和線路結(jié)構(gòu)的具體條件，通過軌道強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算確定的軌溫。在無縫線路的鋪設(shè)施工中，要確定一個(gè)既滿足強(qiáng)度條件，又滿足穩(wěn)定條件的鎖定軌溫允許范圍，一般按設(shè)計(jì)鎖定軌溫（t±5）℃設(shè)定，將此稱為設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍。