鋪設(shè)500 m 長鋼軌預(yù)留軌縫計算方法的分析

張國平

（中鐵十七局集團電氣化工程有限公司， 山西 太原 030032）

1 背景分析

500 m 長鋼軌鋪設(shè)施工時要求：鋪軌施工時伸縮區(qū)范圍內(nèi)的鋼軌扣緊全部緊固，固定區(qū)內(nèi)采用《客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術(shù)指南》（TZ216-2007）中10.2.5 規(guī)定、長鋼軌落槽后，宜每隔5～8 根枕安裝一組扣件，接頭前后兩根枕的扣件應(yīng)安裝齊全。但因外界氣溫影響鋼軌的軌溫，既而使鋪設(shè)后的500 m 長鋼軌伸長或收縮，導(dǎo)致預(yù)留的軌縫引起相應(yīng)的變化。

隨著氣溫升高，軌縫會逐漸減小，至軌縫頂死后，出現(xiàn)脹軌現(xiàn)象，容易造成列車掉道；在氣溫降低時，軌縫會增加，大于構(gòu)造軌縫后，鋼軌出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)場，列車運行會造成掉道情況。在快速鋪軌條件下，易產(chǎn)生新鋪鋼軌對中不良、線路不平順等弊病。在線路整道后，會使實際軌縫與預(yù)留軌縫有較大出入，極容易造成大范圍竄軌，對后期養(yǎng)護很不利[1]。

因此預(yù)留軌縫在放散鎖定無縫線路前需滿足一定的技術(shù)條件，即需在鋪設(shè)500 m 長鋼軌時合理的預(yù)留軌縫。保證低溫條件下引起的鋼軌收縮不超過構(gòu)造軌縫，高溫條件下預(yù)留軌縫的兩頭鋼軌不嚴(yán)頂，確保列車安全運行，同時減少養(yǎng)護工作[2]。

2 預(yù)留軌縫的分析和計算方法

2.1 預(yù)測鋼軌鎖定日期內(nèi)的軌溫峰值

500 m 長鋼軌鋪設(shè)時，需掌握此段鋼軌的放散鎖定施工計劃日期，查詢相關(guān)資料，結(jié)合實際測量，預(yù)測鎖定施工日期內(nèi)的最高軌溫和最低軌溫[1]。

2.2 根據(jù)軌溫變化計算最大溫度力

設(shè)某地的鋪軌近期內(nèi)的最低軌溫為Tmin，最高軌溫為Tmax，鋪設(shè)軌溫為T。

當(dāng)軌溫降低時最大溫度力的公式如下：

當(dāng)軌溫升高時最大溫度力的公式如下：

2.3 伸縮區(qū)長度計算

受力分析：伸縮區(qū)鋼軌（見表1）受到軌端的溫度力和扣件扣壓力引起的摩擦力，還受到扣件未扣上的鋼軌與橡膠墊板的直接摩擦力，因鋼軌與橡膠墊板的直接摩擦力相對于扣件扣壓力引起的摩擦力很小，受力時不計鋼軌與橡膠墊板的直接摩擦力。根據(jù)力的平衡，當(dāng)溫度力等于伸縮區(qū)內(nèi)的各組扣件合力時的斷面，即為伸縮區(qū)與固定區(qū)的分界斷面點[2]。

扣件緊固時的等效分布力γ 取230 N·cm。

寧杭客專正線軌道板采用CRTSⅡ型無砟軌道板，其存軌槽線間距為65cm。《WJ-7、WJ-8 型扣件縱向阻力現(xiàn)場試驗與研究》中結(jié)果：wJ-7、wJ-8 型常阻力扣件縱向阻力的彈塑性臨界點在2～3 mm，每組扣件的滑移阻力為14～15 kN，最大可達24 kN，這里取15 kN。

可得伸縮區(qū)長度Ls的范圍為以下公式：

施工500 m鋼軌兩端扣件緊固時，取Ls=Max（Ls低，Ls高），即Ls=Max[2.48×（T-Tmin）×F/γ，2.48×（Tmax-T）×F/γ]。

2.4 預(yù)留軌縫計算

式中：E 為鋼軌的彈性模量（MPa），取值為2.1×105MPa；F 為鋼軌的截面面積（mm2），60 kg/m 鋼軌取值為7 745 mm2。

可得，軌溫降低引起的最大收縮長度：

軌溫升高引起的最大伸長的長度：

按低溫軌縫不超過構(gòu)造軌縫ag為條件，可算得預(yù)留軌縫上限a上為：

按高溫軌縫不頂嚴(yán)為條件，其下限a下為：

則預(yù)留軌縫a0為：

式中：ag為最大構(gòu)造軌縫，取1.8 cm。

以上公式認(rèn)為以鋼軌鋪設(shè)連續(xù)性為前提，可認(rèn)為軌縫前一對鋼軌鋪設(shè)和后一對鋼軌鋪設(shè)的軌溫一致；如鋼軌鋪設(shè)不連續(xù)時，鋪設(shè)軌溫相差大，但其鎖定日期基本一致，即需分別求出軌縫前后一對鋼軌的伸縮最大長度λ低前、λ低后、λ高后、λ高前。

再按低溫軌縫不超過構(gòu)造軌縫ag為條件，可算得預(yù)留軌縫上限a上為：

按高溫軌縫不頂嚴(yán)為條件，其下限a下為：

則預(yù)留軌縫a0為：

3 實測數(shù)據(jù)計算

寧杭鐵路客運專線，正線設(shè)計為500 m 長60 kg/m的鋼軌的無砟無縫線路。其軌溫2012 年上半年的軌溫見表1。

表1 寧杭客專軌溫統(tǒng)計表

以上可以看出，10 天內(nèi)的最高軌溫與最低軌溫差不大于32℃，20 d 內(nèi)不大于36℃，30 d 內(nèi)不大于40℃，60 d 內(nèi)不超過42℃。

例如2012 年5 月16 日在寧杭客專右線DK112段連續(xù)鋪設(shè)500 m 長鋼軌時，某對鋼軌的鋪設(shè)軌溫為32℃，按工期進度計劃此段鎖定時間為6 月中旬（實際鎖定時間為6 月7 日）。預(yù)測5 月16 日至6 月中旬最高軌溫約45℃，最低軌溫可以取前幾天的平均最低軌溫約為15℃。

計算伸縮區(qū)長度，根據(jù)公式：

即連續(xù)緊固扣件長度不小于14.19 m。

軌縫計算：

即可設(shè)置當(dāng)時鋪軌時的預(yù)留軌縫為8 mm。

4 結(jié)語

以上方法可用于區(qū)間500 m 長鋼軌鋪設(shè)施工時預(yù)留軌縫的計算及軌縫的預(yù)留，可避免低溫條件下引起的鋼軌收縮不超過構(gòu)造軌縫，高溫條件下預(yù)留軌縫的兩頭鋼軌不嚴(yán)頂，有效通過預(yù)留軌縫，減少后期養(yǎng)護工作和確保安全行車。但鋼軌鋪設(shè)施工過程中存在許多的特殊情況，如站場與區(qū)間間的預(yù)留軌縫設(shè)置、道岔間短軌鋪設(shè)的預(yù)留軌縫設(shè)置，都可參考計算方法的原理進行分析，用于有效控制軌縫，提高鋪軌生產(chǎn)能力。