铁路线路与铁路信号(七).doc

第七章 无缝线路无缝线路是把若干根标准钢轨焊接起来的长钢轨线路，因而又称为连续焊接长钢轨轨道。无缝线路是在铁路高速、重载、高密度的要求下，轨道现代化的一项重要技术措施。我们知道，普通轨道由于存在许多钢轨接缝，使钢轨失去连续性，不但增加了行车阻力，还会引起车轮强烈振动与冲击，从而导致一系列的接头病害。如果把多根标准长度的钢轨焊接起来，使之成为长钢轨（即无缝线路），就可以提高轨道强度与稳定性，既可延长线路设备和机车车辆部件的使用寿命，降低线路养护维修的工作量，又能适应列车高速、重载行车的要求。但无缝线路受温度影响很大，在作业标准上要求严格，如若不当，容易造成胀轨跑道或拉断钢轨。在钢轨接头焊接质量上也要求很高，需要不断研究改进。无缝线路是当今轨道结构的最佳选择，是轨道结构技术进步的重要标志，世界各国竞相发展，我国到1995年底已在主要干线上铺设无缝线路达22587km，约占线路正线里程的34%。第一节 无缝线路的基本概念一、钢轨内的温度力1.钢轨自由伸缩温度力一根不受任何约束的钢轨，当温度发生变化时，将自由伸缩，这就是物体的热胀冷缩特性。当钢轨上的温度变化为t时，钢轨的自由伸缩量为：式中钢轨自由伸缩量（mm）；钢轨的线膨胀系数，0.0000118m/（mC），即每1m长的钢轨，当轨温变化为1C时，钢轨的长度相应地伸长或缩短0.0000118m；L钢轨长度（mm）；t温度变化值（C）。可见，钢轨的自由伸缩量与钢轨温度的变化量及钢轨的长度成正比。2.钢轨内温度力如果钢轨两端被固定，完全不能伸缩，则随着温度的变化，将在钢轨内部产生温度应力和温度力。在普通轨道上，由于钢轨长度一般为12.5m或25m，虽然也存在着一些限制伸缩的阻力，但数值较小，钢轨可以随温度的变化而大幅度地自由伸缩，所以内部仅有很小的温度力。但对于无缝线路，钢轨长度上千米，这种轨道一经锁定，所受到的阻力很大，钢轨便不能随温度的变化而自由伸缩，在钢轨内部产生很大的温度力，这是无缝线路区别于普通线路的根本特点。温度力的大小可由下式计算：P=250tF式中P钢轨内部温度力（N）；F钢轨横断面面积（cm2）；t钢轨温度变化值（C）。轨温升高时，钢轨要伸长而受限，温度力表现为压应力；轨温降低时，钢轨要收缩也受限，故温度力表现为拉应力。由上式可以得出以下结论（1）两端固定的钢轨所产生温度力的大小，只与钢轨温度的变化量有关，而与钢轨长度无关。据此，在铺设无缝线路时，钢轨长度从理论上说可以无限长而不影响钢轨内部的温度力值，但考虑到与桥梁、隧道、道岔的衔接，自动闭塞区段分界处设置绝缘接头的要求，以及铺设、养护维修的方便，无缝线路的钢轨长度一般在1000m2000m之间。（2）降低钢轨内部温度力，关键是控制轨温的变化幅度。（3）轨温每变化1C，在钢轨的每1cm2断面上将产生250N的压力或拉力。例如，50kg/m钢轨的截面积为65.8cm2，当轨温变化1C时，钢轨内将产生P250tF2501265.816450（N）的压力或拉力，可见是一个非常大的数值，它可以使轨道在冬季发生钢轨断裂，在夏季发生轨道臌曲，严重威胁行车安全，所以在设计、铺设和养护无缝线路时，必须考虑温度力这一因素。我国各种钢轨的轨温变化1C时，钢轨内部产生的温度力值如表7-1所示。表7-1轨温变化1C时，钢轨内部的温度力值钢轨类型（kg/m）43506075断面积（c）57.065.8077.4595.04温度力（kN）14.2516.4519.3623.77二、轨温无缝线路钢轨温度力的大小与轨温变化幅度有直接关系，因此，钢轨的温度就成为设计、铺设和养护维修无缝线路的重要资料。这里所指的轨温是指钢轨的实际温度和大气温度的概念不同，轨温随着气温的变化而变化。热容量大的轨道部件，一天之内温度变化通常出现较大的滞后现象，即最高轨温要比最高气温滞后一段时间。根据长期测定，在夏季，由于太阳辐射热的作用，一般轨温比气温高出10C20C；在冬季，气温较低，气温与轨温大致相同。设计无缝线路时，一般规定：最高轨温等于最高气温加20C；最低轨温等于最低气温。轨温可用半导体测温计测定。各地的最高轨温和最低轨温，系根据历年的气象统计资料确定。我国各地区的最高、最低轨温如表7-2所示。表7-2各地钢轨温度（C）地名纬度最高轨温最低轨温轨温差地名纬度最高轨温最低轨温轨温差北京395762.622.885.4上海31 1060.312.172.4天津390865.022.987.9杭州30 1962.110.572.6石家庄380462.726.589.2福州26 0559.82.562.3唐山39 3963.322.685.9厦门24 3158.52.060.5秦皇岛395157.222.279.4南京32 0063.014.077.0保定385063.323.787.0苏州31 1861.012.073.0邢台370461.722.484.1徐州34 1763.318.982.2邯郸363562.519.081.5合肥31 5361.020.581.5承德405861.523.054.5蚌埠32 5664.519.483.9张家口405060.926.287.1济南36 4162.519.782.2太原374861.429.590.9青岛36 0456.620.577.1阳泉375160.218.979.1德州37 2663.427.090.4大同400658.030.588.5泰安36 1360.822.483.2呼和浩特404958.026.294.2兖州35 3460.718.679.3包头403459.532.892.3西安34 1865.220.685.8新乡351962.721.384.0兰州36 0359.123.382.4郑州344363.017.980.9酒泉39 4658.431.690.0洛阳344164.220.084.2西宁36 3552.426.679.0开封344663.015.078.0银川43 5159.330.689.9许昌340161.917.479.3乌鲁木齐41 4660.741.5102.2信阳320761.020.081.0沈阳40 0359.333.192.4武汉303861.317.378.6丹东41 5057.831.989.7岳阳292759.011.870.8抚顺58.335.293.5长沙281563.09.572.5锦州41 0857.324.281.5衡阳265661.37.068.3鞍山41 0758.430.488.8韶关244862.04.366.3大连39 0156.119.976.0广州230858.70.359.0长春43 5359.536.596.0昆明250152.35.457.7四平43 1156.238.794.9贵阳263459.59.569.0延吉42 5360.337.197.4南宁225160.42.162.5哈尔滨45 4559.141.4100.5桂林252059.75.064.7牡丹江44 3557.545.2102.7成都304060.14.664.7佳木斯464956.439.696.0重庆293564.02.566.5安达462159.544.3103.8西昌275359.76.065.7齐齐哈尔472057.539.597.6南昌284060.67.768.3嫩江49 1058.147.3105.4三、锁定轨温在无缝线路上，用强力的钢轨扣件和防爬设备将长钢轨两端固定，称为锁定钢轨，锁定钢轨时的钢轨温度称为锁定轨温。当钢轨被完全锁定时，钢轨内部的温度应力等于零，故锁定轨温又称零应力轨温。锁定轨温的高低，对无缝线路来说是十分重要的。因为，锁定轨温过高，与冬季时的最低轨温形成较大的温差，钢轨内将产生很大的温度拉力，容易造成钢轨断裂；锁定轨温过低，又与夏季时的最高轨温形成较大的温差，钢轨内将产生很大的温度压力，当道床的纵、横向阻力降低到一定限度时，使线路发生胀轨跑道，破坏线路的平面和纵断面。由于钢轨存在着原始弯曲，造成胀轨跑道所需应力值要比造成断轨所需应力值小，因此，一般选用稍高于当地历年最高、最低轨温的平均值作为无缝线路的设计锁定轨温。这样，既可以使钢轨内所受的最大温度压力和拉力大致相等，又可以照顾到钢轨不受过大的压应力而引起胀轨跑道。无缝线路钢轨内温度力的大小，与轨温变化幅度有直接关系。适当控制轨温的变化幅度，可降低钢轨内部温度应力。锁定轨温是计算轨温变化幅度的依据，因此，合理地选择锁定轨温是无缝线路至关重要的问题，设计锁定轨温必须满足线路强度及稳定性的要求。轨温变化幅度为计算钢轨温度力时的实测轨温与锁定轨温之差。很显然，当实测轨温正好等于锁定轨温时，轨温的变化幅度为零，此时的温度力为零；当实测轨温为当地最高或最低轨温时，钢轨内部将产生最大压力和最大拉力，其值是非常大的。由于轨温时刻在变化，而铺设工作需要一定的时间才能完成，所以设计锁定轨温选定后，还必须规定锁定轨温范围，以便于施工。锁定轨温范围一般定为设计锁定轨温5C，无缝线路的施工，必须在这个轨温范围内完成铺设、锁定工作。在具体铺设无缝线路时，往往把长轨节的始端和终端落槽拧紧接头扣件时分别测得的轨温取平均值，这是该段无缝线路施工的实际锁定轨温。施工锁定轨温与设计锁定轨温间往往存在微小的差别。每一根焊接长钢轨的施工锁定轨温各不相同，必须如实记录，它是日后养护维修的重要依据。锁定轨温在设计时须正确设定，铺设时应严格掌握，日常维修时要经常保持。不论由于何种原因使锁定轨温发生变化时，技术资料必须做如实的更改。四、轨道纵向阻力无缝线路锁定后，长钢轨两端由于轨温变化而引起的伸缩受到限制，并在长钢轨内部积聚巨大的温度力。产生这种情况的原因是轨道具有抵抗钢轨和轨道框架纵向位移的阻力。轨道纵向阻力包括接头阻力，道床纵向阻力及扣件阻力。1.接头阻力接头阻力是指长钢轨两端接头上紧扣件后阻止钢轨纵向伸缩的力。接头阻力由钢轨与夹板间的摩擦阻力和螺栓的抗弯或抗剪力提供。接头阻力的大小与螺栓个数及拧紧程度有关。我国无缝线路上规定采用的螺栓扭力矩T与接头阻力Rj的关系如表7-3所示。表7-3接头阻力R（kN）值 T（Nm）条件300400500600700800900100050kg/m钢轨10.9级F24mm螺栓15020025030037043049060kg/m钢轨10.9级F24mm螺栓130180230280340（390）400（450）460（510）（570）为保证接头具有一定的阻力值，我国无缝线路上规定，缓冲区钢轨接头必须使用六孔夹板和10.9级高强度螺栓，接头螺栓扭力矩应达到900Nm，扭力矩不足时，不得低于700Nm。在年轨温差大于或接近90C地区的60kg/m钢轨无缝线路缓冲区，为能按标准预留轨缝，可采用表7-3中括号内的Rj值。但必须采用加强螺栓除锈涂油，经常保持螺栓清洁不生锈。必要时，可将螺栓扭力矩加大至1000Nm。列车通过接头时产生振动，会使螺栓扭力矩逐渐下降，接头阻力值也随之降低。为保证接头经常保持足够的阻力，应在每通过一定运量后，对螺帽全面拧紧一次。2.道床纵向阻力道床抵抗轨枕纵向移动的阻力，称道床纵向阻力。它是以单根轨枕道床纵向阻力或一股钢轨下道床单位纵向阻力来表示。道床纵向阻力的大小与道床材质、粒径级配、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨枕类型等因素有关。试验证明，道床纵向阻力与轨枕位移成曲线变化，如图7-1所示。通常取轨枕移量为2mm时的相应阻力值作为计算阻力值，我国无缝线路道床纵向阻力值的规定如表7-4所示。图7-1道床纵向阻力与轨枕位移变化表7-4道床纵向阻力值线路条件单根轨枕下道床的纵向阻力（N）一股钢轨下单位道床的纵向阻力（N/cm）1840根/km1760根/km木枕正常条件下70006462捣固作业后40003735混凝土正常条件下100009187捣固作业后700064623.扣件阻力中间扣件的防爬设备共同抵抗钢轨沿轨枕面纵向移动的阻力，称扣件阻力。扣件阻力必须大于道床纵向阻力，才能保证钢轨不沿轨枕面移动，充分发挥道床纵向阻力的作用,这是无缝线路轨道结构设计的基本要求之一。我国常用的扣件的阻力值见表7-5。为了保证扣件阻力达到设计要求，必须经常打紧防爬设备，混凝土轨枕上的中间扣件扭力矩，应经常保持在80Nm120Nm，木枕上的钩头道钉应经常打紧。表7-5常用扣件阻力值名称单位阻力（kN）穿销式防爬器个20混凝土枕扣钣式扣件每根轨枕6混凝土枕弹条I形扣件每根轨枕16“K”形分开式扣件每根轨枕15普通道钉每根轨枕0.04第二节 无缝线路的结构形式每段无缝线路的每一股钢轨一般由固定区、伸缩区和缓冲区三部分组成，如图7-2所示。长钢轨的中间区段为固定区，因钢轨两端被锁定，不能因温度变化而自由伸缩；长钢轨的两端各有一定长度（约100m）的伸缩区，在轨温变化时，此区段的钢轨有少量的伸缩移动量；缓冲区由24根标准长度的调节轨组成，设在长钢轨两端以外，是与下一根长钢轨或道岔等连接的过渡段，其主要作用是为便于调节轨缝、设置绝缘接头、更换道岔，以及在应力放散时可以调换调节轨。图7-2无缝线路的组成在无缝线路上，铺设长钢轨的每根长度不尽相同，一般在1000m2000m之间。这是因为受到线路上一些具体位置的限制，如对先铺设的长钢轨接头处、在小半径曲线处、大桥及道口处、闭塞分区绝缘接头处、车站道岔处等都需要中断，这些在设计阶段中必须予以考虑。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，在铺设时均应预留必要的轨缝，以保证轨温升至最高时，轨缝不会顶严，以免造成接头向上或向旁的支嘴；轨温降至最低时螺栓不会受力，以免造成拉弯或拉断螺栓。根据处理无缝线路钢轨内部温度应力的方式不同，无缝线路的铺设具有不同的结构形式，一般可分为温度应力式和放散温度应力式两大类。世界上大多数国家都采用温度应力式，我国所铺设的无缝线路主要也采用这种结构形式。1.温度应力式温度应力式无缝线路是在长钢轨锁定后，因温度变化而在钢轨内部产生的巨大温度拉应力或压应力并不予以放散。这种无缝线路结构简单，不需特殊设备，铺设维修方便，在温差不大的地区，钢轨内部的温度力也不会太大，结构比较稳定，是一种较好的结构形式。目前，我国在年轨温变化幅度小于90C的地区，大量铺设60kg/m钢轨温度应力式无缝线路，因为在此条件下，道床阻力和扣件阻力大于温度力，线路可以保持足够的强度和稳定性。2.放散温度应力式放散温度应力式无缝线路又分为定期放散温度应力式和自动放散温度应力式无缝线路两种形式。前者的结构形式与温度应力式相同，只是在每年一定季节（春、秋）适当轨温条件下，把线路钢轨抬起来放散应力，然后再重新锁定，或用更换缓冲区中调节轨长度的办法来减少和控制钢轨（长轨节）的温度应力。定期放散温度应力式无缝线路每年要两次放散应力，封锁线路施工，费工费力，只适用于年轨温变化幅度大于90C的地区，如严寒地区。自动放散温度应力式无缝线路是在长钢轨两端设置钢轨伸缩接头，并使用特制的中间扣件和防爬复原装置，使钢轨在垫板上能随轨温变化而自由伸缩，自动放散温度应力。这种结构形式由于设备复杂，维修困难，所以很少采用。本章主要阐述温度应力式无缝线路的有关内容。第三节 无缝线路的稳定性一、基本概念无缝线路的稳定性是研究温度压力、道床横向阻力及轨道框架刚度之间的关系，其目的是在一定的道床横向阻力及轨道框架刚度条件下，计算温度压力必须限制在多大范围才能保证线路的稳定；设计无缝隙线路时，必须经过稳定性计算以确定锁定轨温；在养护维修时，依据稳定性计算来限制作业轨温及作业量。夏季，无缝线路轨道框架受到温度压力，轨温不高，温度压力很小时，轨道保持原来状态。随着轨温的增高，温度压力的增大，轨道会在一些薄弱地段（钢轨有原始弯曲或道床横向阻力削弱处）出现较大的弯曲变形，这一现象称为无缝线路的胀轨。胀轨阶段，变形矢度f随温度压力的增大而逐渐增加；如果轨温减小，温度压力下降，变形矢度f会逐渐减小，直至恢复到无缝线路原始状态。当轨温增高到一定程度，温度压力达到某一临界力Pk时，轨温稍有升高或稍受外力干扰，轨道弯曲变形就会显著增大，导致轨道完全破坏，这一现象称为无缝线路的跑道。因此，胀轨是无缝线路丧失稳定的过程，而跑道是丧失稳定的结果，跑道使钢轨形成塑性弯曲变形，轨枕破裂，石碴抛散。胀轨、跑道均危及行车安全，会使列车颠覆，造成严重后果。现行无缝线路的稳定计算方法，是把温度压力限制在小于Pk的A点，规定横向位移为2mm，以保证线路既不产生变形积累，又不至于过分限制温度压力，这样可适当扩大铺设图7-3温度压力与变形矢度的关系无缝线路的轨温范围。将相应于使轨道产生2mm横向位移的温度压力PN除以安全系数K后得出的P，即是保证无缝线路稳定的允许温度压力，如图7-3所示。二、影响稳定性的因素在无缝线路胀轨、跑道事故中，通过很多次的现场事故分析，发现并非温度压力过大所引起，而是在养护维修中破坏了无缝线路的稳定性因素所致。因此，我们在无缝线路养护维修中，必须充分保持轨道稳定方面的因素，以防止胀轨、跑道事故的发生。影响轨道稳定性的因素有：1.道床横向阻力道床阻止轨道框架沿横向移动的阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨、跑道，保证轨道稳定的主要因素。道床横向阻力的大小与道碴材质、密度程度以及轨道框架重量等因素有关，也与道床肩宽及碴肩断面形状有关。若将肩宽适当加宽或堆高石碴，则道床横向阻力可以显著提高，但肩宽超过一定值时，如木枕超过450mm，混凝土枕超过550mm，道床横向阻力增长不多。在木枕端部堆高120mm石碴时，道床横向阻力可以提高20%，混凝土枕端部堆高160mm石碴时，道床横向阻力可以提高26%。图7-4所示为道床对每根轨枕横向阻力实测的数值。从图中可知，道床横向阻力随轨枕位移增大而增长；当位移达到某一定值时，道床横向阻力接近常数，最后道床受到破坏。无缝线路进行稳定性计算时，通常采用横向位移为2mm时的道床横向阻力值。2.轨道框架刚度轨道框架刚度是指钢轨和轨枕连接在一起抵抗胀轨跑道的能力。轨道框架刚度在水平面内，等于两股钢轨的水平刚度及钢轨与轨枕节点间的阻矩之和。节点阻矩与轨枕类型、扣件类型及扣压力等有关。中间扣件的扣压力愈大，钢轨与轨枕连接愈牢固，轨道框架的水平刚度就愈大；木枕轨道，使用普通道钉，扣压力小，道钉容易浮起，节点阻矩几乎为零；混凝土轨枕轨道，使用弹性扣件，扣压力大，节点阻矩增大。混凝土轨枕弹性扣件的框架刚度是木枕普通道钉扣件框架刚度的1.5倍。图7-4道床横向阻力与轨枕位移的关系3.轨道原始弯曲温度压力是破坏轨道稳定的基本因素，而轨道中所存在的原始弯曲则是促使轨道丧失稳定的不利因素，这些原始的微小弯曲对无缝线路的稳定性影响很大。通过实验发现：原始弯曲愈小，丧失稳定的临界压力愈大，原始弯曲愈大，丧失稳定的临界压力愈小。轨道原始弯曲包括塑性原始弯曲和弹性原始弯曲，前者是钢轨在轧制、运输、焊接和铺设过程中形成的，后者则是在温度压力和列车横向作用下产生的。第四节 无缝线路的铺设无缝线路是先在焊轨厂内把钢厂提供的不钻孔、不淬火、25m长的标准轨，用气压焊或接触焊焊接成200m500m的长轨条，然后用长轨专用运轨列车将长轨条运至铺设现场，再用铝热焊或小型气压焊在工地将各段长轨条焊接成设计长度；铺设时，用换轨小车将旧轨拆下换上新轨，在设计锁定轨温范围内进行锁定，成为一个区段的无缝线路。无缝线路在焊接、运输及铺设的施工过程中都有它的特殊要求，在施工中必须做好各项工作。一、长钢轨的焊接钢轨焊接是铺设无缝线路的一个重要环节。焊接的要求应该是使焊接成的长钢轨的物理力学性能一致。实践证明，钢轨焊接质量不良，使无缝线路的养护维修工作后患无穷，严重者将危及行车安全。我国铁路钢轨的焊接最早采用的是电弧焊接技术，该法焊接质量低，铺设后钢轨的断轨率高，被逐渐淘汰。以后又采用了铝热焊。随着钢轨焊接机的研制成功，开始采用气压焊、接触焊等焊接方法。铝热焊属铸焊，是在两轨间浇注铁水，而将轨端铸连。接触焊与气压焊都是利用热能，将钢轨端部加热至塑性状态，再施加一定的推压力，使两轨端焊接成一个整体，对于焊接质量，要求焊接接头的物理力学性能基本上和钢轨母材相同或相近。1.接触焊接触焊的原理，是将两根待焊的钢轨固定在接触焊机的两个相对夹钳内，如图7-5所示。向轨端通以强大的电流；根据电流热效应原理，电流通过电阻将产生热量；对接钢轨之间有巨大电阻，产生大量热能把轨端加热；当轨端被加热到塑性状态后，迅速予以挤压，使两轨端焊接成为一体。2.气压焊气压焊的原理是利用气压焊机，采用气体（乙炔a氧）燃烧的火焰加热焊接钢轨轨端，当温度达到1200C左右轨端呈塑性状态时，施加一定顶压力，把两轨端焊接成为一体。气压焊的焊接工艺与接触焊基本相同。目前，我国广泛使用一种移动式小型气压焊机，它适用于现场焊轨作业。小型气压焊机主要由压接机与加热器两大部分组成，另外配以气体流量控制箱、油泵、循环冷却水装置等设备。为了便于现场施工，采用瓶装氧气与瓶装液化石油气或瓶装乙炔作为热源燃料，如图7-6所示。图7-5接触焊原理图7-6移动式小型气压焊机（1）压接机。压接机的作用为固定待焊接的两根钢轨轨端，并对焊接轨端施以20MPa30MPa的顶压力。压接机机身具有固定扣件座与活动扣件座各一个，分别将待焊接的钢轨两端固定在压接机上。通过液压缸活塞头，推动活动扣件座沿滑道滑动，使两轨端相互顶压。液压缸为压接机的主要部件，其所能提供的设计顶压力为3000kN。同时，还能提供现场焊接时移动待焊长轨条所需的拉力。（2）加热器。加热器是对待焊的钢轨端部进行均匀加热的设备。须将待焊轨端加热到1200C左右，呈现塑性状态，才能进行顶压焊接。加热器由气室管道和水箱两部分组成。气室管道由无缝钢管焊接而成，管道壁焊有嘴条，其上布置火孔围绕钢轨断面进行加热。水箱用以盛装循环冷却水。加热器安装在压接机槽型基座上，通过操作杆使其在焊缝左右15mm范围内摆动。气室管道位于水箱内部，通过混合气室管道与加热焊炬（即喷枪）连接。高压氧气从焊炬中心孔喷出，使喷射孔周围造成负压，从而吸入可燃气体进入混合室形成热能，并通过加热器火孔喷出火焰。焊炬的进气管外接软管，通过操纵台与热源相连。操纵台装有流量计及调节阀，以控制氧气与可燃气的开放和关闭，调节气体流量，控制火焰大小。移动式小型气压焊机，以采用氧a丙烷作为热源为宜，因为比较安全并便于转移。3.铝热焊铝热焊的原理是采用金属铝、氧化铁、铁合金和铁钉屑，按一定比例配成铝热焊剂，置于特制的坩埚中，用高温火柴点燃，引起强烈的化学反应，铁的氧化物被铝还原成铁水，同时产生巨大热量，然后把高温钢水浇入安装在接缝上的砂型内，加热轨端并以钢水填充接缝，从而将两轨端焊接成整体。铝热焊的工艺简单，适合工地流动作业，有利于施焊联合接头和维修使用。从目前来看，接触焊、气压焊焊缝质量较高，其物理力学性能与钢轨母材相近，而铝热焊焊缝强度只有钢轨原材强度的70%左右，在机车车辆动力及温度力的作用下，冬天容易发生断裂。因此，采用铝热焊时，要特别注意提高焊剂质量，严格遵守规定的焊接工艺，以提高铝热焊的焊接质量。二、长轨条的运输与铺设1.长轨条运输长轨条从焊轨厂用专门的运轨列车运输到工地，运轨专用列车每层可装14根长钢轨，共四层，最多可装56根。长轨列车运输途中，为使车上长钢轨在列车制动、行车速度改变、上下坡道、过小半径曲线或道岔时能保持正常轨位而无意外串动和横移，装车时对长钢轨必须用间隔铁分层锁定和分层定位。长轨列车的中部四辆车装有长轨锁定器，每车装两组，其中1号车装在一层支架上，2号车装在二层支架上，3号车装在三层支架上，4号车装在第四层支架上，以保证分层装车每层锁定。长钢轨在车上横向定位用间隔铁，每隔一车装一组，装车时立起，以保证钢轨对号就位。每辆车上所有钢轨支架均满装滚筒，以保证车上的长钢轨随温度变化而自由伸缩。长轨列车由间隔车、装轨车、锁定车、作业车组成。在作业车上装有钢轨引拉器，用于长轨列车到达区间卸轨地点停车后，将待卸钢轨拉到驱动台上。卸轨时，开动驱动装置，将钢轨向车尾推送，轨端接地后对位，然后驱动器边开动推送，列车边以相应速度向前开行。长轨落地50m后，列车可快速开行。与前一根钢轨下卸的同时，后续钢轨由引拉器牵引，尾随而至，停于钢轨驱动台旁，待前一根钢轨的尾端到达后，后续钢轨随即跟下，连续卸轨直至卸毕。2.长轨条铺设长轨条的铺设一般是区间封锁的情况下在既有线路上进行。为了提高长轨铺设质量，必须对原有线路进行全面捣固，整好打平，全面拨正线路方向。直线要顺直，曲线要圆顺（要求按绳正法进行曲线拨道）。补充均匀石碴，加强夯拍，保持碴肩宽度不小于300mm。平整路基，整治路基病害等。换轨小车由拨新轨小车和拨旧轨小车组成。换轨时，小车由轨道车牵引，用钢丝绳连挂，拨新轨小车在前，拨旧轨小车在后。作业时，拨新轨小车走行在旧轨上，将新轨抬起，并通过车上的导向龙门将新轨入槽（在此以前已将旧轨拆卸并拨向道心）；拨旧轨小车走上已入槽的新轨，并通过车上的导向龙门及车后的拨轨器将旧轨条收拢在道心。两辆小车相距约20m，前进速度约3km/h5km/h，如图7-7所示。在长轨铺设作业中，新旧钢轨交叉会发生碰挂，阻碍小车前进，行走在曲线上进行拨轨时，两股钢轨拨入量不一致，由于拨轨小车体轻轮小，有时会掉道，作业时应注意。新轨入槽后，随即全面锁定线路，正确测记锁定轨温，并在换轨终点做好钢轨合龙连接。钢轨合龙后，将换轨小车撤出换轨区间，开通线路。图7-7换轨小车组示意图3.整修工作线路开通后，应认真及时地对线路进行整修工作，这对提高无缝线路的质量和增强稳定性是十分重要的。（1）加强线路锁定。在线路开通、慢行列车通过后，对所有扣件及防爬器进行一次全面紧固，防止线路爬行。（2）加强捣固整修。一般无缝线路铺设后，要经过两遍以上的全面整修，线路质量才能稳定。特别对原有接头处的坑洼不平和空吊板应加强整治。（3）整正线路方向，做好直轨工作，保持轨道平顺。（4）加强接头养护。对左右错牙，高低不平的焊缝，应根据情况进行打磨整修。第五节 应力放散与调整一、应力放散的应用无缝线路的锁定轨温与设计锁定轨温不符或原锁定轨温不明时，为保证轨道的强度与稳定，需在设计锁定轨温范围内将无缝线路焊接长钢轨全长或部分长度范围内的扣件松开，采取一定的措施使钢轨伸缩，当达到预计的伸缩量（或轨温）时，将线路重新锁定，这项工作称为应力放散。无缝线路应力放散，实际上就是使焊接长钢轨恢复至原来铺设时的无应力状态，或者是应力降低到与轨温变化幅度相适应的水平。1.锁定轨温变化的原因（1）为了扩大施工季节，加速无缝线路的铺设，在气温较高或较低季节进行铺设施工，因此造成施工锁定轨温比设计锁定轨温过高或过低的情况，无法在设计锁定轨温范围以内锁定线路。（2）冬季固定区钢轨折断后，断口处两端钢轨收缩，放散了一部分温度拉力。为了保证通车，在当时低温条件下焊上一段短轨，这就相当于这段线路在低温下锁定，改变了原来的锁定轨温。（3）由于作业不当，如在低温或高温时解开接头，在伸缩区超限超温作业等，会导致钢轨产生不正常的伸缩变形，相当于放散了钢轨应力。作业完后恢复线路，等于重新加以锁定线路，改变了原来的锁定轨温。（4）由于线路严重爬行，使钢轨产生不正常的伸缩变形，改变了原来的锁定轨温。（5）因其他原因造成无缝线路锁定轨温不明的地段。2.锁定轨温的检验检验长钢轨锁定轨温的变化情况，简单易行的方法是设置位移观测桩，通过观测钢轨长度的变化，可以计算出锁定轨温变化的大小，从而确定应力放散或调整区段。每段无缝线路设置位移观测桩57对，如固定区较长，可适当增加对数。其中，固定区中间点一对，伸缩区始、终点各一对，其余均匀设置在固定区。3.应力放散场合无缝线路运营过程中，在下列情况下必须进行应力放散或调整：（1）锁定轨温不准、不明。（2）长钢轨过量伸缩、线路方向严重不良，或者由于处理线路故障改变了实际锁定轨温时。（3）某些线路因施工需要提高或降低无缝线路的锁定轨温时。（4）施工铺设无缝线路时的轨温不符合设计锁定轨温要求。（5）定期放散温度应力式无缝线路每年春、秋季在设计锁定轨温范围内改变锁定轨温。（6）无缝线路固定区出现严重不均匀爬行，或夏季方向变化大、碎弯多，说明轨温上升幅度偏大时。二、应力放散的方法无缝线路应力放散的方法有温度放散法和强制放散法两种。温度放散法是适合设计锁定轨温的范围内，松开全部扣件，使长钢轨自由放散应力，然后再加以锁定，现场采用的这类放散方法是滚筒放散法。强制放散法是松开部分扣件，以适当降低扣件阻力，同时对长钢轨加以外力的强制作用，迫使钢轨伸缩而放散应力，当达到预计的伸缩量后，在锁定线路，现场采用的这类放散方法有列车辗压法和撞轨法两种。不论采用哪一种方法，放散应力后，都要根据实际锁定轨温，修改有关技术档案并修正位移观测标记。1.滚筒放散法滚筒放散法是在封锁线路的条件下进行，在需要锁定的轨温范围内，松开长轨的全部扣件及防爬设备，然后抬起钢轨，每隔20根轨枕（或约13m15m）撤掉一根轨枕上的胶垫，放上直径约30mm的钢管（即滚筒），将长钢轨垫起，或将钢轨落在钢管上，撞击长轨节数次。由于摩阻力大大减少，钢轨得以自由伸缩，放散钢轨内部的温度应力。当钢轨的伸缩量达到预计的数值后，抽掉滚筒，锁定线路，并测记轨温。垫放滚筒时，应从长钢轨的端部，依次向中部进行，而在抽掉滚筒时，则应从长钢轨的中部，依次向端部进行。线路开放通过34次列车后，再次拧紧扣件。滚筒放散法最好在轨温较设计锁定轨温略高时进行借以消除滚筒本身摩擦阻力的影响。如在滚筒全部垫好后，用撞轨器将长轨来回串动80mm100mm，则效果更好。这种放散方法的优点是温度应力放散较彻底，均匀性好，重新锁定后的锁定轨温准确，但需要中断行车，封锁时间长，施工组织复杂，因而不适用于行车密度大的线路，只能在大修时应用。另外，经滚筒放散后，轨道的改道工作量比较大。2.列车碾压放散法列车碾压放散法是在轨温接近放散温度时，将长钢轨的接头扣件、防爬器全部松开，并根据放散方向的不同而松开部分中间扣件，利用通过列车的碾压与振动，迫使钢轨伸缩，放散钢轨内部的温度应力，当伸缩量达到预定数值后，重新锁定线路。根据应力放散方向的不同，可分为顺向放散、逆向放散及双向放散三种不同的放散方法。（1）顺向放散法。顺向放散法的放散方向与列车行驶方向一致。放散时，把长钢轨沿行车方向始端伸缩区加强锁定不动，解开终端缓冲区钢轨夹板，换入适当长度的缓冲轨，适当松开长钢轨其余部分的中间扣件，打松正向防爬器，利用列车通过时产生的振动和温度的伸缩作用，使长钢轨向列车运行一致的方向伸缩，放散钢轨内部温度应力，待钢轨的伸缩量达到预计数值后，锁定线路，如图7-8所示。图7-8顺向放散法（2）逆向放散法。逆向放散法的放散方向与列车行驶方向相反。放散时，把长钢轨沿行车方向终端伸缩区加强锁定不动，同时适当松开长钢轨其余部分的中间扣件，打松反向防爬器，允许长钢轨向列车行驶相反的方向伸缩，放散钢轨内部温度应力，等钢轨伸缩达到预计数值后，锁定线路，如图7-9所示。图7-9逆向放散法上述两种放散方法都适用于双线地段，利用线路单向行车的特点放散应力，而且逆向放散法还可以把双线地段向列车行驶方向爬行的钢轨拉回原位，因此适用于爬行严重的地段，但逆向放散速度慢，常需与撞轨法配合使用，加快放散速度。（3）双向放散法。双向放散法是从长钢轨中部向两侧放散钢轨应力。放散时，把长钢轨中部25m长的范围加强锁定不动，两侧钢轨放散长度根据需要而定，适当松开部分中间扣件，打松全部正、反向防爬器，允许长钢轨向两侧伸缩，放散钢轨内部温度应力，等钢轨伸缩达预计值后，锁定线路，如图7-10所示。图7-10双向放散法双向放散法适用于双向行车的单线地段，且放散完毕后，在次日轨温接近锁定轨温时，将长钢轨中部25m锁定段及其相邻两侧各100m200m范围内扣件松开，再进行一次应力调整，以使长钢轨内应力均匀。列车辗压法的优点是只在更换缓冲轨时需封锁线路进行，因此，封锁线路时间短，一般只需10min15min，施工组织简单，适用于行车密度较大的线路。但由于轨底与垫板之间有一定摩擦力，往往达不到彻底放散的效果，必须把锁定轨温提高才能满足计划放散量，木枕线路需提高5C10C，混凝土枕线路需提高10C15C。另外，列车辗压法具有放散等待时间长，放散应力很不均匀，效果较差，一般只用于应力调整。3.撞轨放散法撞轨放散法是在封锁线路条件下进行，在接近锁定轨温的范围内，松开长钢轨放散方向的全部扣件及防爬设备，使用撞轨器顺放散方向撞击钢轨，使之在外力作用下克服各种摩阻力而伸长或缩短，放散钢轨内部积储的温度应力。当到达预期的放散量后，锁定线路并测记轨温，通过34次列车后，再次拧紧扣件。撞轨器用两根倒置后轨底平行焊接的50kg/m、4m长的短轨及轨面上滚动的滚轴制成。撞击点一般在焊接长钢轨的端部（俗称龙门口）布置一处，利用接头夹板进行撞击。另在铝热焊接头处（相距约250m）上好副急救夹板，利用夹板进行撞击。用撞轨法放散温度应力，应在轨温接近设计锁定轨温或略高时进行。这个方法的优点是应力放散较均匀，顺列车运行方向或逆列车运行方向均可放散，并有可能在轨温低于设计锁定轨温时放散应力。其缺点是长钢轨的锁定轨温必须是明确的和均匀的，否则就不能达到放散应力的目的。另外，需有较长的封锁线路时间，一般为40min70min，但较滚筒放散法需要的封锁时间为短。三、应力放散施工步骤放散应力必须做到“够、匀、准”，即总放散量要够；沿钢轨全长放散量要匀；锁定轨温要准。应力放散作业分准备作业、基本作业和整理作业三个步骤。1.准备作业（1）应力放散前，应在计划的锁定轨温范围内详细调查原有线路情况。调查时尤其应注意原锁定轨温是否有变化，是否有爬行，轨缝有无不正常变化。（2）确定放散轨温及放散方法，计算放散量及锯轨量。（3）准备机具及材料。（4）清除妨碍钢轨伸缩的障碍物。（5）由锁定端起每隔100m设置一个临时观测点，随时掌握长钢轨的应力放散情况。2.基本作业（1）设置施工防护，列车慢行或封锁线路。（2）视放散方法的不同，分别松开相应的扣件及防爬设备。（3）要点更换合龙轨和长孔夹板，安放短轨头，并上好短轨头固定螺栓。放散时依次更换短轨头，直至合龙。（4）当实际放散量比计划放散量少5mm10mm时，即可锁定线路，拧紧扣件及打好防爬器。因扣件及防爬设备尚不密贴，通过几趟列车后，钢轨还将伸长。通过一趟列车后，全面拧紧扣件和防爬器。第二天在锁定轨温范围内，再全面上紧扣件。（5）确认线路恢复正常状态后，取消慢行，恢复正常速度。（6）核定锁定轨温。3.整理作业（1）测量各观测点位量，检查是否均匀。（2）整理道床，恢复设计标准。（3）重新设立位移观测桩。四、应力调整在正常情况下，无缝线路固定区内各点的温度应力是均匀的，但由于作业不当、线路爬行不均或其他原因，会使局部地段钢轨承受较大的拉力或压力，导致在高温季节中出现碎弯现象。对于这些地段，可采取应力调整的办法，使钢轨受力均匀一致，以避免局部地段应力过大，造成胀轨、跑道或断轨事故。调整无缝线路固定区应力的作业，称为应力调整。1.产生应力集中的因素（1）铺轨中长轨条没有调直，铺轨时有个别处所憋住温度力。（2）长轨折断后，低温条件下复焊。虽在锁定轨温内焊接，但断缝没有放出来，造成应力集中。（3）在低温下锁定时，伸缩区锁定不好，轨缝被拉大。（4）虽然铺轨温度合适，但由于作业不当或锁定情况不好，造成线路爬行，爬行前方钢轨受压，后端受拉，产生钢轨温度应力集中。无缝线路固定区钢轨内应力集中的现象，可以从位移观测桩观测到的钢轨位移情况分析得知。如固定区某一观测桩附近钢轨有位移变化，而其他观测桩没有变化，说明有位移变化的钢轨附近有应力集中；又如固定区所有观测桩处钢轨都有位移变化，说明线路有爬行，若其中某个观测桩处的钢轨位移量较大或较小，说明该观测桩处附近钢轨有应力集中。无缝线路固定区造成应力集中处所，一般和长轨发生跑道的地点相同。2.应力调整方法应力调整是在长钢轨全长无变化，不改变原锁定轨温的前提下进行。应力调整方法较为简单，一般是无缝钢轨线路长钢轨两端伸缩区扣件、防爬器都保持不动，然后按列车运行方向，把固定区的部分或全部中间扣件和防爬器松开，随着列车的辗压振动和轨温变化，使固定区钢轨可以适当伸缩，以均匀调整钢轨承受的应力。为加速应力调整过程，也可以辅以撞轨与拉轨。调整完毕后，拧紧扣件，打紧防爬器，恢复线路。3.应力调整注意事项（1）由领工员负责组织施工，在施工中随时注意观测方向，发现问题及时处理。（2）随轨温升高，及时打紧防爬器，同时利用列车碾压、锤击和撞轨等方法，使钢轨伸缩，直到固定区前端应力集中处碎弯消失为止。（3）应力调整力求均匀，达到调整目的后，同时拧紧扣紧螺栓，打紧防爬器，第二天在锁定轨温5C范围内再拧紧一遍。（4）应力调整应在实际锁定轨温8C左右进行。第六节 无缝线路的养护维修与故障处理一、无缝线路的养护维修特点无缝线路钢轨内存在巨大的温度力。为了保持线路的稳定和状态的完好，必须最大限度地提高和保持线路阻力，避免锁定轨温变化，防止胀轨、跑道及断轨事故的发生，保持线路及其设备良好的工作状态，使列车能以规定的速度安全、平稳和不间断地运行。无缝线路养护维修不仅要遵守普通线路的有关规定，还必须针对无缝线路的特点，提出一些特殊的要求和规定。1.加强线路锁定为保持无缝线路具有足够的强度与稳定条件，除按结构设计所需具备的条件之外，必须加强线路的锁定工作，即加强扣件及道床作业，保持扣件及道床具有足够的阻力。接头阻力对纵向锁定线路起着主要作用，因此，接头夹板必须经常保持紧固状态。其接头螺栓扭力矩应达到900Nm，最小不得低于700Nm。混凝土轨枕扣件要“正、靠、紧”；要拧紧扭力矩，扣板扣件扭矩应经常保持在80Nm140Nm范围内，弹条扣件的弹条中部前端下颏应经常保持在80Nm140Nm范围内，在半径为600m及以下的曲线地段，应保持在120Nm150Nm范围内。木枕线路道钉要钉齐全，浮离道钉不超过12%。防爬设备要定期整修，全面打紧，经常保持良好的工作状态。加强道床作业。要经常保持道床饱满密实，排水良好。直线地段道床肩宽不少于400mm，并可采取堆高碴肩的方法，以提高道床横向阻力。2.按轨温进行作业无缝线路在进行维修作业过程中，线路要受到一定程度的破坏，线路各种阻力、轨道框架刚度要相应降低。即使作业后恢复了线路，线路阻力也不能达到作业前的数值。所以，为了保证线路在维修作业过程中不致发生胀轨、跑道或断轨事故，要对线路维修作业项目和范围进行适当控制。为了确保维修作业中已破坏原状的线路绝对安全，钢轨内的温度力不至于太大，要严格控制维修作业时的轨温，使其与锁定轨温相差温度不超过允许限度，为此，必须严格执行铁路线路维修规则中规定的无缝线路维修作业轨温条件。混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件：（1）在实际锁定轨温增减10C的范围内，无缝线路与普通线路相同，允许进行各项维修养护作业。（2）在实际锁定轨温增加10C20C的范围内，各项维修养护作业应控制在：扒道床。每次连续扒开道床长度不得超过50m，但不得扒开枕头道床。起道。起道高度不得超过30mm，长度不超过50m。拨道。一次拨道量不超过10mm。松动防爬设备。不得同时松动长度12.5m以上的防爬设备。禁止更换钢轨或夹板，以及破底清筛道床，允许