城市轨道交通轨道工程（第二版）课件：无缝线路构造

无缝线路构造

无缝线路是用标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称为焊接长钢轨线路。被公认为是20世纪轨道结构最突出的改进与创新。学习要点：无缝线路钢轨内的温度力，无缝线路锁定轨温，各种线路阻力，无缝线路稳定性和特殊地段无缝线路设计。学习目的：通过学习无缝线路的基本原理，无缝线路钢轨内的温度力分布，使学生能够了解无缝线路构造，无缝线路锁定轨温和特殊地段无缝线路的设计。普通线路：钢轨接头是薄弱环节，列车运行通过时会发生冲击和振动，影响行车的平顺和旅客舒适，加速钢轨和机车车辆的磨耗和伤损，降低了使用寿命，并增加了其养护维修费用。无缝线路：优点：最大限度地消除了钢轨接头，全面提高线路的平顺性、稳定性和可靠性。具有行车平稳，机车车辆及轨道维修费用低，使用寿命长等优点。

无缝线路分类：1.按钢轨受力情况，分为温度应力式和放散温度应力式。后者又可分为自动放散和定期放散两种形式。2.从钢轨长度的角度分为1）普通无缝线路----由于自动闭塞区间绝缘接头的设置，轨条长度不跨越闭塞分区，也不跨越车站。一般为1～2km长，长轨节之间设2～4根标准轨作为缓冲区。

2）全区间无缝线路——长轨节长度为相邻两车站进站、出站信号机之间的距离，轨条长度跨越闭塞分区，在绝缘接头处采用了高强度胶结绝缘接头技术3）跨区间无缝线路——在全区间无缝线路的基础上，轨节长度进一步延长，将区间无缝线路长轨节与道岔焊连起来。轨节长度可达几十甚至几百公里。维修规则规定：第3.10.1条

正线钢轨大修应采用60kg/m及以上钢轨无缝线路。正线允许速度160km/h及以上线路应铺设跨区间无缝线路，正线允许速度160km/h以下线路宜铺设跨区间无缝线路；不满足铺设无缝线路条件的地段，可铺设标准长度钢轨。温度应力式的无缝线路：

【缓冲区】的设置由2—4根标准长度的钢轨组成。它的主要作用在于调节轨缝、设置绝缘接头及应力放散时调换调节轨。长钢轨中间不能伸缩的部分称为【固定区】两端各有一定长度的【伸缩区】维修规则规定：第3.10.2条温度应力式无缝线路，一般由固定区、伸缩区、缓冲区三部分构成。固定区长度不得短于50m。伸缩区长度应根据年轨温差幅值、道床纵向阻力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为50～100m。维修规则规定：

缓冲区一般由2～4节标准轨(含厂制缩短轨)组成，普通绝缘接头为4节，采用胶接绝缘接头时，可将胶接绝缘钢轨插在2节或4节标准轨中间。缓冲区钢轨接头必须使用不低于10.9级的螺栓，螺栓扭矩应保持在700～1100N·m。绝缘接头轨缝不得小于6mm。各种线路阻力接头阻力在钢轨接头处，两根钢轨端部由夹板通过螺栓和螺帽拧紧，由此产生的变化的摩阻力称为接头扣件阻力，简称接头阻力。接头阻力由钢轨与夹板之间的摩阻力和螺栓抗剪力提供，为了安全，我们只考虑摩阻力。它是由钢轨与夹钣间的摩阻力所提供。中间扣件阻力

中间扣件和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。为了保证扣件阻力达到设计要求，必须经常打紧防爬设备，混凝土轨枕的中间扣件扭力矩，《维修规则》规定：扣板扣件应经常保持在80—120N·m；弹条扣件为100-150N·m。道床纵向阻力

----指道床抵抗轨枕纵向移动的阻力。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。道床横向阻力----指道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。它是防止胀轨跑道，保持无缝线路轨道稳定的重要因素。道床横向阻力由轨枕的两侧及底部与道床接触而之间的摩阻力和轨枕端部道床的抗剪力组成。1．道床的饱满程度道床的饱满程度关系到轨枕与道碴接触面的大小及道碴之间的相互啮合，直接影响道床阻力值。道床越饱满，其横向阻力越大。2．道床肩宽道床肩部所承担的道床横向阻力约占总道床横向阻力的1／3。3．道床肩部堆高在滑动棱体内堆高道碴，加大了滑动体的重量，因此增加了横向阻力。国内外无缝线路广泛使用肩部堆高道碴。影响道床横向阻力的因素有：4．道碴的种类及粒径不同材质的道碴，它们之间的摩阻力也不同。5.线路维修作业的影响线路维修作业如起道捣固、清筛等都影响道碴之间的咬合和接触状况，导致道床阻力下降。6．行车条件的影响列车通过时，迫使两转向架之间的轨道框架向上抬起，加之列车经过时引起的振动都会使道床阻力下降。轨道框架刚度轨道框架刚度是指钢轨与轨枕通过中间扣件连接而成的框架结构的整体刚度，它表示轨道抵抗弯曲变形的能力。（一）垂直平面内的轨道框架刚度轨道框架在垂直平面内的刚度，实际上就是该框架对水平轴的刚度，它等于两根钢轨对水平中性轴的刚度。

(二)水平面内的轨道框架刚度轨道框架在水平面内的刚度，等于2根钢轨在水平面内对垂直轴的刚度和轨道框架节点扭矩的总和。轨温、锁定轨温和中间轨温1．现场轨温实际测量半导体点温度计、普通温度计(吸附式轨温计，红外数字轨温计）和RT型钢轨测温计。2．无缝线路的锁定轨温，是长钢轨无温度力状态时的轨温。通常将铺设长钢轨的两端正常就位时的轨温平均值作为锁定轨温。钢轨内的温度应力为零，因此锁定轨温又称零应力轨温。3．中间轨温：最高与最低轨温的平均轨温钢轨内的温度力与温度应力1.钢轨自由伸缩量⊿L=α·L·Δt例：一根1000m长钢轨在轨温变化40ºC时，其伸缩量为多少？⊿L=α·L·Δt=0.0118×1000×40=472㎜2.温度应力与温度力温度应力：σt=E·α·Δt=2.5Δt（MPa）温度力：Pt=250Δt·F（N）(F单位为cm²）结论：1.钢轨内部的温度应力，仅与轨温变化幅度成正比例关系，而与钢轨长度无关。因此，在理论上钢轨可以任意加长，而不影响其内部的温度应力值，这是铺设无缝线路的理论依据。2.无缝线路轨道除承受机车车辆动荷载外，还要承受巨大的温度力，这是无缝线路非常重要的特点，也是无缝线路设计、施工及维修养护工作中必须考虑的一个特殊问题。习题某地区轨温：Tmax=63ºC

，Tmin=-21ºC，Tsf=26ºC时，在直线上铺设并锁定60Kg/m钢轨（断面积为77.45cm²）的无缝线路，求最大温度压力和最大温度拉力？解：Δt升=63ºC-26ºC=37ºCPmax压力=250Δt·F=250×37×77.45=?NΔt降=26ºC-（-21ºC）=47ºCPmax拉力=250Δt·F=250×47×77.45=?N温度力与纵向阻力的关系

1．温度力与接头阻力的关系当温度力大于接头阻力时，接头提供最大的阻力与温度力抗衡，同时，长钢轨两端开始产生伸缩。当轨温由增温转为降温反向变化时(或由降温转为增温时)，长钢轨两端由伸长转为缩短(或由缩短转为伸长)，必须克服双倍的接头阻力。2．温度力与道床纵向阻力的关系当温度力克服接头阻力后的余量大于某段道床长度的纵向阻力时，道床提供的该段道床长度的纵向阻力与温度力抗衡，当轨温反向变化时，长钢轨两端由伸长转为缩短(或由缩短转为伸长)，此时，道床的正向纵向阻力被抵削，反向纵向阻力被克服，也要克服双倍的道床纵向阻力后才能实现。

温度力分布图横坐标轴表示长钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨内温度力值的大小.温度拉力为正，绘在横坐标轴的上方，温度压力为负，绘在横坐标轴的下方。1．温度力小于等于接头能达到的最大阻力值阶段随着轨温的下降，温度(拉)力Pt逐渐增加，首先由于接头阻力阻止钢轨缩短，从而在钢轨全长范围产生了温度拉力，在温度力Pt没有超过最大的接头阻力Pj之前，有多大的Pt就有多大的接头阻力与之平衡。直到Pt＝Pj之前，温度力图都为一矩形。2．温度力大于接头阻力至达到最大温度(拉)力阶段(P∠Pt∠maxP)当轨温继续下降；接头阻力所能达到的最大值PH被克服，钢轨开始缩短，由于扣件阻力大于道床阻力，钢轨与轨枕组成的轨道框架产生与道床之间的相对位移，道床阻力开始阻止钢轨缩短。道床阻力愈大，斜率也越大。3.轨温反向变化时长轨节的温度力分布温度从最低向最高变化温度从最高向最低变化得出以下特点:

1.轨温从最低轨温Tmin(或最高轨温Tmax)反向变化，变化幅度小于2⊿tj时，在温度力图上,温度力图线平行移动，长钢轨全长范围内温度力均匀减小，长钢轨上任一点无新的纵向相对位移，即不发生伸缩变化。2.轨温从最低Tmin(或最高Tmax)反向变化，变化幅度大于2⊿tj后；在长钢轨两端伸缩区内,一部分长度钢轨发生伸缩，道床纵向阻力反向出现温度力峰，它高出固定区的温度力。这一现象在无缝线路养护维修中应予以注意。

3.由于选择的设计锁定轨温略高于中间轨温，因而在轨温往复变化达到最高轨温时，在长钢轨两端伸缩区内靠近固定区的两端产生最大的温度压力峰，它高出固定区的最大温度压力;当轨温达到最低轨温时，不产生最大的温度拉力峰，而温度拉力峰消失。三、预留轨缝计算

无缝线路缓冲区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，以保证轨温升高时轨缝不顶严，避免造成接头向上(或向旁)支嘴；轨温降低时螺栓不会受力，避免造成拉弯(或拉断)螺栓。(一)当轨温达到当地最低轨温时，轨缝不超过最大轨缝(或构造轨缝)，长钢轨与标准轨间预留轨缝△应满足：(二)当轨温达到当地最高轨温时，此处的轨缝也不能顶严。无缝线路稳定性变形的发展可分为三个阶段：持稳阶段(不变形阶段)----胀轨阶段(渐变阶段)----跑道阶段(突变阶段)。诱发轨道失稳的因素：钢轨温度压力，它是使轨道结构失稳的主要因素；轨道初始不平顺(变形)，它降低了轨道抵抗胀轨跑道的能力。保持轨道稳定的因素：一是道床横向阻力；二是轨道框架水平刚度。维修规则规定：第3.10.3条无缝线路必须有足够的强度和稳定性。铺设无缝线路应采用标准轨道结构，根据各地轨温幅度并按《铺设无缝线路允许温差表》(附录六)所列允许温升[△tu]和允许温降[△td]计算中和轨温，确定设计锁定轨温。特殊情况需加强轨道结构时，应根据行车条件和线路平纵断面情况进行强度、稳定性及缓冲区轨缝检算。维修规则规定：中和轨温按下式计算：式中[△td]，[△tu]——允许温降和允许温升；Tmax，Tmin——当地历史最高、最低轨温；

[△tk]——中和轨温修正值，取0～5℃。讨论1.无缝线路的锁定轨温可采用平均轨温，也可适当降低锁定轨温，以适应轨道结构在无缝线路稳定性方面已有加强，而钢轨焊接质量则并未显著提高的现实。2.无砟轨道上的无缝线路具有极高的稳定性，在进行相关计算时，不必考虑其稳定性问题。3，无缝道岔不能进行应力放散工作，否则不但应力放散的不彻底，而且会影响无缝道岔的几何形位。特殊地段无缝线路设计

是指桥上、道岔、长大隧道、小半径等地段的无缝线路设计。桥上无缝线路目的：是为了最大限度地提高桥上轨道结构的平顺性。桥上铺设无缝线路与路基上铺设无缝线路有所不同，钢轨除受温度力作用外，还受桥上附加纵向力的作用。在此主要是指梁受温度变化而产生伸缩和受列车荷载作用产生挠曲变形。在明桥面上：梁的这种纵向变形将通过梁、轨之间的联结约束，使钢轨受到附加纵向力作用并产生伸缩。在有碴桥上：道床也会对梁、轨之间的相对位移产生约束作用。维修规则规定：第3.10.5条桥上铺设无缝线路应满足下列要求：一、位于无缝线路固定区的跨度不大于32m的简支梁桥。二、当地最大轨温变化幅度、桥长及其采用轨枕、扣件符合表3.10.5的规定。三、无缝线路在桥梁两端路基上每端锁定长度均不应小于100m。不在上述规定之列的桥梁，应对钢轨、墩台的受力状态、冬季钢轨折断时断缝的大小进行检算。若各项检算结果未超过允许值则可铺设。维修规则规定：

桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台病害等，铺设无缝线路前必须进行严格检算。第3.10.8条缓冲区和伸缩区不应设置在道口或不作单独设计的桥上。有碴桥跨度不大于16m时，伸缩区可设置在桥上，但轨条接头必须在护轨范围以外。维修规则规定：第3.10.10条

联合接头不得设置在道口、桥台、桥墩或不作单独设计的桥上，距桥台边墙不应小于2m。位于中跨度桥上的联合接头应布置在1／4～l／2桥跨处，并避开边跨；在大跨度桥上，应远离纵梁断开处。允许速度大于160km／h的线路，铝热焊缝距轨枕边不得小于100mm，其他线路不得小于40mm。长大坡道无缝线路

在长大坡道线上铺设无缝线路可防止钢轨爬行，延长钢轨的使用寿命。长大坡道线路多位于山区的双机或多机牵引地段，列车频繁制动，因此，铺设的无缝线路具有下列特点：列车制动使列车运行前方钢轨产生纵向压力，列车尾部钢轨产生拉力，影响无缝线路的强度及稳定性。维修规则规定：

第3.10.4条曲线半径小于400m或当地最大轨温幅度超过《铺设无缝线路允许温差表)中允许铺设无缝线路最大轨温幅度时，应作特殊设计。长大坡道、制动地段及行驶重载列车区段铺设无缝线路时，可采取加强措施。长大隧道无缝线路1．无缝线路固定区应设在轨温变化小的隧道内，伸缩区可以设在洞口轨温变化较大的过渡段(一般为10～40m)，缓冲区设在隧道外。2．隧道内轨道结构应适当加强，当隧道长l≥300m时，隧道内正线的轨枕数量应比隧道外略有增加：木枕约增加160根，混凝土枕约增加80根。3．隧道内轨道道床薄，接头钢轨及轨枕损坏严重，应当在接头处采用枕下大胶垫或高弹性轨下胶垫，还应加强钢轨的探伤检查。寒冷地区的无缝线路（轨温温差大于90℃的地区）在设计、铺设时应注意以下几点：无缝线路温度力大，长轨节伸缩量大，因此，根据不同情况可以采用定期放散温度应力式或温度应力式。为了提高轨道的强度和稳定性，应对轨道进行加强，包括采用高强度钢轨。路基、道床应处于完好状态，应彻底整治冻害和翻浆冒泥等病害。第3.10.6条无缝线路轨道结构应具备的条件：

一、路基。路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。二、道床。一级碎石道碴，碎石材质、粒径级配应符合标准，道床清洁、密实、均匀。跨区间无缝线路道岔范围内道床肩宽450mm。三、轨枕及扣件。混凝土枕、混凝土宽枕或有碴桥面混凝土枕，特殊情况可使用木枕。混凝土枕、混凝土宽枕应使用弹条扣件，木枕应使用分开式扣件。四、钢轨。普通无缝线路应采用50kg／m及以上钢轨，全区间及跨区间无缝线路应采用60kg／m及以上钢轨维修规则规定：第3.10.7条

普通无缝线路轨