無(wú)縫線路鎖定軌溫降低原因及檢測(cè)

摘 要:無(wú)縫線路鎖定軌溫是衡量無(wú)縫線路軌道強(qiáng)度與穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，本文就無(wú)縫線路鎖定軌溫降低的原因及監(jiān)控檢測(cè)方法進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞:無(wú)縫線路鎖定軌溫降低檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào):U213.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào):1674-098X(2011)08(a)-0055-02

1 問(wèn)題的提出

自1999年起至現(xiàn)在，我國(guó)鐵路已成功實(shí)施了六次大提速，部分既有線時(shí)速已達(dá)到200km/h，提速的成功，高鐵、客運(yùn)專線的開(kāi)行，都離不開(kāi)無(wú)縫線路的快速發(fā)展。無(wú)縫線路的鋪設(shè)是按軌道的強(qiáng)度條件經(jīng)計(jì)算確定，除結(jié)構(gòu)條件外，無(wú)縫線路鎖定軌溫制約著線路的穩(wěn)定和鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

無(wú)縫線路施工鎖定軌溫是焊接長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)時(shí)的鎖定軌溫。焊接長(zhǎng)鋼軌，通常取其始端和終端入槽時(shí)所測(cè)定的軌溫平均值，即鋪設(shè)時(shí)的平均鎖定軌溫。同時(shí)要求始終端就位時(shí)的軌溫必須控制在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)，一般情況下，人們認(rèn)為這一軌溫代表了長(zhǎng)軌條的平均零應(yīng)力軌溫，實(shí)際上，由于鋪軌時(shí)間較長(zhǎng)，很難在某一設(shè)計(jì)鎖定軌溫下把整段長(zhǎng)軌條鎖定，因此長(zhǎng)軌中每一段的實(shí)際鎖定軌溫均不等于長(zhǎng)軌的平均鎖定軌溫。因此，掌握實(shí)際鎖定軌溫的變化規(guī)律，對(duì)保證無(wú)縫線路的運(yùn)營(yíng)安全意義重大。

2 鎖定軌溫的降低原因

實(shí)踐證明，無(wú)縫線路的實(shí)際鎖定軌溫一般總是低于其名義鎖定軌溫。北京、濟(jì)南、上海等鐵路局曾用應(yīng)力放散法對(duì)17條長(zhǎng)軌每50m間隔的截面進(jìn)行過(guò)鎖定軌溫的測(cè)定，結(jié)果實(shí)測(cè)鎖定軌溫比原施工鎖定軌溫平均低7.8℃。類(lèi)似的應(yīng)力放散工作在原武漢鐵路分局廣水工務(wù)段也進(jìn)行過(guò)，該段對(duì)管內(nèi)19段無(wú)縫線路的應(yīng)力放散結(jié)果進(jìn)行的分析表明，各段鎖定軌溫普遍有所改變，一般為幾度甚至十幾度，并均為下降，個(gè)別變化有二十幾度的。由此可見(jiàn)，鎖定軌溫的變化具有普遍性和單一性、如果實(shí)際鎖定軌溫比原鎖定軌溫低很多，而工務(wù)部門(mén)由于各種原因?qū)Υ饲闆r了解較少，不能及時(shí)采取必要的措施，則有可能導(dǎo)致脹軌跑道的發(fā)生，甚至釀成列車(chē)脫軌或顛覆的重大事故。鎖定軌溫降低的原因，經(jīng)分析有以下幾個(gè)方面。

2.1 鋪設(shè)的原因

目前無(wú)縫線路鋪設(shè)主要作業(yè)方法有既有線換鋪長(zhǎng)軌和新線一次性鋪設(shè)無(wú)縫線路兩種。新線一次性鋪設(shè)是指新線利用鋪軌車(chē)同步鋪枕和鋪長(zhǎng)軌，待大型養(yǎng)路機(jī)械搗固穩(wěn)定到位后再進(jìn)行焊接。鋪軌時(shí)，長(zhǎng)軌條實(shí)際并沒(méi)有處于自由狀態(tài)，而是處于受壓狀態(tài)，即存在初始縱向力。長(zhǎng)鋼軌運(yùn)至工地，卸車(chē)時(shí)軌溫一般并非鎖定軌溫，工地焊接聯(lián)合接頭時(shí)若無(wú)溫度限制，當(dāng)將長(zhǎng)達(dá)l000m的長(zhǎng)軌條撥入線路時(shí)，軌條中部很難伸縮，實(shí)際上可能積存了5℃～6℃的初始溫度力。若采用撞軌以強(qiáng)迫長(zhǎng)軌縮短合攏等不正確的施工方法，甚至有可能使實(shí)際鎖定軌溫比名義鎖定軌溫低10℃以上。低溫鋪設(shè)采用拉伸施工方法，情況可能好一些。

既有線換鋪長(zhǎng)軌施工中，為延長(zhǎng)舊長(zhǎng)軌的使用壽命，曾對(duì)大多數(shù)鋼軌進(jìn)行換邊使用。施工后恢復(fù)的既有舊長(zhǎng)軌，在相同計(jì)算軌溫的情況下，其長(zhǎng)度比第一次鋪設(shè)時(shí)均有一定量的增加，可以看出無(wú)縫線路鎖定軌溫衰減現(xiàn)象的普遍存在。

2.2 維修作業(yè)原因

一般認(rèn)為低溫作業(yè)安全，此時(shí)低溫時(shí)鋼軌處于受拉狀態(tài)，總是力圖縮短。進(jìn)行整段維修作業(yè)時(shí)，必然要松動(dòng)扣件和擾動(dòng)道床，使道床阻力大幅降低，引起鋼軌大量收縮。其影響范圍有時(shí)達(dá)300～400m，局部鎖定軌溫下降幅度大，有時(shí)必須更換成較長(zhǎng)的緩沖軌。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間軌溫回升后，道床阻力已恢復(fù)，但鋼軌不能恢復(fù)原位，造成鎖定軌溫下降。

2.3 鋼軌塑性碾長(zhǎng)

在高速重載車(chē)輪碾壓下，軌頭表層產(chǎn)生塑性變形，從而導(dǎo)致鋼軌伸長(zhǎng)的現(xiàn)象。鋼軌塑性碾長(zhǎng)直接表現(xiàn)為P60—25m短軌下道后其長(zhǎng)度一般大于公稱長(zhǎng)度3—5mm。這種碾長(zhǎng)效應(yīng)相當(dāng)于使鋼軌受到了額外的壓縮，是鎖定軌溫降低的重要原因。鋼軌使用一段時(shí)間后逐步變?yōu)檐夗敳糠珠L(zhǎng)于軌底部分的現(xiàn)象，側(cè)臥時(shí)呈現(xiàn)軌頭外突的弓形。

英國(guó)鐵路實(shí)驗(yàn)表面，鋼軌的碾長(zhǎng)在新軌鋪后3個(gè)月內(nèi)表現(xiàn)明顯并持續(xù)達(dá)一年時(shí)間，最終鎖定軌溫的降幅約為8.3℃，鋼軌塑性碾長(zhǎng)原因復(fù)雜，還有待進(jìn)一步研究。

3 鎖定軌溫的檢測(cè)

《鐵路線路修理規(guī)則》3.10.15條規(guī)定:無(wú)縫線路的鎖定軌溫必須準(zhǔn)確、均勻，實(shí)際鎖定軌溫不在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以內(nèi)，或左右股軌條的實(shí)際鎖定軌溫相差超過(guò)5℃；鎖定軌溫不清楚或不準(zhǔn)確，必須做好放散或調(diào)整工作。

鎖定軌溫要做到勻、準(zhǔn)、夠，這就需要正確測(cè)定和掌握實(shí)際鎖定軌溫，對(duì)實(shí)際鎖定軌溫的準(zhǔn)確檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外普遍研究而又未能很好解決。目前鎖定軌溫檢測(cè)方法可分為以下幾種，應(yīng)變法、應(yīng)力法、重新放散法。應(yīng)力法國(guó)外研究較多，在我國(guó)沒(méi)有達(dá)到實(shí)用水平。

3.1 應(yīng)變法

應(yīng)變法是指通過(guò)測(cè)應(yīng)變來(lái)直接測(cè)定鎖定軌溫，實(shí)際上還是通過(guò)對(duì)鋼軌的長(zhǎng)度變化或位移來(lái)計(jì)算溫度應(yīng)力變化情況。

主要包括觀測(cè)樁法、形變儀法、標(biāo)定軌長(zhǎng)法、經(jīng)緯儀測(cè)量法等。應(yīng)變測(cè)量法實(shí)際上還是通過(guò)對(duì)鋼軌的長(zhǎng)度變化或位移來(lái)計(jì)算溫度應(yīng)力變化情況。

應(yīng)變法測(cè)量原理為:對(duì)于某一特定長(zhǎng)度為L(zhǎng)0(也稱為標(biāo)距)的鋼軌，當(dāng)軌溫變化幅度為△t(溫升)時(shí)，其自由伸長(zhǎng)量為:

(1)

對(duì)于被鎖定的軌條，在溫升為△t時(shí)，由于受約束而不能伸長(zhǎng)，相當(dāng)于被壓縮了一個(gè)△Lt(未能實(shí)現(xiàn)的伸長(zhǎng)量)，一般用△Lr表示，它在量值上等于△Lt，但符號(hào)相反，因此有:

(2)

由此得到用應(yīng)變法求鎖定軌溫T0的嚴(yán)格理論公式，即:

(3)

式中，α——鋼軌的線膨脹系數(shù)，11.8×10-6/℃；

△Lr——未能實(shí)現(xiàn)的伸長(zhǎng)量。

如已知△Lr，則在軌溫為T(mén)時(shí)鋼軌未能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)變?yōu)椤？芍糗墱刈兓陆?εr /α，則鋼軌的溫度應(yīng)變將變?yōu)榱悖蛘哒f(shuō)溫度應(yīng)力將變?yōu)榱恪Ｒ虼耍銘?yīng)力軌溫等于T+εr /α，此為應(yīng)變法的基本原理。

用應(yīng)變法測(cè)鎖定軌溫的精度，要求相當(dāng)高，主要取決于軌溫測(cè)量精度和測(cè)長(zhǎng)相對(duì)精度δL/△L0，δL為某種方法要求達(dá)到的測(cè)長(zhǎng)絕對(duì)精度。如某種方法，其L0=50m，δL=0.5mm，則該法的測(cè)應(yīng)變精度為ε0=δL/L0=10×10-6，即相當(dāng)于測(cè)長(zhǎng)相對(duì)精度為十萬(wàn)分之一，其測(cè)鎖定軌溫精度為ε0/α=10×10-6/11.8×10-6=0.85℃。

如在固定區(qū)有一段鋼軌L0，其長(zhǎng)度變化了△L，則式(3)的第一項(xiàng)T表示原有的鎖定軌溫，第二項(xiàng)表示鎖定軌溫的變化△T0。

需說(shuō)明的是，鋼軌長(zhǎng)度對(duì)于鎖定軌溫的影響，是在鋼軌長(zhǎng)度不變的情況下發(fā)生的，因此，除了進(jìn)行應(yīng)力放散外，用一般的應(yīng)變法無(wú)法測(cè)出。

3.1.1 觀測(cè)樁法

在無(wú)縫線路長(zhǎng)軌條鋪設(shè)鎖定之前，按照先期設(shè)計(jì)位置，在長(zhǎng)軌條兩端、伸縮區(qū)始終點(diǎn)、長(zhǎng)軌條中央及距伸縮區(qū)終點(diǎn)100m處的路肩上對(duì)稱埋設(shè)位移觀測(cè)樁5-7對(duì)，如固定區(qū)較長(zhǎng)，可適當(dāng)增加對(duì)數(shù)。鋼軌鋪設(shè)鎖定完成后，立即在與各觀測(cè)樁相對(duì)應(yīng)的鋼軌上作好標(biāo)記(零點(diǎn))，做為觀測(cè)鋼軌爬行的觀測(cè)點(diǎn)。目前一般用專用觀測(cè)儀架設(shè)到觀測(cè)樁上進(jìn)行爬行觀測(cè)。此法簡(jiǎn)單易行，但只能測(cè)得長(zhǎng)軌條有無(wú)爬行，以及因鋼軌的局部伸縮位移引起的鎖定軌溫的平均變化，如原定鎖定軌溫不準(zhǔn)，此法并不能給出實(shí)際的鎖定軌溫，但該法仍是當(dāng)前監(jiān)測(cè)無(wú)縫線路鎖定軌溫變化情況的主要手段。

3.1.2 標(biāo)定軌長(zhǎng)法(尺測(cè)法)

是用鋼帶尺測(cè)量鎖定軌溫的方法，在焊軌廠的配軌車(chē)間，對(duì)處于自由狀態(tài)的25m 長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)軌進(jìn)行設(shè)標(biāo)，標(biāo)距L0=24m。測(cè)標(biāo)設(shè)在軌頭的外側(cè)面，測(cè)標(biāo)標(biāo)點(diǎn)打在軌頭側(cè)面(非工作邊一側(cè))直徑不大于0.5mm的沖眼。然后將設(shè)了標(biāo)點(diǎn)的鋼軌焊接于長(zhǎng)鋼軌中，每250m設(shè)測(cè)標(biāo)一組。現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)后，用原設(shè)標(biāo)鋼尺，或經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺標(biāo)或銦鋼尺取標(biāo)檢驗(yàn)施工鎖定軌溫。由于鋼尺可自由伸縮，而鋼軌標(biāo)距不變，可把軌溫為T(mén)時(shí)測(cè)得的尺長(zhǎng)24m與標(biāo)距之差，近似地當(dāng)作鋼軌未能實(shí)現(xiàn)的伸縮量△L，并按式(3)計(jì)算鎖定軌溫。

為保證軌溫測(cè)量和標(biāo)長(zhǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性， 實(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)選在清晨氣溫穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行，該法較為適用。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)標(biāo)后需要測(cè)量軌溫和相應(yīng)條件下的標(biāo)長(zhǎng)采用標(biāo)定軌長(zhǎng)法標(biāo)定時(shí)，可在易產(chǎn)生溫度壓力峰的處所設(shè)標(biāo)。據(jù)各鐵路局的調(diào)查，下列地段易產(chǎn)生壓力峰:行車(chē)方向的道口前方；復(fù)線行車(chē)方向固定區(qū)終端；無(wú)砟橋前；行車(chē)方向曲線頭部；豎曲線的坡底；制動(dòng)地段。

實(shí)行爬行觀測(cè)樁、軌長(zhǎng)標(biāo)定雙重控制，可增加監(jiān)控的可靠性。

3.1.3 形變儀法

是在軌腰上粘貼兩塊標(biāo)距為210mm的支架，用形變儀卡在兩支架之間進(jìn)行測(cè)距。由于野外儀器和測(cè)點(diǎn)接觸無(wú)法準(zhǔn)確定位，實(shí)際鎖定軌溫的測(cè)量精度只能達(dá)到4℃，現(xiàn)不常用。

3.2 重新放散法

鎖定軌溫不清楚或不準(zhǔn)確，可用應(yīng)力放散方法檢測(cè)原鎖定軌溫，即把沒(méi)有在設(shè)計(jì)允許鎖定軌溫范圍以內(nèi)鎖定的無(wú)縫線路，以及在運(yùn)營(yíng)中鎖定軌溫發(fā)生了變化的無(wú)縫線路，將其鎖定軌溫通過(guò)放散，重新準(zhǔn)確地設(shè)定在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

在適當(dāng)軌溫范圍內(nèi)，松開(kāi)全部聯(lián)結(jié)零件，使長(zhǎng)鋼軌自由伸縮放散應(yīng)力，然后加以鎖定。屬于這類(lèi)放散方法，以滾筒放散法最為典型。

用滾筒放散應(yīng)力，應(yīng)先封鎖線路，然后將長(zhǎng)鋼軌上的扣件全部松開(kāi)，同時(shí)拆除兩端夾板。在長(zhǎng)鋼軌底部8～10m設(shè)置滾筒，并用木錘敲擊鋼軌，使其重新恢復(fù)到自由狀態(tài)，測(cè)量自由狀態(tài)(溫度應(yīng)力為零)時(shí)的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算拆除扣件前的實(shí)際鎖定軌溫，或者在恢復(fù)自由狀態(tài)并測(cè)量長(zhǎng)度后重新進(jìn)行拉伸、鎖定(配合切割以獲得相應(yīng)的拉伸量)，然后計(jì)算鎖定軌溫的衰減情況。待鋼軌的伸縮量達(dá)到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值后，取下滾筒，鎖定線路，并且重新刻劃防爬觀測(cè)的零點(diǎn)標(biāo)記。

采用這一方法施工，一定要備有多對(duì)不同長(zhǎng)度的合攏軌，待放散軌條充分伸長(zhǎng)或收縮到位時(shí)，立即選一對(duì)合適的合攏軌組織合攏，上好夾板螺栓，并按規(guī)定扭矩?cái)Q緊，迅速恢復(fù)合攏端的鋼軌，控制鋼軌伸縮。此時(shí)的軌溫即為放散后的鎖定軌溫。

與上述應(yīng)變測(cè)量法相比，應(yīng)力放散工作量大且需占用區(qū)間，但其測(cè)量鎖定軌溫比較直觀，也是目前實(shí)際操作中比較準(zhǔn)確、有效的手段。

造成無(wú)縫線路鎖定軌溫下降的原因多種，要在無(wú)縫線路的鋪設(shè)、維修和放散中，正確測(cè)定和掌握實(shí)際鎖定軌溫，保證線路穩(wěn)定和鐵路運(yùn)輸安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳慶民.無(wú)縫線路[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.

[2]俞醒.淺析無(wú)縫線路鎖定軌溫衰減規(guī)律[J].上海鐵道科技，2005年第3期.