低溫鋪設跨區間無縫線路施工

田雨恒　耿宗占

摘 要：針對目前無縫線路的發展概況和前景，分析現階段低溫鋪設無縫線路的必要性和可行性，并結合多年的實踐經驗，對鎖定軌溫的確定和施工摸索出了一套合理、可行的作業方法，基本包括了跨區間無縫線路設計的所有重要環節，符合設計規范的要求，具有一定的參考價值。

關鍵詞：低溫鋪設；跨區間；無縫線路；施工技術

中圖分類號：U213.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0065-02

1 無縫線路的意義

近十幾年來，各國鐵路競相發展無縫線路，使無縫線路技術取得了巨大的經濟效益和社會效益。無縫線路是當今軌道結構的最佳選擇，是高速、重載軌道結構的大變革，是軌道結構技術進步的重要標志。多年的實踐證明，無縫線路鋪設在技術、經濟上有明顯的優越性，它不僅降低了材料的消耗，還在列車運行過程中消除了對接頭的沖擊，減少了線路的病害和養護、維修工作量，降低了維修費用和機車車輛的運營費用，提高了線路設備的可靠性和導電性。特別是在線路的安全性和可靠性方面，無縫線路作用突出，使線路狀態發生了變化，列車運行平穩，提高了旅客的舒適度。鐵路權威部門的分析統計表示，從節約勞力和延長設備壽命方面來看，無縫線路已成為鐵路軌道的發展方向，它比有縫線路節省了30%～70%的維修費用。隨著高速和重載鐵路的不斷發展，軌道設備也要不斷適應時代的要求，從而使無縫線路的經濟效益和社會效益更加顯著。

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而成的，相當長的單元軌節在氣溫、軌溫變化的情況下，通過鎖定線路，使軌道阻力阻止鋼軌發生伸縮變形，其單元軌節長度一般為1 000～2 000 m。也就是說，無縫線路是通過鎖定后鋼軌產生的應力變化來平衡長軌條的應變。

依據鋼軌的受力情況，無縫線路分為溫度應力式和放散溫度應力式兩種類型。其中，溫度應力方式無縫線路結構形式較好，結構簡單、平穩，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。這種無縫線路結構簡單，鋪設、維修方便，在年軌溫差<95 ℃的地區都可以鋪設。而放散溫度應力式無縫線路又分為自動放散式和定期放散式兩種。自動放散式無縫線路是采用特殊的中間扣件，使鋪設在線路上的長軌節隨溫度變化自由伸縮，該無縫線路結構復雜；定期放散式無縫線路是指在一定季節（春、秋兩季）的適當軌溫下，將線路上長軌節內部的溫度應力釋放一兩次，然后更換緩沖區的鋼軌，再重新鎖定，以此減少鋼軌內部溫度力，但施工時需要封閉線路。因此，目前鐵路大部分都采用溫度應力方式無縫線路。

3 無縫線路的技術要求

掌握無縫線路鎖定軌溫和溫度力的變化關系是決定鋪設無縫線路質量的關鍵。無縫線路要承受巨大的溫度力，同時承受機車車輛動荷載，這是無縫線路設計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生變化，而鋼軌不能自由伸縮的情況下發生的。在研究無縫線路的強度和穩定問題時，首先要了解鋼軌的溫度力及其變化規律。也就是說，無縫線路同傳統的準軌線路在受力方面的主要區別在于鋼軌承受著較大的溫度力，鋼軌的自由伸縮量（或低溫鋪設時的拉伸量）為：

△L=α×△t×L. （1）

△t=T-T0. （2）

式（1）（2）中：△L——單元軌節的自由伸縮量（或拉伸量）；

α——鋼軌線膨脹系數；

△t——軌溫差；

L——長鋼軌長度；

T——軌節要達到的符合設計鎖定軌溫范圍的某一鎖定軌溫值；

T0——零應力軌溫，即當溫度力為零時的軌溫。

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，因此對軌溫變化幅度的實際測量精度控制在1 ℃即可。

由虎克定律得知，鋼軌的溫度應力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——鋼軌應變；

t——拉伸力；

△L——鋼軌伸長量；

△L/L——鋼軌伸長率。

將E和α的數值代入式（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。

發展全區間和跨區間無縫線路的理論依據是：在長度被固定的鋼軌內部產生的鋼軌溫度應力與鋼軌本身的長度無關，只與軌溫變化幅度△t成正比例關系。所以，無縫線路上的長軌條可以焊成任意長度，不會影響其內部的溫度應力。

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

3.2 鎖定軌溫

3.2.1 鎖定軌溫的實際含義

鎖定軌溫指的是鎖定線路時的軌溫。施工時，由于待換長鋼軌全部入槽需要一定時間，所以確定長軌條零應力為始、終端落槽就位時軌溫的平均值。設計鎖定軌溫也被稱為中和軌溫，是根據當地歷史上最高、最低氣溫和線路結構的具體條件，通過軌道強度和穩定性檢算確定的軌溫。在無縫線路的鋪設施工中，要確定一個既滿足強度條件，又滿足穩定條件的鎖定軌溫允許范圍，一般按設計鎖定軌溫（t±5）℃設定，將此稱為設計鎖定軌溫范圍。