轨道工程 第七章 无缝线路
接头。但胶接接头缺少弹性，承受撕裂能力差，不能承受过大的弯曲和撞击，其疲劳强度也低于焊接接头，所以在使用时也要加以注意。
超长无缝线路的铺设要受到铺设机具的效能，施工天窗时间的长短，铺设方法等影响。一次铺设的轨条长度只能是1~3km，所以只能将长轨条分成若干段单元轨条。逐段铺设后，在现场将单元轨条焊连。以往现场单元轨条焊连的主要方法是铝热焊，与工厂接触焊尚有一些差距，目前现场接触焊也得到了大量使用，提高了现场焊接钢轨接头和质量。为了使得轨条的锁定轨温一致，在施工时当现场轨温低于设计锁定轨温时，就要进行拉轨作业。由于单元轨条的长度也较长，所以需要有较大拉伸能力的焊接设备和拉轨机。由于轨条较长，一次锁定有一定的困难，如何组织施工，安排施工程序，使得铺设、焊接、放散应力、锁定等工作有序进行，且保证整根长轨条的锁定轨温符合设计要求，这也是超长无缝线路施工中的一个关键问题。
超长无缝线路的维修养护方法与普通无缝线路的方法是一致的。对于普通无缝线路，由于轨条长度只有1.5~3km长，有时在养护维修时可把温度力放散，维修作业完成后重新锁定线路，但对于超长无缝线路，如此作业就比较困难。所以超长无缝线路的维修作业对轨温条件控制更严，且在施工时需配备快速切割、拉轨方便、焊接简便的施工设备，以便于处理各种应急情况。超长无缝线路道岔区的受力也较为复杂，且道岔区的各部尺寸要求更严，道岔区的养护维修作业方法还需进作进一步的探讨。
1. 超长无缝线路的设计
超长无缝线路与普通无缝线路不同之处是轨条贯通整个区间或区段，由于超长轨条不能一次铺设，需将其分为若干一定长度的单元轨条，然后分次焊接铺入。当单元轨条中有胶接接头时，要求胶接接头离单元轨条端部200m以上。单元轨条的长度需根据轨条运输设备、施工机具、施工工艺、施工组织、施工天窗长短、线路平面条件、铺设技术和方法、轨温变化状态等进行设计，按目前的施工能力，一般将单元轨条长度定为2~2.5km，并尽量争取2.5~3km。此外，在设计中还包括单元轨条的锁定轨温、轨条位移观测桩的设置、道岔区温度力的纵向分布、轨道稳定和强度检算等。
在无缝线路设计时，一般考虑锁定轨温有±5℃的变化范围，在特殊情况下可放宽至±8℃。但一根轨条的锁定轨温变化范围应小于这一范围。因此在超长无缝线路的各单元轨节焊连时，最好选择在设计锁定轨温中间值时进行，并在焊接前后采用拉轨机将轨条应力调整均匀，且相邻单元轨节的锁定轨温差小于±5℃。
普通无缝线路通常设置7对爬行观测桩，对于超长无缝线路，一般是每一单元轨条设置一对爬行观测桩。也有间隔85m设置一对爬行观测桩。道岔区单元轨条布置位移观测桩的布置为：单元轨条起点、每组道岔基本轨前焊点、尖轨限位器或尖轨跟端、辙叉前焊点、道岔与道岔之间大于100m的设一对，单元轨条终点处各设一对，共计6对以上观测桩。
2. 无缝道岔
无缝道岔是超长无缝线路的一个重要组成部分，它与长轨条一样要承受无缝线路温度力的作用，同时还要承受侧线传递过力的附加温度力，由于道岔前后的温度力不一致，使得无缝道岔中的钢轨受力和位移发生变化，这是无缝道岔设计、铺设和维修养护中需要处理的核心问题。
在温度力的作用下，无缝道岔的尖轨与可动心轨要发生纵向位移，通常在尖轨尖端和可动心轨尖端的伸缩位移最大，为了保证转辙机械的正常工作，最大位移值应控制在容许范围内。道岔类型、辙跟结构、翼轨结构、直股与侧股的焊接情况、岔枕类型等不同，尖轨跟端和可动心轨跟端的伸缩位移不同，但基本原理相同。
间隔铁辙跟结构把里轨的温度力传递到基本轨。同钢轨接头阻力一样，辙跟摩阻力由钢轨与间隔铁的摩阻力和螺栓的抗弯或抗剪力提供。辙跟若为限位器结构，则在轨温升高或降低的初始阶段，道岔里股钢轨不会通过辙跟传递温度力，待辙跟处里股钢轨有了一定的伸缩位移(7~10mm)，限位器结构部件相互接触
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后才传递温度力，并且能够传递很大的温度力，此时可认为辙跟处的里股钢轨不再进一步产生伸缩位移。
道岔中由于岔枕长度不同，里外轨间距不同，每一根岔枕的道床纵向阻力也不相同。
当道岔钢轨扣件强度足够时，四轨线岔枕在里轨温度力作用下将产生弯曲变形，其上的里轨不会自由伸缩，岔枕的弯曲刚度相当于钢轨的一种纵向阻力阻止其自由伸缩。对于直股与侧股均焊接的无缝道岔，里股钢轨均要承受无缝线路的温度力，钢轨相对于岔枕发生纵向位移，通过扣件使岔枕承受作用力。对于仅有直股焊接的无缝道岔，直股里轨承受无缝线路温度力的作用，侧股则为普通线路。
岔枕所承受的里股钢轨所传递的温度力若大于扣件的推移阻力，则里股钢轨传递给岔枕的作用力保持不变，等于里股钢轨的扣件推移阻力。
无缝道岔与基本轨焊接后，相当于无缝线路的固定区，无外力作用下不会发生伸缩位移。而道岔里股钢轨焊接后，相当于无缝线路的伸缩区，它将释放的温度力转变为伸缩位移。道岔基本轨通过岔枕，辙跟间隔铁等部件与里轨相联，参与阻止在温度力作用下的伸缩位移，从而使得道岔基本轨承受了道岔里轨传过来的附加温度力。研究表明，尖轨跟部基本轨的附加温度力约为基本温度力的0.3~0.5倍。无缝线路缝道岔设计的一项重要内容，就是计算道岔外侧基本轨承受的附加温度力，并与作为固定区的原基本温度力叠加，检算基本轨的强度和道岔前二轨线地段无缝线路的稳定性。
计算中首先求得间隔铁结构及每一根岔枕传递于基本轨上的作用力，然后叠加基本轨下的道床阻力即可得到该处基本轨所承受的附加温度力。由于无缝道岔基本轨处于无缝线路的固定区，在道岔两端足够远的钢轨上无任何伸缩位移，当无缝道岔基本轨承受附加温度力后将产生伸缩位移，附加力产生的伸长与压缩位移是相等的，即基本轨上附加温度力的拉力与压力面积相等，如图7-23所示。
铁道科学研究院卢耀荣研究员对道岔的附加温度力进行研究，对各种号码道岔在不同组合状态下的附加温度力和位移进行了计算，在如图7-24所示的两组道岔布置条件下，得到了钢轨中的附加温度力和位移如图7-25所示。
图7-23 固定辙叉基本轨附加温度力
图7-24 两组相对连接道岔纵向力计算图式
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图7-25 两组12号可动心轨道岔相对连接纵向力和位移分布计算(轨温变化幅度40℃)
在相对辙跟与可动心轨弹性可弯中心处的基本轨出现附加温度力峰值，该处的钢轨应进行强度检算。如强度不能满足要求，则需采取措施提高道岔区钢轨和结构的强度。在岔前线路的温度力并非均匀，一般取尖轨尖端前4m作为稳定性检算位置。如不能满足稳定性要求，则需采取提高无缝线路稳定性的措施。
第九节 应力放散和应力调整
无缝线路铺设的最理想季节是在春秋季节，此时的轨温较易达到锁定轨温。但是随着我国铁路的发展，需要铺设大量的无缝线路，所以要在一年四季铺设无缝线路。夏季铺设无缝线路，施工锁定轨温高于设计锁定轨温；冬季铺设无缝线路，施工锁定轨温低于设计锁定轨温；不利于无缝线路安全运行。此外，无缝线路在运行过程中钢轨发生爬行，导致温度力分布不均匀，甚至产生温度力局部集中现象。为此要对无缝线路进行应力放散和调整，以保证无缝线路温度力的均匀和实际锁定轨温在设计锁定轨温范围内。
1. 应力放散
无缝线路应力放散是指在锁定轨温不符合设计锁定轨温的线路，将该段线路的所有扣件松开，让长钢轨自由伸缩，使长轨条中的温度力得到彻底的释放，然后再在设计锁定轨温范围内，重新锁定线路。
放散应力的方法有温度控制放散法和长度控制放散法两种。一般温度控制法使用滚筒放散；长度放散法利用列车碾压放散。
滚筒放散法是先封锁线路，然后将钢轨扣件全部松开，拆除长轨条端部的接头夹板，在长轨条底部每隔10~15m放置一滚筒。待钢轨自由伸缩达到放散量要求，确认钢轨处于无温度应力状态时，取下滚筒，锁定线路。一股钢轨放散完毕，再放散另一股钢轨的温度应力。确认放散应力工作完成后，恢复通车。滚筒放散法效果较好，但滚筒仍有一定的阻力(经测定，约为70N/cm)，在施工时与撞轨法配合使用，温度应力放散效果更佳。
在行车密度较大的线路，为了不中断行车，采用列车碾压法放散无缝线路温度应力。使用此法时，需适当松开扣件和接头夹板，依靠列车的碾压和振动使钢轨中的温度力释放，当钢轨伸缩量达到规定数值后，再上紧扣件和接头夹板。在列车通过施工区时，要以45km/h限速通过。钢轨放散长度以140mm为宜。此
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法的缺点是钢轨伸缩量由原锁定轨温计算所得，原锁定轨温的精确与否影响到长轨条中温度应力的充分放散。
撞轨法需要在封锁线路的条件下进行。使用撞轨法放散长钢轨中温度力时，先松开扣件和接头夹板，用两根25m长钢轨制成的撞轨器顺应力放散方向撞击钢轨，迫使钢轨克服轨底摩擦力而放散温度应力。撞轨点可以是在长钢轨端部，也可在长钢轨中部安装临时夹板进行撞轨。此法也经常与列车碾压法一起使用。
2. 应力调整
无缝线路运行过程中，经常会出现在固定区温度力不均匀现象，如不进行调整，则在局部区段就会出现温度力集中，影响无缝线路的安全运行。为此，需进行应力调整。
应力调整不改变原锁定轨温。在应力调整时，将长轨条两端伸缩区的扣件上紧，夹板螺栓拧紧，将固定区的扣件部分或全部松开，用列车碾压法或滚筒法进行应力调整，使固定区钢轨的温度力均匀。应力调整完成后，上紧扣件，锁定线路。
第十节 长钢轨的焊接、运输和铺设
1. 长钢轨焊接
我国钢厂轧制的钢轨长度为25m，如用于铺设无缝线路，则需要将钢轨进行焊连。用于焊接的25m长钢轨轨端不淬火，也不钻夹板螺栓孔。无缝线路的铺设，钢轨的焊接技术是关键。钢轨的焊接，最先是采用的是电弧焊、铝热焊，继而又开发利用气压焊、电接触焊等焊接方法。经过实践的检验，最后一致认为电接触焊法最为可取，目前世界各国都以电接触焊作为长钢轨焊接的主要方法。电接触焊质量好、效率高、成本低，焊接操作简单、安全，焊头具有较高的疲劳极限强度。铝热焊法在德国、法国取得了很好的效果，近几年我国使用法国的拉伊台克铝热焊钢轨接头取得了较好的效果。铝热焊主要是用于工地焊接接头，在维修养护中的断轨修复，也时常采用铝热焊。
图7-26 Schlatter公司生产的工厂焊轨机 图7-27 Schlatter公司产生的工地接触焊焊轨机 接触焊又称为电阻焊。其工作原理是将两根待焊的钢轨固定在焊机的夹钳内，向轨端通低电压，强电流。由于两轨端之间有极大电阻，产生大量热能将轨端加热、熔化。当轨端被加热至塑性状态时，以极快速度对两轨端挤压，把两根钢轨焊连在一起。我国目前采用预热闪光的接触焊接方法，在焊轨前，首先编制配轨表，按配表顺序焊接钢轨。焊接的工艺流程为：矫直，锉光，除锈，焊接(包括断续预热和闪光两个阶段)，铲除焊瘤，打磨焊缝，整理矫直，超声波探伤。图7-26为瑞士Schlatter公司生产的工厂焊轨机，图7-27也是瑞士Schlatter公司生产的工地焊轨机，此焊轨机可在铁路和公路上行驶，图7-28是Plasser&Theurer公司产生的工地接触焊焊轨机，但不能在公路上行驶。
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