无缝线路的优点及其锁定轨温的重要性

（一）概述

无缝线路是用许多普通钢轨焊接起来的长钢轨线路。它大大减少了普通线路接头因车轮巨大冲击力产生的振动、噪声、磨损与塌陷等弊端，提高了行车的平稳性和旅客的舒适度，降低了线路维修费用，延长了线路设备和机车车辆的使用寿命。第一条无缝线路于1926年诞生于德国（长120m）。至20世纪末，欧洲、日本运营的高速铁路无不采用无缝线路。我国从1957年开始试铺无缝线路，随着铁路不断提速，1997年后无缝线路开始大规模使用。《线规》明确规定：高速铁路、城际铁路正线轨道应按一次铺设跨区间无缝线路设计。

外界温度的变化会引起钢轨的伸缩，这是无缝线路技术处理的关键。按处理伸缩方法的不同，无缝线路分放散应力式和温度应力式两种类型。

（1）放散应力式无缝线路。这种形式的无缝线路因结构复杂，操作性差，少有采用。如日本新干线的无缝线路每隔1.5km设置一组正反向钢轨伸缩调节器（位于其间焊连钢轨胶接绝缘接头处），以解决季节变化的应力放散问题。

（2）温度应力式无缝线路。普通温度应力式无缝线路由一根1000～2000m焊接长轨及其两端2～4根标准轨（缓冲区采用普通钢轨接头形式）组成。这种形式的无缝线路在铺设锁定之后，中间焊接的长轨条因受扣件及道床纵向阻力的抵抗，自由伸缩受到完全的限制，两端2～4根标准轨的自由伸缩受到一定的限制，因而在钢轨内产生温度力，其值随轨温变化而变化（图4-7）。温度应力式无缝线路具有结构简单、铺设养护比较方便等优点，在超长区间无缝线路中得到广泛应用，如法国、德国等欧洲铁路均采用这种形式。但超长（跨区间）无缝线路因取消了缓冲区，若要进行应力放散，不可能通过更换不同长度的缓冲轨来补偿无缝线路的放散量，常采用锯切钢轨、预留“开口量”、采用液压钢轨拉伸器张拉钢轨等措施实现应力放散。

图4-7　温度应力式无缝线路结构图

（二）无缝线路钢轨内的温度应力和温度力

若一根不受任何条件限制、可以自由伸缩的钢轨长度为l（m），当钢轨温度变化Δt（℃）时，其自由伸缩量Δl可用式（4-1）计算，即

式中　α——钢轨的线膨胀系数，取11.8×10-6/℃。

无缝线路的钢轨被锁定，不能自由伸缩。当温度变化时，在钢轨内部产生的温度应力σt（压力或拉力）可由式（4-2）计算，即

式中　E——钢的弹性模量，取2.1×105MPa。

当钢轨温度升高或降低Δt时，一根钢轨中的温度力Pt 为

式中　F——钢轨的截面面积，cm2。

由式（4-3）可知，钢轨温度力的大小仅与外界温度变化幅度有关，而与钢轨的长度无关。这就是采用无缝线路的理论依据。20世纪80年代以来，高强、高韧性、长寿命胶接绝缘接头的广泛采用和无缝道岔的焊接成功，使铺设跨区间的超长无缝线路成为现实。2004年9月20日，在第五次大提速前，沪宁铁路303 km、2.8万个轨缝接头全部焊接成一根“超长”无缝钢轨。我国新建的城市轨道交通线路和客运专线铁路均采用跨区间超长无缝线路形式。(www.xing528.com)

（三）锁定轨温

锁定轨温（Tsd）是指在施工时，钢轨由扣件扣紧在轨枕上的轨温。确定锁定轨温的目的是降低钢轨温度应力，即控制轨温的变化幅度Δt。合理的锁定轨温应能保证无缝线路在冬天钢轨不被拉断、在夏天不发生胀轨跑道事故。无缝线路设计锁定轨温应根据当地气象资料和无缝线路的允许温升、允许温降确定，并考虑一定的修正量。式（4-4）和式（4-5）分别为有砟轨道和无砟轨道的设计锁定轨温的计算式。

式中　Te——设计锁定轨温，℃；

　　　Tmax——当地历年最高轨温，℃；

　　　Tmin——当地历年最低轨温，℃；

　　　［ΔTd］——轨道强度允许温降，℃；

　　　［Δ Tc］——轨道稳定性允许温升，℃；

　　　ΔTk——设计锁定轨温修正值，一般为0～5℃。

确定锁定轨温时，需注意以下事项：

（1）轨温不同于气温，其影响因素比较复杂。根据大量观测，一般认为最高轨温Tmax 要比当地气象统计的最高气温高20 ℃，最低轨温Tmin 与当地的最低气温大致相同。

（2）我国南方地区，最高轨温出现次数比较多，持续时间比较长，为防止胀轨跑道，Te应选择偏高一些；在年温差比较大，而最高轨温出现次数很少，持续时间很短，低温季节较长的地区（如年轨温度幅度较大的东北严寒地区），为防止焊缝因温度拉力过大而断裂，Te 可选择偏低一些。

（3）Te 确定后，可将Te±5 ℃作为铺轨的温度范围（图4-8），以便于施工。其中设计锁定轨温的上限Tm 和下限Tn 应分别满足式（4-6）和式（4-7）的要求。

（4）对于超长的无缝线路，考虑地区间的温度差异，需要确定多个设计锁定轨温。原则上同一区间（两站之间）单元轨节最高与最低锁定轨温之差不大于10 ℃；相邻单元轨节锁定轨温之差不大于5 ℃。这样可实现不同年轨温幅度条件下设计锁定轨温的递变，便于无缝线路日常的维修作业和管理。

图4-8　设计锁定轨温范围示意图