寒冷地区无缝线路的养护维修

1、寒冷地区无缝线路的养护维修第一章无缝路线类型用具有相当长度的焊接长钢轨代替普通标准长度钢轨的轨道称无缝线路，按处理焊接长钢轨因温度变化而引起伸缩方法的不同，无缝线路分温度应力式和放散应力式两种，放散温度应力式无缝线路又分为自动放散和定期放散两种。第一节温度应力式无缝线路1、结构型式温度应力式无缝线路的钢轨由一根焊接长钢轨及其两端24 根 12.5m或 25.0m 标准长度钢轨组成，并采用普通接头的形式联结。焊接长钢轨又可分为固定区和两端伸缩区，无缝线路铺设后，焊接长钢轨受钢轨接头阻力和道床纵向阻力约束，两端自由伸缩受到一定限制，仅产生微量伸缩。而中间固定区自由伸缩受到完全的限制，因而在钢轨内部

2、产生温度力，其值随轨温变化而异。如图 1-1 。长轨长轨长轨缓冲区伸缩区固定区伸缩区缓冲区图 1-1为了便于理解伸缩区和固定区的存在，日本国铁曾作了如下试验。用1/15 木枕大小的木片，以 5 厘米间隔钉在橡皮带上做成模型，并把它当成轨道框架。图 1-2 是将这框架悬空，把两端拉紧，这时由于橡皮带（即钢轨）的伸缩不受阻碍，所以木枕间隔以等距离伸长，这表明了上述的自由伸缩状态。图 1-3 中，当把轨道框架放置在台子上，在两端施加拉力，这时枕木底面与台面之间的摩擦阻力相当于道床阻力，由于摩擦阻碍橡皮带伸长，所以两端伸长多些，即所谓无缝线路的伸缩区；而中部仍保持受拉以前的间隔，没有伸长，形成了所谓无

3、缝线路的固定区。从这个试验中，至少可以清楚地了解到阻止伸缩的道床纵向阻力与钢轨伸缩的关系。1图 1-2图 1-32、轨温循环变化过程TmaxT锁Tmin图 1-4图 1-4 中，Tmax为铺轨地区最高轨温， 其值比当地历年最高气温高 20，最低轨温 Tmin 与当地的最低气温大致相同。各地区（或区段）采用的最高轨温和最低轨温， 由铁路局工务处规定。 T 锁 为焊接长钢轨铺设时的锁定轨温。3、伸缩方法焊接长钢轨铺设后T锁 Tmin 轨温下降过程中的自由伸缩首先受接头阻力 Rj 的抵抗，因而在钢轨内产生温度拉力Pt 。（a）当 Pt Rj ，钢轨与夹板间无任何相对位移，即焊接长钢轨的缩短受到完全的

4、限制。2（b）当 Pt >Rj，接头阻力 Rj 被克服后，焊接长钢轨的缩短继而受道床纵向阻力的抵抗，焊接长钢轨两端的缩短受到一定的限制，两端伸缩区的拉力部分得到释放，且出现微量缩短。而中间固定区的缩短受到完全的限制。轨温由 t 锁 下降至 Tmin 时温度拉力 Pt 沿焊接长钢轨的纵向分布图 ABCDEF 和焊接长钢轨的受力图示于图 1-5 。PtCD-40 PL伸E-16 .3BR j+15 AL伸LP.L 伸F.伸P LR jRj伸缩区固定区伸缩区图 1-5图中，PtRjP L伸 ；或 P t = EF(t 锁-T min) 。式中 R j 接头阻力（ KN）；P 道床单位纵向阻力（

5、 N/cm）； L 伸 伸缩区长度（ cm）；L焊接长钢轨长度（ m）；钢轨的线膨胀系数，取 11.8 ×10-6 / ；E钢轨的弹性模量， E=20.6×106N/cm2 ；2F钢轨的断面积（ cm）。4、联结：a）长轨焊接：将轨端不钻孔、不淬火的标准轨在焊轨厂用接触焊的方法焊接成一定的长度（一般为 250500m），然后运往工地，用铝热焊或小型气压焊焊接成规定的设计长度，铺入线路。b）冻结接头：无缝线路在发展焊接接头的同时， 也出现了“冻结接头”。其工作原理系用月牙形垫片将钢轨螺栓孔缝隙填塞，或将夹板用环氧树脂牢固地胶粘在钢轨上，使钢轨不能随轨温变化而伸缩。或用施必牢防

6、松螺栓（扭矩1500N-m），也可冻结。3c）缓冲区钢轨接头，应采用普通六孔夹板，使用 24mm、10.9 级高强度螺栓及平垫圈。第二节自动放散温度应力式无缝线路1、结构形式：在焊接长钢轨两端设置钢轨伸缩调节器，长轨与伸缩调节器间的联连采用高强度螺栓或“冻结接头” 。伸缩调节器长轨伸缩调节器图 1-62、伸缩方法：长轨中点锁定，采用无扣压力的特制中间扣件，不设防爬器，使钢轨在垫板上能随轨温变化自由伸缩，以自动放散应力。自动放散温度应力式无缝线路在我国主要应用于特大桥梁上（如南京长江大桥）。第三节定期放散温度应力式无缝线路1、结构型式：与温度应力式相同。2、轨温变化过程：如图 1-7 所示。4t

7、 降春t 升T min秋T maxtt 降中t 升图 1-73、伸缩方法：与温度应力式相同。4、放散应力：根据当地轨温条件， 每年春秋两季把钢轨内部的温度应力各放散一次。放散时，打开焊接长钢轨两端接头夹板，松开全部中间扣件，并将焊接长钢轨置于滚筒之上，使它自由伸缩，放散内部温度应力。应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。定期放散温度应力式无缝线路曾在前苏联历年最大轨温幅度 128的高寒地区铺设过。由于放散应力需在封锁线路的条件下进行，大量放散对行车干扰大，且费工费时，故在我国寒冷地区不宜大规模铺设。第四节我国采用的基本型式铁路线路设备大修规则 （以下简称为大规 ）规定：无缝线路的

8、基本结构形式为温度应力式。以下各章、节所述内容均为温度应力式。第二章气温与轨温历年最大轨温变化幅度超过 90的地区称为寒冷地区。历年轨温变化幅度越大，冬季或夏季焊接长钢轨所承受的温度拉力或压力越大，钢轨折断或胀轨跑道的几率越大。从这个意义上说，无缝线路是一项与温度作斗争的技术，可见温度与无缝线路关系之密切。研究与掌握气温和轨温的变化规律则是寒冷地区推广和应用无缝线路工作中的一项重要任务。5第一节寒冷地区气温与轨温的关系我国寒冷地区一般为大陆性气候，日气温差较大，年气温差也较大。夏季酷热，冬季严寒。春旱秋涝，降雨集中在 6 8 月。寒冷地区多处高纬度，太阳最大幅射角约为 73.5 64.5 度。

9、上述特点直接影响轨温与气温关系。夏季太阳幅射热对空气和轨温、地温影响大，幅射角不同，影响也不同；而冬季超低温的地温，对轨温又有很大影响。总之，寒冷地区气温与轨温的关系与其他地区是有差别的。1、寒冷地区的气温特点（1）历年极端气温不出现在同一年，且持续时间较短。（2）历史上出现高温和低温的天数相近，且占总天数的比例较小。（3）平均年气温差与历年最大气温差相差较大， 且年气温差超过 70 的年数占总年数的比例较小。（4）每年最高气温多发生在 6 8 月，主要集中在 7 月；每年最低气温多发生在 12 2 月，主要集中在 1 月。2、寒冷地区气温与轨温、地温的关系（1）夏季由于太阳幅射热， 一般轨温

10、比气温高5 17，且有滞后性。（2）出现最高气温时，未必出现最高轨温。（3）年最高轨温一般在当年只出现一次，且持续时间较短。（4）年最大轨温与气温的差值不一定出现在当年最高气温时，也不一定出现在当年最高轨温。（5）轨温与气温差值超过15的次数较少。综上所述，寒冷地区轨温与气温差的最大值不一定出现在最高气温时，也不一定出现在最高轨温时，且出现的几率又很小。那么，无缝线路设计时采用最高轨温等于历年最高气温加 20的规定，对寒冷地区未必合理。第二节气温与轨温的观测某地区历年最高和最低气温系指气象部门的观测资料。因此，气温值应按气象台标准设置的百叶箱内的气温值为准。各工务段应设气、轨温观测点。气温的观

11、测一般可设置两个百叶箱，箱距地面两米高，无大树遮荫，通风良好，距铁路线路 15 20 米远。一箱内有干湿球温度计，可随时观测气温值；还有最高最低温度计，可显示每日最高最低气温值。另一箱内有气温自动测试记录仪，可自动绘出每日气温变化曲线。气温和轨温必须采用同一地点，同一时刻的数据进行比较。钢轨温度，在晴天阳光直射面与背阴面不同，轨底与轨头不同，钢轨6内部与表面也不同。在夏天上午升温阶段，钢轨表面温度高于内部温度，最大差值约 1.0 ；下午降温阶段， 由于钢轨温度的滞后现象， 钢轨内部温度高于表面温度。因此，为正确测量轨温，应在钢轨全断面进行多点测量取其平均值。测量轨温的工具有二种：1. 钢轨水银

12、温度计：它用一段 80100cm 的短钢轨，钢轨顶刻一深槽（或在钢轨横断面上沿钢轨纵向钻一深孔） ，埋入（或插入）一枝 -50 +100的水银温度计，并用铁粉塞满。使用时将其置于百叶箱旁。此种方法可准确测量钢轨内部温度。2. 吸附式轨温计：这类温度计利用自身磁体吸附于被测钢轨表面，通过感温元件测钢轨温度。它的体型小，现场使用携带方便。但感温时间稍慢一些，一般需要 68 分钟。采用在钢轨全断面进行多点测量取其平均的方法可准确测量钢轨温度。观测时间：定时观测与临时观测相结合。定时观测，每日四次，即2时、 8 时、 14 时、 20 时。夏季气温高于 30，从 12 至 16 时，每 5 分钟观测一

13、次；或从 10 至 16 时，每 30 分钟观测一次。冬季气温低于 -20 , 昼夜半小时观测一次。第三章温度力及锁定轨温第一节温度力一根长度为 可自由伸缩的钢轨，当轨温变化t 时，其伸缩量为：at（3-1 ）式中钢轨的线膨胀系数，取 11.8 ×10-6 / ；钢轨长度（ m）t 轨温变化幅度（） 。当长度 =85m的钢轨轨温为 20时处于自由伸缩状态，而当其轨温变化幅度 t =1时，其伸缩量11.810 6850001 1mm 。也就是说，这根处于自由伸缩状态的钢轨，当轨温为 21时，其长度为 85.001m；当轨温为 19时，其长度为 84.999m。这样，处于自由伸缩状态的钢

14、轨长度同其轨温就存在一一对应关系。如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力为：E at(3-2)t E t EE t式中E 钢轨钢的弹性模量，E=20.6×104Mpa;7t 钢轨的温度应变。将 E、之值代入（ 3-2 ）式则：t 20.58 ×104 ×11.8 ×10-6 × t = 242.8t(3-3)由（ 3-3 ）式我们可以推论出以下两点：1、钢轨被完全固定后所产生的温度应力，仅与轨温变化幅度t 成直线比例关系，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上说，钢轨可任意增长而不影响其内部

15、温度应力值。这就是跨区间无缝线路可以铺设的理论根据。2、降低钢轨内部温度应力的关键，在于如何控制轨温变化幅度t 。一根被完全固定的钢轨，当轨温变化幅度为t 时，其所受的温度力Pt为：PttF242.8 tF(3-4)式中 F 钢轨断面积（ cm2）。第二节锁定轨温锁定轨温 t 锁 又称“零应力轨温”，一根钢轨从自由状态转化为被完全固定状态时的轨温称为锁定轨温。此时，钢轨内部的温度应力等于零。比如一根 25.0m 长的钢轨被拨入线路，其两端联结上夹板，并拧紧接头螺栓时的轨温为 20，那么我们就可以将 20算作该钢轨的锁定轨温。因为只要接头螺栓被拧紧，那么该根钢轨的自由伸缩就受到完全限制，无论是升

16、温还是降温，钢轨内部均产生温度应力。由此，我们也可以认为：锁定轨温是钢轨内部温度应力的起算点。因此，锁定轨温是设计、铺设及养护无缝线路的重要技术资料，我们必须予以高度重视。第三节设计锁定轨温目前设计单位采用下式计算焊接长钢轨的设计锁定轨温：锁定轨温上限 t =t+5(3-5)me锁定轨温下限 t n=t e-5 (3-6)式中 te 是焊接长钢轨的中和轨温（） 。中和轨温 t e 的计算式为：t e=TmaxTmin t 升 t 降（3-7）22tK8式中 t升 焊接长钢轨由稳定性控制的允许温升（）；t降 焊接长钢轨由强度条件和缓冲区满足预留轨缝技术条件共同控制的允许温降（） ；t k中和轨温

17、的修正值，考虑当地气候条件，可取t k =± 05。t升Tmint nt mt 中t eTmaxt降图 3-1图中 t e 为 t 升 和t 降 重合部分的中点，t 中 为中间轨温， 中 = Tmax Tmin2（）。大规第 3、 6、 3 条规定：“寒冷地区（最大轨温幅度超过90的地区）铺设条件按附录三中允许铺设无缝线路最大轨温幅度的规定。若锁定轨温范围采用10，允许铺设无缝线路最大线路幅度超出规定值时，锁定轨温范围采用68。”由图 3-1 可以看出，设计最大升温幅度为（ Tmax-t n） , 则设计最大温度压力 P =242.8F(T-t) ；设计最大降温幅度为（ t -Tmi

18、n）, 则设计最大温tmaxnm度拉力 Pt =242.8 × F× (t m-T min).第四节施工锁定轨温施工锁定轨温是焊接长钢轨铺设时的实际锁定轨温。采用换轨小车铺设焊接长钢轨，通常取其始端和终端入槽时所测定的轨温平均值，即铺设时的平均锁定轨温t 锁 = t始t终 。同时要求始终端就位时的轨温必须控制在2设计锁定轨温范围内，否则应待轨温适宜时，将焊接长钢轨放散应力后重新锁定。采用换轨小车铺设焊接长钢轨的过程中，已铺的长轨一端处于锁定状态，待铺的另一端处于非锁定状态。而整个铺设过程历时 3 小时左右，总之长轨中的每一段的实际锁定轨温始终处于变化之中。也就是说，即使长轨

19、铺设时始、终端就位时的轨温均在设计锁定轨温范围内，长轨中每一段9的实际锁定轨温均不等于长轨的平均锁定轨温。这样长轨在铺设时就已经存在温度力纵向分布不均匀的问题，当然这仅仅是造成无缝线路纵向力分布不均匀的原因之一。原齐齐哈尔铁路局于一九八零年十月在最大轨温幅度 97.5 的平齐线白城至西青龙间 355 公里 500 米 357 公里 500 米铺设了两段无缝线路试验段。其中，第二焊接长轨长度为 899.10 米。爬行观测桩的布置见图 3-2 。桩号 12345678910.99.55m100m100m100m100m100m100m100m99.55m图 3-2第二长轨节铺设时锁定轨温为 13，

20、一九八一年五月放散应力后锁定轨温为 27。该段温度应力放散采用滚筒法，长轨每隔 8 米置一滚筒。施工前二趟慢行，中间扣件隔一松一。封锁开始，即松开扣件，打下防爬，螺栓涂油，抬起长轨，放置滚筒；长轨置于滚筒上后，用木锤敲击长轨；长轨基本达到放散量后，从两端向中间撤滚筒；长轨落槽后，拧紧接头螺栓和中间扣件螺栓、安装、打紧爬防器、检查、开通线路。该段长轨理论计算伸长量和实际伸长量列于表 3-1 。表 3-1桩号12345678910计算伸长量71.357.841.324.88.38.324.841.357.874.3（mm）实际左股8268432331434568295（mm）实际右股8272482

21、981634568290（mm）第二长轨节计算伸长量为 148.5 毫米，左股实际伸长量177 毫米，比计算量多 28.5 毫米；右股实际伸长量172 毫米，比计算量多23.5 毫米。如果，我们将该节长轨上一年铺设时的锁定轨温13称为“名义施工锁定轨温”；那么该节长轨左股实际平均施工锁定轨温则为10.8 ，右股实际平均施工锁定轨温则为 10.3 。为了研究两桩间实际施工锁定轨温，我们将相邻两桩间计算伸长量和实际伸长量列于表 3-2 。10表 3-2桩号1223344556677889910桩间计算伸长16.516.516.516.516.516.516.516.516.5量（mm）实际左股（m

22、m）142520201720222613实际右股（mm）10241921241822268根据表 3-2 中数值，我们将相邻两桩间实际施工锁定轨温绘于图3-3 。12345678910.15.16.5左12. 513.9. 59. 59. 57. 55. 86. 518. 520. 2右10. 99. 29.211. 78.36.65. 8图 3-3由于该段长轨线路坡度为0.8 ，上下行通过总质量相近。 试验期间每周检查一次中间扣件扭力矩，发现不足，就及时复拧。故此，第 2 至第 9 桩间固定区钢轨基本未出现爬行。因此，温度应力放散时所表现出的实际与计算伸长量的不同，主要还是在铺设锁定时造成的

23、。总之，施工锁定轨温是计算长轨条实际轨温变化幅度的依据，也是无缝线路养护维修的依据。因此，施工锁定轨温是普通无缝线路和超长无缝线路的重要资料，必须正确测量、记录、妥善保存。第五节维修作业锁定轨温一根长度为 1000m的 CD段长轨条在轨温 20时被完全锁定，那么 CD 段长轨条的施工锁定轨温 t 锁 为 20。当轨温上升至 40时， CD段长轨条2的长度未变，而其内部却产生了温度压应力t =242.8 × 20=4856N/cm。85.01m84.99mABCD图 3-4如图 3-4 所示， CD段长轨条在 20被锁定时，其中 A、B 段长度均为85m。在运营过程中，由于种种原因 A

24、、B两段的长度变化为 85.01m和 84.99m，11而 CD段长度未变。此时， CD段长轨条的锁定轨温仍为 20，而 A 段的锁定轨温改变为 30， B 段的锁定轨温改变为 10。铁路线路维修规则（以下简称维规）第 4.3.4 条规定：“进行无缝线路维修作业，必须掌握轨温，观测钢轨位移，分析锁定轨温变化，按实际锁定轨温，根据作业轨温条件进行作业， ” 。上述 A、B 段改变后的锁定轨温就是本节所指的维修作业锁定轨温， 维规中混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件（表 4.3.7 ）就是以维修作业锁定轨温为依据。第四章普通无缝线路温度力的纵向分布温度力沿长轨条的纵向分布规律，常用温度力分布图表示。

25、温度力分布图的横坐标表示钢轨长度，纵坐标表示钢轨的温度力，一般拉力为正，压力为负。钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的基本条件。一根长轨条沿其纵向的温度力分布并不是均匀的。它不仅与阻力和轨温变化幅度等因素有关，而且还与轨温变化过程有关。第一节长轨条铺设锁定后轨温变化过程长轨条若在秋季铺设， 其轨温变化过程参见图 1-4 。长轨条若在春季铺设，其轨温变化过程参见图 4-1 。TminT锁Tmax图 4-1通常寒冷地区铺设无缝线路，长轨条的锁定轨温t 锁 t 中 。这样，长轨条的最大升温幅度 max t 升小于最大降温幅度 max t 降 ，长轨条固定区的最大温度压力 max

26、Pt小于最大温度拉力 maxPt。第二节长轨条的约束条件及其特点1、接头阻力的约束条件为简化长轨条温度力纵向分布规律的研究，通常假定接头阻力Rj 为常12，Rj （理论上，量。当温度力 Pt 小于接头阻力 Rj 时，钢轨与夹板间不发生任何相对位移，有多少温度力作用于接头上，接头就提供多少阻力与之相平衡。如果没有温度力作用于接头，接头就不提供任何阻力，接头阻力是被动力。仅当温度力大于接头阻力 Rj 时，钢轨方能开始伸缩。此时，接头仍提供为常量的最大接头阻力 Rj ，以与温度力相抗衡。当轨温变化使原来为缩短的长轨条转为伸长时， 或从伸长转为缩短时，只有在原方向上的接头阻力 Rj 已被抵消，反方向的

27、接头阻力Rj ， 的量值等于 Rj ）已被克服后方能实现。即长轨条从缩短转为伸长，或从伸长转为缩短的过程中，必须克服双倍的接头阻力。2、道床纵向阻力的约束条件在现有的轨道条件下，只有当轨枕因温度力被带动在道床中产生一微小位移时，道床才能提供阻力。同样地，仅当温度力 Pt 克服接头阻力 Rj 后的余量大于道床纵向阻力时，钢轨方能开始伸缩。而当长轨条从缩短转为伸长，或从伸长转为缩短，也要克服双倍道床纵向阻力后方能实现。严格地说，道床纵向阻力不仅与轨枕位移量有关，而且动态响应与静态响应也不一样。但为了简化计算，通常假定道床的单位长度纵向阻力为常值，仅有方向上的变化，也不考虑动荷载作用的影响。第三节长

28、轨条温度力纵向分布及受力图综上所述，研究长轨条温度力纵向分布规律的基本前题如下：1、锁定轨温 t 锁高于中间轨温t 中由于 t 锁t 中，则有 max t 降max t 升，maxPtmaxPt，还有冬季长轨条的伸缩区长度 L 伸夏季伸缩区长度 L伸 。2、扣件阻力大于道床纵向阻力由于扣件阻力大于道床纵向阻力，则有轨道框架受轨温变化影响相对道床产生微量位移，而钢轨与轨枕间不产生相对运动。3、假定接头阻力 Rj 为常值，假定道床的单位长度纵向阻力P为常量。研究长轨条温度力纵向分布， 首先按图 1-4 ，假定轨温变化的循环过程13为： t 锁 Tmin TmaxTmin 。第五章无缝线路的动态稳定

29、性无缝线路推广使用的关键问题在于稳定性。胀轨跑道是无缝线路失稳的主要形式。随着列车运行速度的不断提高及重载列车的开行，列车的动力作用加剧，无缝线路的稳定性问题日益突出。胀轨跑道现象在各国铁路每年都有发生，严重地危及行车安全，一直为国内外铁路部门高度重视。历年来无缝线路造成事故之实例说明，多数事故都发生在线路状态恶化的情况下，在行车中轨道的臌曲多发生在脱线列车的中部和尾部。因此研究轨道动态失稳规律是稳定性研究的一项重要课题，受到各国轨道界的重视。第一节弹动现象1、无缝线路动态失稳的前兆“弹动现象”铁道科学研究院对动态稳定试验的测试发现了动态失稳的前兆“弹动现象”，从试验中看出，无缝线路在温度力与

30、列车动载的共同作用下，轨道不平顺处将产生弯曲变形。随着轨温升高和行车次数增加，轨道弯曲变形逐渐扩大。当轨温升到一定值时，一次过车弯曲变形突然剧增。有时即使轨温不再升高， 随着行车次数的增加， 弯曲变形继续扩大， 轨道将产生 “弹动现象”。有时无缝线路可能从稳定平衡直接进入不稳定平衡。轨道失稳不仅与平面不平顺有关，而且还与立面不平顺有关。根据上述试验结果， TB2098-89 已将“弹动现象” 列为无缝线路动态失稳的征兆，规定高温季节进行养护维修作业时，或在作业之后，若发现过车后线路弯曲变形突然扩大，必须立即设置停车信号防护并进行处理，防止发生行车事故。2、动态稳定性试验铁道科学研究院于 198

31、41985 年在环形线试验基地进行无缝线路动态稳定性试验。试验轨道为 60kg/m 钢轨、混凝土轨枕每公里配置 1840 根、弹条 I 型扣件、碎石道床、肩宽 40 50cm、无缝线路锁定轨温 t 锁 =-5 。试验由轴重 23t 的韶山 I 型电力机车、 轴重 25t 的 C75 货车、轴重 21t 的 C61 货车和轴重 22.6t 的 C62 货车组成。试验线预设平面或立面不平顺。在温度力与列车动载的共同作用下，试验中发生 6 次动态失稳，其中一次失稳情况如下：在 R=600m曲线上试验编号 NO.10-1 处， Lo=10m、f o=28mm（标准正14矢应为 f o=22mm，曲线内

32、股有 f oP=3mm的硬弯），试验前曾多次拔道，道床横向阻力降低，试验中列车以 V=80km/h速度运行 17 次，轨温 t=54 ，即温升 t 59 ，轨道弯曲变形扩大 f=15mm，曲线正矢达 f o =43mm，列车不间断运行，轨道弯曲变形继续扩大，以致轨道动态失稳。失稳过程如图5-1 。A轨温( )6050403020100 28303234363840 变形矢度（ mm）l=10mC =22mm00B行车系数N20151050303234363840 区形矢度 f(mm)28图 5-1b）直线地段，设置半波长o6m ， fo9mm 初始弯曲；不行车情况，轨温上升幅度 t 63 ；行

33、车情况，轨温上升幅度 t 56 ，且列车通过总重 1.5Mt ，轨道一直保持稳定。3、无缝线路产生“弹动现象”而失稳的主要原因铁道科学研究院认为，无缝线路产生“弹动现象”而失稳的主要原因是由于在列车轮重作用下，两转向架之间的轨排受负弯矩作用而浮起，造成道床横向阻力降低。在试验基地R=600m的曲线地段，测试轨排最大可能浮起量，行驶电力机车时为3.40mm，行驶 C75 货车时为3.05mm。为测量轨15排浮起后的道床横向分布阻力，采用了轨排浮起装置，当浮起量达 3.50mm 时，测量的道床横向分布阻力比未浮起时的数值降低 3040%。轨排浮起是考虑无缝线路动态稳定不应忽视的重要因素，尤其在列车

34、动态通过时，浮起处与不平顺处重合时的情况，对无缝线路的稳定最为不利。以国内外研究情况而言，一般认为无缝线路的动、静态失稳问题是因较高的钢轨压力、弱轨道情况和车辆荷载引起的过大位移产生的。其中车辆荷载的影响包括：动态轨排浮起引起的道床阻力下降，惯性力的出现，以及竖向及横向车轮荷载的作用。弱轨道情况包括：横向阻力不足，轨道不平顺，锁定轨温的下降。第二节稳定性安全储备量的分析铁道科学研究院根据大量实测数据， 绘制了各种情况下的P- f 或tf平衡状态曲线。他们认为应按线路实际可能存在的不利情况计算临界膨曲温升，按限制横向累积变形的条件确定允许温升。并且采用基本安全系数 KA 和附加安全系数 KC，对

35、我国无缝线路稳定性的安全储备量作出了较合理的定量分析。1、基本安全系数KA他们认为，无缝线路稳定性计算，不能把临界温升作为允许温差使用。由于下列因素影响：a）初始弯曲分布的随机性，道床密实度、扣件拧紧度的不均匀性；b）轨温测量的不精确；c）计算结果的误差；d）高温下，无缝线路可能产生横向累积变形。因而，稳定性允许温差的计算，应当考虑一定的安全储备量，并以安全系数 KA：tkK Atc 定量评价无缝线路稳定性安全储备量。式中 K A无缝线路稳定性基本安全系数；t k 无缝线路丧失稳定时的临界温差，其值大小表征线路为保持稳定性能承受的最大轨温变化的幅度；16tc 无缝线路稳定性允许温差。允许温差的

36、设计， “统一公式”取轨道变形量f0.2cm 对应的误差作为允许温差，并认为轨枕位移量在 0.2cm 以内，道床处于弹性变形范围。他们认为，根据实测资料，在荷载作用下，轨枕微量位移，卸载后，道床也会产生残余变形，因此取对应于f0.2cm 的轨温差作为允许温差，高温季节轨道会产生累积变形而降低稳定性。他们认为，允许温差的确定，应把限制轨道累积变形作为基本条件，有利于提高无缝线路的稳定性。他们根据测得的日温差频数及轨温昼夜变化下无缝线路的横向累积变形，经计算，取f0.02 0.05cm 所对应的轨温差 t 作为无缝线路稳定性允许温差 tc 。f 取值与轨道结构类型及道床密实度有关，通常取 f 0.

37、02cm 。这样，只要初始弯曲不超过设计允许值，锁定轨温至最高轨温的温度差也不超过允许值， 在高温季节一昼夜时间内，无缝线路的最大弯曲变形量不超过 0.02cm，经过一个季节运营后，累积变形量就不会超过 0.2cm。如果轨道结构采取加强措施， 临界轨温差提高， 在保证安全储备量不改变的情况下， f 值也可采用 0.02 0.05cm。他们根据三种机型、混凝土轨枕1840 根/km、列车轮重作用下两转向架之间的轨排受负弯矩作用而浮起的实测阻力，计算求得直线及不同半径曲线的临界温差 tk ，允许温差 tc，从而求得基本安全系数 K ，见表 5-1 。A表 5-1钢轨类型在线及 R2000m曲线曲线

38、半径 （m）100080060040060kg/m1.441.551.511.501.5450kg/m1.361.521.551.541.692、附加安全系数Kc。由于以下两个附加因素：a）无缝线路纵向力分布不均匀；b）运营过程中锁定轨温的变化。他们认为还应考虑附加安全系数Kc。稳定性计算时，不论直线或曲线均应考虑在轨道弯曲变形范围内，纵向力分布不均匀的峰值相当10温度力，把其换算为均匀分布纵向力p ，17经计算p 相当 8温度力，在稳定性计算中予以考虑。在确定稳定性允许温差时，还应考虑无缝线路经过长期运营后锁定轨温的变化。 根据试验及统计分析， 锁定轨温变化在 8以内， 由设计予以修正。对锁

39、定轨温变化的修正，直线与曲线区段采取不同处理办法。在直线及半径 R2000m曲线区段上，为保证有充裕的养护维修作业时间，考虑高温季节也可以安排必要的养护维修作业。因此，设计时在允许铺轨温差中，修正锁定轨温 8的差异。在半径 R<2000m的曲线区段上，锁定轨温差异在作业安排的轨温差中加以修正，而允许铺轨温差不作修正，修正值仍为 8。因此，在曲线上允许安排作业的轨温差比允许铺轨的轨温差低 8，也就是说，在曲线区段上，高温季节，当轨温超过铺轨允许温差减 8，全天不得安排养护维修作业。考虑以上两个附加因素，经计算，求得三种机型、混凝土轨枕 1840 根/km、直线及不同半径曲线附加安全系数 K

40、c，如表 5-2 所列。表 5-2钢轨类型在线及 R2000m曲线曲线半径 （m）100080060040060kg/m1.321.171.171.191.2450kg/m1.321.171.171.181.233、稳定性实际安全系数K OKA 与 KC 的乘积，则为稳定性实际安全系数K O ，其值表征无缝线路实际安全储备量。由计算求得三种机型、混凝土轨枕 1840 根/km，直线及半径 R>800m曲线，道床肩宽 40cm；R800m曲线，道床肩宽 45cm且碴肩堆高 16cm，不同线路平面，稳定性临界温差tk ，允许温差 tc 、安全系数 Ko ，结果如表12-3 所列。所谓三种机型

41、是指、前进型蒸汽机车、东风4 型内燃机、韶山 2 型电力机车。18表 5-3临界温升tk曲线半径（ m）钢轨允许温升直线及 R类型 tc2000m（kg/m）曲线1000800600500400安全系数 K otk90858580767150tc504847443934K o1.821.771.811.821.952.08tk95878375696360tc504847423833K o1.901.811.771.791.821.91tk88757568635775tc484645403630K o1.831.631.671.701.751.90第三节由“弹动现象”引发的不同观点由于“弹动现象

42、”的发现，在对无缝线路动态稳定性的深入研究中，我国铁路界中的一些学者提出了以下观点：有人认为，“考虑到行车时轨排浮起后的道床阻力将有所降低，在碎石道床、混凝土枕轨道的 Q值可参照表 5-4 数值取用。”表 5-4每千米线路轨枕铺设置碎石道床、混凝土枕（根）肩宽 40cm肩宽 45cm、堆高 15cm176059.2(N/cm)66.8(N/cm)184061.3(N/cm)69.3(N/cm)有人认为，“计算结果表明， 在同一条件下（即 Q、EJ 均相同的情况下），如取安全系为 1.2 1.25 ，则临界状态公式的计算值十分接近于“统一公式”的计算值。也就是说，在 P-f 曲线上，“统一公式”

43、取值的点已接近临界点。“统一公式”安全系数取 1.25 ，其相对临界状态的储备只有 45%50%，似乎偏低。根据线路的实际状态分析轨道的稳定性，若采用临界状态公式，19其安全系数应取2。”有人认为，“寒冷地区无缝线路温度力大， 长轨节的伸缩量也大， 因此，根据情况不同，采用温度应力式或定期放散温度应力式。 ”还认为“对于使用 50kg/m 钢轨、混凝土枕、轨枕配置根数 1840 根 /km、碎石道床、肩宽 45cm、碴肩堆高 16cm、年轨温变化幅度 100地区，可在直线及半径 R 800m 曲线上铺设温度应力式无缝线路。 ”有人认为，“哈尔滨以北地区均在 100以上， 。综上所述，在年轨温差

44、 95以下的地区，可以铺设温应力式无缝线路。但这仍不能满足更广大的寒冷地区铺设温度应力式无缝线路的客观需要。 ”凡熟悉无缝线路稳定性计算的人都知道，如果等效道床阻力Q 值采用表 12-4 中数值计算，寒冷地区还能否铺设无缝线路将成为疑问；如果取安全系数 K=2，对韶山 2 型机车， V=100km/h 、50 kg/m 钢轨、混凝土枕 1840根 / km、碎石道床、肩宽 40cm的计算条件，将使历年轨温变化幅度 80以上地区都成为铺设温度应力式无缝线路的“禁区”。凡熟悉我国无缝线路发展史的人都知道， 1980 年我国在试图突破寒冷地区不能铺设无缝线路这一 “禁区”时，原东北五局各试铺了二公里

45、 50kg/m钢轨的温度应力式无缝线路试验段，当 1989 年对该项部级重大科研成果鉴定后，寒冷地区大规模铺设的是 60kg/m 钢轨的温度应力式无缝线路。个别著名学者只肯定寒冷地区十公里 50kg/m 钢轨试验段，而对寒冷地区十余年来铺设的数千公里 60kg/m 钢轨的普通无缝线路和区间无缝线路却只字不提。我们不禁要问，是应将它们拆除？还是将它们改成定期放散温度应力式？第六章胀轨跑道的防治寒冷地区历年轨温变化幅度越大，冬季或夏季无缝线路所承受的温度拉力或压力越大，钢轨折断及胀轨跑道的几率越大。二十余年寒冷地区试铺和大规模铺设无缝线路的实践表明，寒冷地区冬季由于道床处于冻结状态，道床纵横向阻力

46、增大，焊接长钢轨断裂后的断缝值一般均小于理论计算值。因此，冬季钢轨一旦折断，只要能及时发现和处理，均不危及行车安全。由此，只要夏季能够防止胀轨跑道，寒冷地区铺设的无缝线路就能保证运输安全。寒冷地区无缝线路防止胀轨跑道的指导思想，我们认为可以用以下三句话概括：一是注意发展保持稳定的因素，克服、限制丧失稳定的因素；二是可靠的线路结构和良好的线路状态对保持无缝线路的稳定同样起决定性作用；三是高温季节应集中力量对薄弱地段采取有效措施实施重点监控，确保行车安全。20第一节影响无缝线路稳定性的因素对无缝线路胀轨跑道事故大量调查后得出的结论是：很多次胀轨跑道事故并非温度力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作

47、用的因素认识不足，在养护维修中破坏了这些因素而发生的。因此，我们必须研究丧失稳定与保持稳定两方面的因素，注意发展有利因素，克服、限制不利因素，防止胀轨跑道事故，以充分发挥无缝线路的优越性。1、稳定因素保持无缝线路稳定的因素有道床横向阻力和轨道框架刚度a）道床横向阻力道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。据苏联经验，稳定轨道的力， 65% 是由道床提供的，而轨道框架刚度为 35%。道床对每根轨枕的横向阻力 Q，用试验方法求取。图 12-6 是铁道科学研究院和呼和浩特铁路局 1987 年在寒冷地区最大轨温幅度 93.4 、R=400m曲线上试铺 60kg/m 钢轨无缝线路测定的。图中可见，道床横向阻力 Q和轨枕横向位移 y 存在相关关系， Q随 y 的增大而增长。 对于经过维修作业后的曲线，当 y 达到某一定值时， Q接近常量， y 继续增大，道床即被破坏。此外，道床横向阻