无缝线路基础知识及非正常情况下应急处理

1、无缝线路基础知识及非正常情况下应急处理 第一部分 基础知识第二部分 非正常情况下应急处理概述无缝线路是20世纪轨道结构最突出的改进与创新。截止2005年底前，我国已铺设46991公里无缝线路，占正线线路的53.4% 。全世界铁路有10%以上为无缝线路。无缝线路分类 普通无缝线路 区间无缝线路 跨区间无缝线路 无缝线路的优点 运行平稳，运行阻力减少1020%，节省能源，适合高速行车。 延长部件使用寿命1530% 减少维修费用2035%无缝线路的问题 夏天胀轨 1,承受巨大温度力，从而 冬季断轨 维修、施工受到限制 2, 钢轨较长,运输、装卸、铺设方法与机 具需特殊考虑。 3, 焊接质量影响颇大。

2、 上述优点与问题都是由于消除了钢轨接头所致。 我国无缝线路分类中，普通与区间无缝线路的基本原理相同，而跨区间无缝线路结构与计算则比较复杂。它有如下一些特点： (1) 线路两端的处理为：锚固式；缓冲区式；伸 缩调节器式。 (2) 绝缘接头采用胶接绝缘接头。 (3) 道岔要焊成无缝道岔。 (4) 轨道要采用重型轨道结构。 第一部分 基础知识 一、无缝线路概念 无缝线路是由多根标准长度的钢轨焊接而成的不小于300m的长钢轨线路。 二、无缝线路优点 接头大量减少，行车更平稳，旅客舒适，延长轨道、机车车辆部件的使用寿命，降低养护维修的工作量，适应高速、重载行车要求。 三、无缝线路的理论依据公式1： L=

3、Lt钢轨的线膨胀系数=（0.0118mm/m.） L钢轨长度（m）t轨温变化值（）L钢轨自由伸缩量（mm） 一根不受任何约束可以自由伸缩的钢轨当温度变化时的伸缩量。钢轨不受任何阻碍的伸缩叫自由伸缩。自由伸缩量同钢轨的长度和轨温变化度数成正比。 例11一根不受任何阻碍的钢轨，在早晨轨温为19时测定的长度是25.004m，中午轨温升高到49，钢轨的长度是多少？解 t 491930。 llt0.011825.004308.89(mm)此时钢轨的长度为: 25.004m+0.009m25.013m例12某无缝线路长轨条长1000m时的轨温是45，在轨温变化到12时，松开接头扣件、中间扣件和防爬器，钢轨

4、应缩短多少毫米？解据题意，我们认为此时的长轨条处于自由缩短状态。则长轨条缩短量 llt0.0118100033389(mm)这个缩短量是十分惊人的，它将使无缝线路完全丧失行车条件。2、钢轨的限制伸缩量无缝线路钢轨在充分锁定状态下的伸缩叫限制伸缩，而锁定，则指钢轨扣件的锁固状态。由于已被强力锁定，自由伸缩量的相当一部分不能实现，故无缝线路钢轨的限制伸缩有如下特点：只有当轨温变化到相当程度才会产生限制伸缩。限制伸缩量比自由伸缩量小的多。限制伸缩量同长轨条的长度无关，即任何长度的长轨条的限制伸缩量，在轨温变化相同度数时都是一致的。无缝线路未充分锁定或道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力不够，钢轨的限制伸

5、缩量将会增大，甚至接近自由伸缩量，这将对无缝线路产生巨大的破坏性影响。 温度应力和温度力 无缝线路锁定之后，较大的自由伸缩量变成了较小的限制伸缩量。钢轨未实现的伸缩量，以温度应力的形式积蓄于钢轨内部。很明显，轨温变化越大，应力就越大。因此，我们把在无缝线路上，由于轨温变化引起的钢轨伸缩因受到限制而转化到钢轨内部的力叫温度应力。夏天轨温上升，钢轨欲伸长时受到的温度应力是压应力。冬天轨温下降，钢轨欲缩短时受到的温度应力是拉应力。温度应力的计算公式是：t=248t式中： t温度应力（N/cm2 ） t轨温变化度数（）。温度应力只表示每平方厘米钢轨断面上受到的力。60kg/m钢轨的全断面为77.45c

6、m2。我们把无缝线路钢轨全断面上受到的温度应力叫温度力。温度力的大小和钢轨长度无关。温度力的计算公式是： Pt=Ft248tF式中： F钢轨断面积（cm2） Pt -温度力（N）。就P60轨而言，其轨温变化1所受的温度力为：Pt77.45248119207.6（N）19.2(KN)例13某无缝线路铺设60kg/m钢轨，设其钢轨断面在25时受到的温度力为0（此时钢轨不产生伸缩），试求当轨温升高60时钢轨断面受到的温度力。解轨温升高了60时，升高了602535，故钢轨断面受到的钢轨温度压力Pt=Ft19.235672（KN）如果钢轨两端被固定，完全不能伸缩，随着钢轨温度的变化，产生的温度应力和温度

7、力。由公式2可以看出，一旦钢轨两端被固定，钢轨温度变化产生的温度应力，温度力的大小就与钢轨长度无关，这就是铺设和运用无缝线路的理论依据。无缝线路的钢轨，随轨温的变化要承受巨大的温度力，这是无缝线路区别了普通线路的一个非常重要的特点，也是无缝线路维修养护工作中必须考虑的一个特殊问题。在长度固定的钢轨内产生的钢轨温度力，仅与轨温变化幅度t有关，而与钢轨本身长度无关；温度力随轨温变化而变化，但锁定轨温（一般是一个常量）是决定钢轨温度力的基准，因此，在无缝线路管理中，正确掌握锁定轨温是关键。 四、无缝线路的结构形式温度应力式放散温度应力式自动放散应力式定期放散应力式 五、无缝线路的类型：1、普通无缝线

8、路由缓冲区、伸缩区、固定区三部分组成2、区间无缝线路3、跨区间无缝线路 六、锁定轨温无缝线路的锁定轨温是指长轨节温度应力状态为零时的轨温又称零应力轨温。锁定轨温的确定：在铺设无缝线路时，把长轨节始端和终端落槽时分别得的轨温取平均值。作为该段无缝线路施工的锁定轨温，要求锁定轨温符合设计锁定轨温。锁定轨温是轨温变化度依据。离开了锁定轨温这个基数，轨温变化度数就无从谈起，温度力和钢轨限制伸缩量也就无从算起。锁定轨温和钢轨长度是相关统一的。设计无缝线路时，锁定轨温定下来了，钢轨长度也就随之定下来了。无缝线路铺设锁定之后，要想保持锁定轨温不变，就必须保持钢轨长度不变。如果钢轨伸长了，就意味着锁定轨温升高

9、了；钢轨缩短了，则意味着锁定轨温降低了。一旦锁定轨温偏离了设计范围，就会给无缝线路的受力状况带来不良影响。据测算，每100m长的无缝线路钢轨，每伸1.2mm，相当于锁定轨温升了1；缩短1.2mm，相当于锁定轨温降低了1。设计锁定轨温的确定：参照当地的中间轨温Tz= （Tmax+Tmin）长春地区= =11.5设计锁定轨温一般取Tz 加4到5长春地区16.5，上下允许变化10寒冷地区6到8长春地区：164即最低12，最高2021259.5-36.5锁定轨温正确与否直接影响着行车安全，它也是日后养护维修的重要依据。因此铺设要严格掌握，日常维修时要经常保持。 轨道框架刚度和线路阻力一、轨道框架刚度1

10、、轨道框架的受力特点在线路上，用中间扣件把钢轨与轨枕联接起来的架体叫轨道框架。轨道框架的受力特点是钢轨、轨枕和道床群体受力。在温度力的作用下，钢轨要发生伸缩，但是密集的扣件把它紧扣在轨枕上，在扣件作用正常的情况下，钢轨的伸缩必然带动轨枕的位移。而轨枕是置埋于道碴层中的，自身还有相当的重量，它要实现位移，又必须克服其底部、侧面和端部与道碴产生的巨大的摩擦阻力，从而反过来抵消了温度力的作用。这样轨道框架就抵制了温度力导致的钢轨纵向位移。当钢轨的纵向位移受阻时，未被抵消掉的温度力将寻找线路薄弱环节释放出来，使轨道发生横向的弯曲变形。这时，轨道框架又发挥其群体作用，阻止这种弯曲变形。我们把轨道框架抵抗

11、弯曲变形的能力叫轨道框架刚度。2、轨道刚度的决定因素 钢轨刚度。钢轨本身具有抵抗弯曲的能力。越是重型的钢轨，横截面积越大，刚度也就越大，形成的轨道框架的刚度也就越大。 中间扣件的强度和拧紧状态。中间扣件的强度越大，拧得越紧，对钢轨的扣压力就越，大轨道框架的整体性就越强，轨道框架刚度就越大。据测算，扣件拧紧产生的轨道框架刚度，比两股钢轨本身的刚度之和还要大50%以上。所以，提高轨道框架刚度的有效措施这定，就是按规定的扭力矩拧紧中间扣件。二、线路阻力1、温度力和线路阻力的关系线路阻止钢轨和轨道框架纵、横向移动的力叫线路阻力。在无缝线路上，温度力和线路阻力是矛盾的统一体。无缝线路因为锁定才产生温度力

12、，反过来，温度力又必须靠强有力的锁定产生的阻力来克服。温度力和线路阻力的大小相等，方向相反。也就是说，温度力一经产生，就必须有相等的线路阻力去平衡、克服它。线路阻力小于温度力，就会导致轨道的横向变形和纵向爬行。所以，无缝线路“储备”的线路阻力，必须在最高、最低轨温等最不利条件下都大于、至少等于温度力。无缝线路的全部养护维修工作，都必须为了达到这个要求。2、线路阻力的分类分析 纵向阻力：无缝线路阻止钢轨及轨道框架纵向移动的阻力叫纵向阻力。纵向阻力包括接头阻力、道床纵向阻力和扣件阻力。接头阻力：钢轨或轨道要发生纵向位移，首当其冲的是接头。接头阻力可近似看成是钢轨与夹板之间的摩阻力。在允许范围内，接

13、头螺栓拧得越紧，钢轨与夹板之间的摩阻力就越大。道床纵向阻力：当全部接头阻力都不足克服温度力时，道床纵向阻力就开始发挥作用了。道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力叫道床纵向阻力。道床纵向阻力有如下特点：第一：道床纵向阻力的大小同线路状况有直接关系。道碴材料的优劣、道碴粒径及级配的合理与否、道床断面的大小、道碴的捣实程度、轨道框架的重量、道床的脏污程度等因素，都直接影响道床纵向阻力的大小。不同线路的道床纵向阻力值互不一样。第二，道床纵向阻力随着轨枕位移的增加而增长，但位移达到一定值时，阻力就不再增加。通常采用轨枕位移2mm时的道床纵向阻力作为计算常量。第三，只有当扣件阻力大于道床纵向阻力时，钢轨才能带

14、动轨枕作纵向位移而产生道床纵向阻力。反之，扣件阻力小于道床纵向阻力，钢轨就不能带动轨枕作纵向位移，道床纵向阻力将不发挥作用。此时，随着轨温的进一步变化，钢轨本身将沿垫板作纵向位移，造成钢轨爬行。所以，无缝线路的中间扣件一定要拧紧。第四，道床纵向阻力的作用顺序是轨端向无缝线路的中部渐次延伸，到最高、最低轨温、最大温度力为止。扣件阻力：中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移的阻力叫扣件阻力。 横向阻力：线路横向阻力包括轨道框架刚度和道床横向阻力。道床抵抗轨道框架横向位移的阻力叫道床横向阻力。道床横向阻力是防止胀轨跑道、保持线路稳定的重要因素。道床横向阻力与下列因素有关：道床纵向阻力、道床断面的大小、轨

15、枕端部道碴的多少、轨枕盒内道碴的饱满和夯实程度、轨枕重量和底部粗糙度等。增大道床肩宽是提高道床横向阻力的一个重要手段。基本温度力图一、基本温度力图温度力与线路阻力平衡关系的示意图叫基本温度力图。通过读懂基本温度力图，我们可以加深对无缝线路的认识。1、图例纵坐标：表示轨温和温度力。它是一个线段而不是射线，原点T锁即锁定轨温，终点maxt和maxPt表示最高轨温和最大温度力。横坐标：表示长轨条全长。原点在横坐标上又表示长轨条左端。a、b、c、d：为叙述方便作为图中各线段的代号。基本温度力图对于中轴对称。当轨温下降到锁定轨温以下至最低轨温时，基本温度力图在横坐标下侧。2、分析 当轨温t等于锁定轨温t

16、锁时，钢轨断面受到的温度力Pt等于0，钢轨不伸缩。 当轨温高于t锁，但轨温变化度数又未达到接头阻力PH折算成的轨温变化度数tH时，因接头被锁定，钢轨伸长受阻，从而在钢轨全长范围内产生温度力。该温度力Pt248tF，并沿a线 随t的上升而增加，随时与接头阻力PH达成平衡。 轨温继续上升，当轨温变化度数等tH时，最大接头阻力maxPH与温度力持平，即PtmaxPH，接头阻力已全部被温度力克服。 轨温进一步升高，钢轨在实现限制伸长的过程中带动轨枕作纵向位移，道床纵向阻力开始克服温度力。轨温升得愈高，温度力愈大，道床纵向阻力就愈大，产生纵向阻力的道床长度就愈长，并从轨端处开始向无缝线路中部延伸。已知单

17、位道床纵向阻力为P，道床长度为x，则该长度道床产生的纵向阻力为Px，被平稳的温度力Pt则等Px。随着t的逐步升高，Pt随之逐步增大，Px亦随之逐步增大，以同Pt平衡。这样， 就在图中构成了斜线c，其斜率因线路状况的不同而不同。 轨温升至最高轨温maxt，产生最大温度力maxPt,此时产生 最大纵向阻力的道床达到最长l，最终完成了线路阻力与温度力平衡。我们把这一段叫伸缩区。 长轨条两端l范围之间的部分d，随着轨温的升降，始终承受着 最大而且均衡的温度力。我们把d这一段叫固定区。 从理论上讲，当maxt和maxPt呈单纯下降趋势时，d随之向下平行推移并逐步延长， 表示固定区增长，伸缩区变短。当ma

18、xt和maxPt下降至maxPH点时，基本温度力图呈一矩形，此时已无实际意义上的伸缩区。当maxt和maxPt降至原点t锁时，全长范围内长轨条的温度力都等于0，此时基本温度力图成一直线，可以像普通线路一样对待。伸缩区和固定区从温度力图可知，伸缩区钢从轨端向里承受的温度力越来越大，到和固定区的交界处，承受最大的温度力。既然克服了全部接头阻力，在伸缩区，温度力必须迫使钢轨带动轨枕发生纵向位移，从而产生与之等同的道床纵向阻力。但是道床纵向阻力的产生有一个过程，就是说，要待轨枕移动相当距离时，道床纵向阻力值才能达到最大。换句话说，道床纵向阻力的产生是以轨枕轨道框架的微小纵向位移为代价的。这种位移由里向

19、外逐根轨枕积累起来而形成长轨一端的限制伸缩。也正因为如此，我们才把这一段叫伸缩区。无缝线路长轨条两侧，在温度力作用下发生限制伸缩的区段叫伸缩区。伸缩区长度根据年轨温差幅值、道床纵向阻力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为50100m。而在无缝线路长轨条中部，因为不存在道床纵向阻力克服温度力的问题，最大温度力只是均衡地积存在钢轨内部，所以轨道框架并不发生纵向位移。也正应为如此，我们才把这一段叫做固定区。无缝线路长轨条中部均衡承受最大温度力，但轨道框架不发生纵向位移的区面叫固定区。固定区长度不得短于50m。无缝线路长轨条两端以外，用来调节钢轨和轨道框架限制伸缩的24根标准轨叫缓冲区。七、无缝线路铺

20、设条件1、直线轨道50Kg/m和60Kg/m钢轨，砼枕配置1840根，允许轨温差分别为100和104。2、曲线轨道：普通无缝线路最小曲线半径400m，区间或跨区间无缝线路最小曲线半径600m3、路基：路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。4、道床：一级碎石道碴，碎石材质、粒径级配应符合标准，道床清洁、密实、均匀。跨区间无缝线路道岔范围内道床肩宽450mm。四大禁区：1、小半径曲线。2、大跨度桥。3、长大坡道。4、寒冷地区。 八、无缝线路应力放散（一）无缝线路的锁定轨温必须准确、均匀，有下列情况之一者，必须做好放散或调整工作：实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股轨条的实际锁定

21、轨温相差超过5；锁定轨温不清楚或不准确；跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过5，同一区间内单元轨条的最低、最高锁定轨温相差超过10；铺设或维修作业方法不当，使轨条产生不正常的伸缩；固定区或无缝道岔出现严重的不均匀位移； 夏季线路轨向严重不良，碎弯多；通过测试，发现温度力分布严重不匀； 因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温；低温铺设轨条时，拉伸不到位或拉伸不均匀。 应力放散办法1、滚筒放散法在需要锁定的轨温范围内，把需要放散应力的长轨节先松开，并拆除扣件，然后抬起钢轨每隔20根轨枕撤掉一根轨枕上的胶垫，放上直径约30mm的钢管，将钢轨落在钢管上，撞击轨节数次。由于磨阻力不大，长

22、轨节基本上可以自由伸缩。一旦轨温合适，即撤滚筒、紧扣件、重新锁定。滚筒放散法需要中断行车，施工时间也较长，但效果好，放散彻底，重新锁定后的锁定轨温准确。该方法特别适用于原锁定轨温不明或不准礁的地段。2、列车碾压法此法是松开接头扣件及全部防爬器，并根据放散方向的不同而松开部分中间扣件，靠列车碾压振动和轨温变化作用，强迫钢轨伸缩，当伸缩量达到预定数值后，再行锁定。此法不中断行车，施工简便，但放散不易均匀，也不彻底，效果不及滚筒放散法。3、应力调整器放散法应力调整器又称拉伸器。低于设计锁定轨温范围的轨温下铺设长轨节时，为了提高锁定轨温，采用拉伸器拉长钢轨（有时也配合撞轨），以达到设计锁定轨温的要求。

23、放散时，先把钢轨抬起放在滚筒上，然后用拉轨器夹住长轨节一端进行拉伸，当达到预计拉伸量后，放下钢轨重新锁定。 拉伸器放散应力适用于低温铺设无缝线路或低温时进行无缝线路中修后，重新拉伸到设计锁定轨温，也可用于提高原锁定轨温等。应力放散计算1、放散量计算应力放散是要使长轨节自由伸缩，因此可接钢轨自由伸缩来计算放散量l L （t1 t2）l 放散量（mm）；钢轨钢的线膨胀系数，0.0000118；L需要放散应力的钢轨长度（mm），t1预计放散后的锁定轨温（），t2原锁定轨温（）。 一、钢轨折断 1、原因（1）钢轨本身材质不良。例如有白核、黑核裂缝等，降低了抵抗拉应力的能力。（2）钢轨焊接不良，铝热焊容

24、易出现夹碴、夹砂、假焊、裂缝等缺陷，焊缝强度降低；或由于焊接时钢轨未放平，造成焊缝或高或低，列车通过时，车轮冲击力增加，造成焊缝处钢轨折断。第二部分 非正常情况下应急处理 （3）无缝线路锁定轨温偏高。铺设无缝线路时锁定轨温高于设计锁定轨温范围，或夏季维修放散了温度应力，这样在高温情况下锁定的线路，到冬天在无缝线路固定区将出现较大的温度拉力，加上车轮的动力作用，极易使钢轨折断。（4）线路维修不良。例如，线路存在空吊板、三角坑、爬行后轨枕间隔不一致等都可能造成线路的动力不平顺，列车通过时冲击力加大，也就加大了动弯应力，容易发生断轨。（5）由于线路爬行，在列车运行的后方固定区内，出现附加残余爬行拉力

25、，在车轮动力的联合作用下，可能使钢轨折断。2、钢轨折断标准（1）钢轨全截面断裂；（2）裂纹贯通整个轨头截面；（3）裂纹贯通整个轨底截面；（4）允许速度不大于160km/h区段钢轨顶面上有长度大于50mm且深度大于10mm的掉块，允许速度大于160km/h区段钢轨顶面上有长度大于30mm且深度大于5mm的掉块。3、线路钢轨折断的应急处理（1）紧急处理。进行紧急处理的技术条件是断缝小于50mm。当钢轨断缝不大于50mm时，应立即进行紧急处理。在断缝处上好夹板或臌包夹板，用强力急救器固定。 强力急救器的含义是,固定后能使夹板的夹持力达到200KN，可抵御60kg/m钢轨温度波动幅值在10以内所产生的

26、温度力。这种固定方式其强度仍然偏低，所以要在断缝前后各50m拧紧扣件，并派人看守，限速5km/h放行列车。 如断缝小于30mm时，放行列车速度为1525km/h。随后应在轨端钻孔，上好夹板或臌包夹板，拧紧接头螺栓，然后可适当提高行车速度。再仔细检查钢轨断缝附近的线路情况，整修线路，务使行车平稳，并整理和登记有关断缝情况。（2）临时处理。进行临时处理的技术条件是断缝大于50mm以及紧急处理后，不能立即焊接修复的。钢轨折损严重或断缝大于50mm，以及紧急处理后，不能立即焊接修复时，应封锁线路，切除伤损部分，两锯口间插入长度不短于6m的同型钢轨，轨端钻孔，上接头夹板，用10.9级螺栓拧紧。在短轨前后

27、各50m范围内，拧紧扣件。 临时处理后，在原无缝线路上增加了两个普通接头，列车快速运行时，对钢轨的水平冲击和垂直冲击都非常大，为保证快速列车运行的平稳安全，故规定临时处理后放行列车的速度不得大于160km/h，并应尽快进行永久处理，恢复无缝线路原有结构。 临时处理或紧急处理时，应先在断缝两侧轨头非工作边做出标记，标记间距离约为8m，并准确丈量两标记间的距离和轨头非工作边一侧的断缝值，做好记录。其目的是为了永久处理时确定钢轨是否恢复了原位，以验证锁定轨温有无变化。 规定标记间距离为8m左右的依据是，修规附录7“无缝线路常备材料”规定每工区备6m钻孔及7m无孔钢轨各1根。也就是说，进行临时处理时一

28、般是采用6m短轨，焊复时一般是采用7m短轨，能够保证在处理过程中不破坏标记。（3）永久处理。凡经原位焊复的处理均属永久处理。对紧急处理或临时处理的处所，应及时插入短轨进行焊复，恢复无缝线路轨道结构。 采用铝热焊时，插入短轨长度等于切除钢轨长度减去2倍预留焊缝值。先焊好一端，焊接另一端时，先张拉钢轨，使断缝两侧标记的距离等于原丈量距离减去断缝值后再焊接。其要点是：永久处理要在接近或略低于实际锁定轨温的条件下进行，以便配合拉伸使用铝热焊进行处理。两标记间的距离、断口的断缝要量准；采用铝热焊时，先焊好一端，焊接另一端时，要拉张到位后焊接，是为了处理后断口两端钢轨能恢复到原来位置，保持锁定轨温基本不变

29、。如达不到此目的，处理后要进行应力放散，重新核对锁定轨温。在线路上焊接时气温不应低于0，低于0将影响焊接质量。放行列车时，焊缝温度应低于300，否则焊缝在列车的荷载作用下，有产生永久变形的可能。锁定轨温是无缝线路的一个重要技术参数，直接关系到无缝线路的稳定，锁定轨温一旦发生变化，在处理上难度较大。因此，钢轨折断进行永久处理后，应使长轨条能恢复原位，保证锁定轨温基本不变。 二、 线路胀轨跑道胀轨跑道是轨道在钢轨温度力作用下发生横向弯曲变形的过程。胀轨是轨道横向弯曲变形的初始阶段，而跑道是轨道横向弯曲变形的最终阶段。胀轨阶段虽已具有危及行车安全的苗头，但变形的弯曲矢度在12mm以内，尚不至于颠覆列车。然而跑道就不同了，一经发生，如有列车通过，势必颠覆。因此对胀轨必须实行定量控制。1、原因（1）铺设施工或放散时锁定轨温偏低；（2）低温焊复断缝（3）施工作业造成锁定轨温不准（4）违章作业（5）线路爬行（6）线路不平顺（7）各种附加力的影响 2、胀轨的判定（1）线路碎弯