铁道线路大修及换铺无缝线路设计

PAGE目录TOC\o"1-3"\h\u8220摘要 I3660Abstract II16884第1章前言 3286061.1课题的来源和目的 34601.1.1无缝线路的发展历史及现状 3226081.1.2问题的提出 4209681.2国内外研究综述 5174491.3本文研究内容和思路 633271.3.1本文研究内容 6239681.3.2本文研究思路 63204第2章换铺无缝线路的过程分析与探讨 8304472.1线路大修时无缝线路的铺设 815552.1.1铺设前的准备 847152.1.2铺设过程 844282.1.3应力放散 8300482.1.4施工质量过程控制标 9253582.2对应力放散的技术性分析 10236072.2.1放散的基本要求 10185272.2.2放散方法的确定 10119572.2.3放散作业标准及注意事项 1197852.3.1无缝线路胀轨跑道的主要原因 11325862.3.2无缝线路的防胀措施 1114253结论 1331857致谢 1431309参考文献 15 西南交通大学网络教育毕业设计PAGE4摘要无缝线路为本世纪铁路上最大技术改革之一，己成为当今轨道结构现代化的主要标志。它在减少线路维修工作量、延长轨道部件使用寿命、节约能源，降低噪音等方面，均有显著效果，确为铁路内外人员所公认。无缝线路自第二次世界大战后开始正式使用，发展非常迅速，各国铁路纷纷铺设，而且已成为高速，重载铁路必须选用的轨道结构。在发展过程中，不论在焊接，长轨运输、铺设、维修，以及事故的预防和处理等方面，均有新的建树。我国无缝线路自50年代开始铺设以来，深受各铁路局之欢迎，也引起了各方有关人员的注意，各院校师生、现扬从业人员，以及科研部门对这项新技术不断钻研改进，取得不少新成就。跨区间无缝线路是一种新型轨道结构型式，完全消除了钢轨接头，彻底实现了线路的无缝化，其优点十分明显。由于跨区间无缝线路适应高速与重载铁路的发展需要，因此，世界各国竞相发展。道岔无缝化是跨区间无缝线路发展的难点和关键技术。无缝道岔结构复杂，掌握其在温度力作用下的受力和变形规律是无缝道稀设计、施工和养护维修的理论基础。本文结合国铁交通无缝线路铺设方法，对国铁中的换铺法进行介绍，无缝线路早已经在国内铁路开始广泛应用。针对目前我国铁路对既有线路换铺无缝线路的情况，分析了既有线换铺无缝线路的方法、过程以及技术要点。关键词：换铺无缝线路焊接工务应力放散防胀路。中国已铺设无缝线路32,502km(2001年底)，现以每年新铺l000km的速度发展。1.1.2问题的提出我国目前铺设的无缝线路绝大部分是温度应力式无缝线路。无缝线路钢轨承受的温度力与钢轨长度无关，因此在理论上，无缝线路的轨节长度可以是无限长。但实际上，考虑到自动闭塞区段的绝缘接头的设置，桥梁、隧道、道佾的衔接及施工养护维修的方便，目前我国及一些国家铺设的无缝线路，其轨节长度多为1.2km，两端尚铺有短轨组成的-缓冲区_，致使无缝线路中尚有l0%左右的有缝线路。接头混杂其中，使无缝线路的优势难以充分发挥出来。目前无缝线路的技术难关包括：胶绝缘接头的研制与铺设：桥上无缝线路的设计与铺设；无缝道岔的焊接与运用；无缝线路施工方法的改进与完善。(1)目前国内外对普通单开道岔、提速道翁作过研究，取得了一定的成果，但对准高速无缝线路可动心轨道俞温度力和位移计算，结构形式和特点，强度和稳定性检算，关键联结部件的强度检算缺乏系统的研究：(2)准高速铁路无缝线路的铺设施工组织，连入方式，无缝道葫与区间无缝线路的焊联方式，受力检算尚没有成熟的经验；(3)准高速无缝线路的动力响应研究，目前缺乏相应研究；(4)无缝道岔PD3淬火轨与U71Mn不同含碳轨接头铝热焊施工工艺、质量控制，温度应力检箅；绝缘接头及岔后侧股接头冻结受力检算，冻结方式尚没有成熟的技术；(5)准高速铁路无缝线路养护维修理论，设备标准，无缝道岔维修，锁定轨温的测定，断轨焊复方式：原位拉伸焊复或插入短轨焊复对无缝线路内部温度力分析，可动心轨高速道岔维修养护的经验有待进一步探讨、积累。、本文进行无缝道信纵向力和位移量的计算，稳定性检算，钢轨强度及关键联结部件的强度检算，区闯无缝线路稳定性和强度检算，中和温度、锁定轨温的设计检算。无缝线路的铺设施工组织，无缝道葫与区间无缝线路的焊联方式，接头强度受力分析，无缝线路应力放敌与调整、断轨焊复，锁定轨温的检测以及养护维修方法研究，为准高速无缝线路的设计、施工、运营及维护提供参考依据。1.2国内外研究综述德国是无缝线路发展最早的国家。1926年就开始铺设，到50年代，已将无缝线路作为国家的标准线路。到60年代已开始试验把无缝线路和道俞焊连在一起，至今大部分道岔已焊成无缝道岔。美国虽然从30年代开始铺设无缝线路，但较进展缓慢，直到70年代才得以迅速发展，以年平均铺设7590km的速度增长，最多时年铺设达到10000km。到1979年底无缝线路已超过12力。km，是目前全世界铺设无缝线路最多的国家。R本于50年代开始铺设无缝线路，现已铺设5000余公里，其特点是每段无缝线路长1300km，在长轨条两端设置伸缩调节器。近年来在新干线上采用一次性铺设无缝线路技术。原苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对无缝线路的发展有所影响，直到1956年才正式丌始铺设。近十年发展较快，无缝线路已达5000余公里。我国无缝线路从1957年开始铺设，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了lkm，以后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成250-500m的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热焊或小型气压焊将其焊连成设计长度，一般情况下，一段无缝线路长度为1000-2000m，每段之fbJ铺设2--4根调节轨，接头采用高强螺栓连接。目前京广、京沪、京沈、陇海等主要干线均已铺设无缝线路。至今无缝线路已铺设约2.46万km。90年代开始了对超长无缝线路的研究和铺设工作，至今已在北京、上海、郑州等路局铺设了超长无缝线路近千公里。在理论研究方面，目前国内外对普通单开道岔、提速道岔作过研究，取得了一定的成果。铁科院的卢耀荣(2005)的“两轨相互作用原理一，北方交大范俊杰教授的“当量阻力系数法一，兰州铁院许实儒教授的“超静定结构二次松驰法一，郑州局的_隔离体法一，北京局的“节点法一及西南交大的“解析法一等有关计算方法，都是有关无缝道岔纵向力和位移的理论计算方法。在线路设计与施工方面，国内各单位根据工程实践，提出了施工技术和方法。武汉铁路分局周伟东等(2003)对利用铝热焊技术将既有线普通无缝线路改造为区间无缝线路的施工方法、施工步骤以及应力放散的三种计算方法做了介绍：北京交通大学黄波(2005)介绍了由普通无缝线路焊连为区间无缝线路施工中，根据不同轨温状况充分利用天窗时间的作业流程，施工中无缝线路拉伸参数的计算，并指出施工中的注意事项；李炜(2004)以兰新铁路兰州西至武威南段为依托工程，改段增建第二线与既有线多处交叉、拨接、换侧，介绍了根据现场施工条件采用先铺设25m轨捧后换铺长钢轨的施工方法，其中线路锁定为关键技术，重点对该项技术进行探讨与研究。1.3本文研究内容和思路1.3.1本文研究内容在参考国内外有关文献的基础上，对准高速无缝线路技术进行了研究，具体内容为：(l)收集有关技术资料，结合设计理论，完成准高速跨区间无缝结构设计，包括确定区间无缝线路与无缝道岔连接方式、配轨，确定锁定轨温、区问无缝线路稳定性和强度检算，并初步拟定加强措施；(2)建立无缝道岔力学分析模型，进行无缝道佾纵向力和位移量计算，稳定性和强度检算，关键联结件的强度检算，中和温度设计：(3)研究无缝道岔的动力待性，结合现场情况建立满足提速后钢轨动力特性分析所需的轨道分析模型，通过现场测试结果与数值模拟结果比较分析；(4)提出接头设计及施工技术要求，开展接头冻结及焊接试验及现场铺设试验段：(5)针对无缝道俞养护维修，开展观察试验，总结养护维修经验，形成作业标准；(6)进行准高速无缝线路技术效益分析。1.3.2本文研究思路本文对准高速无缝线路技术进行了研究，以形成一套准高速跨区间无缝线路设计、施工、运营与维护的理论与方法，为理论分析与工程实践提供依据。本文具体研究思路为：(1)收集整理资科，研究分析：收集整理国内有关无缝道岔纵向力和位移理论计算方法、有关铝热焊工艺参数，冻结接头技术的资料、有关准高速铁路无缝线路的养护维修标准、方法，总结养护维修的经验及对准高速无缝线路进行科技情报查新，确定其先进性和前瞻性。(2)研究方法：学习国内成功经验和提出适合广铁集团实际情况指导理论及设计方案：铺设无缝线路试验段，建立观察测试区，加强养护维修手段l总结铺设跨区间无缝线路设计、铺设、养护维修方法的经验。(3)基于数值模拟的动力学分析：对无缝线路系统的激励源与激励方式进行分析，建立无缝线路有限元分析模型，选取有关参数，对无缝线路的动力特性进行分析(4)观测试验：包括：准高速跨区问无缝线路铺设及温度力、位移观测试验：铝热焊接头施工工艺、接头外观及静弯强度试验：胶接纶缘接头及岔后侧股接头冻结试验。第2章换铺无缝线路的过程分析与探讨2.1线路大修时无缝线路的铺设2.1.1铺设前的准备(l)利用长钢轨运输列车将在焊轨厂焊好的250rn或500rn长轨卸至需要换轨处。(2)换轨前一灭先要完成待换单元长钢轨焊接丁作，并将焊接好的长轨条立放于轨枕头上，拨顺拨直，距运营钢轨外不得小于300mm，不得侵入限界。(3)拆除既有线上的防爬器、轨距杆，以及其他妨碍换轨施工的轴温检测仪等轨道设备。(4)慢行时采取隔一卸二的方法（小半径曲线处隔二卸一）卸除部分扣件，同时利用撞轨器将待换前龙门钢轨与基本轨预留好焊缝搭口后的待锯处对齐，等待封锁命令。2.1.2铺设过程(1)封锁命令下达后，拆卸剩余扣件，当剩余扣件全部卸完后方可将基本轨锯开。(2)利用轨道车牵引换轨小车，将新旧轨依次穿入换轨牟新旧轨龙口，新旧轨完全穿入后换轨车以<5km/h的速度匀速前行。(3)换轨车将新轨落槽后，为防止预留的搭口发生变化，在焊轨地点15m以外连拧10根扣件，然后将对轨器架好，再打磨、除锈、精锉、精确对轨、加热备焊。(4)曲线地段需要撞轨器、拉伸器配合换轨牟走牟。瞌线外侧钢轨往前扣或撞。内侧钢轨往后撞，以利换轨车走行，(5)新轨终端换铺落地后，立即进行轨温测量，然后开始准备应力放散。2.1.3应力放散2.1.3.1锁定轨温计算应力放散之前应首先根据设计的锁定轨温计算放散量△L:△L=αL(T2-T1)式中：△L一钢轨凶温度升高或降低引起的纵向绝对伸长量(m)；α一钢轨的线性膨胀系数，α=0.0000118(1/℃)：L一钢轨的原长，即轨温为T。℃时对应的钢轨长度；T1一对应钢轨为L长时的轨温{℃）；T2一第2状态钢轨的轨温(TMAX)2.1.3.2放散作业过程(1)首先使钢轨处于自由伸缩状态，其作业程序符合上艺，每隔l00m设置一个应力放散位移观测点，并在各观测点上作出托伸位移的零点标记。(2)测量长轨尾端与下一个单元轨节端之间的距离，扣除应留的轨缝宽度后，与计算的拟仲景对比，最终确定锯轨量，并按锯轨的操作程序锯轨，轨端不垂直度小于0.8mm。L3=△L-L2+Lf式中：L3一锯轨量；L2一长轨处于自由状态时，长轨尾端与下一个单元轨节端之距离；Lf一预留轨逢量。(3)安装拉轨器，利用拉轨器与撞轨器的共同作用，拉仲钢轨，同时观测各观测点扣伸位移的变化情况。扎伸量达到预定长度后，通知各观测点做小记号。此时撞轨器仍然继续作、忆当各观测点在所做记号处出现反弹量（应力放射已均匀），停止撞轨，拉轨器保压，在锁定作业完成之前不得因托轨器的失压而使轨端出现位移。(4)撤除撞轨器并对线路进行锁定。(5)撤除拉伸器，复核长轨实际拉伸长度，换算出对应的实际锁定轨温值，该值若在计划锁定轨温范围内，州确认为文际锁定轨温，含则锁定工作要重新返上。2.1.4施工质量过程控制标(1)位移观测桩应设置齐全、牢剧可靠，易于观测和不易破坏。(2)无缝线路实际锁定轨温应控制在施工图锁定轨温范围内。(3)无缝线路锁定时必须准确确定并记录锁定轨温。相邻单元轨节锁定轨温之差不成大于5℃，左右股锁定轨温之差小应该大于3℃，同一区间内的单元轨节最高与最低锁定轨温之菱不应大10℃：(4)曾元轨节长度应满足施上进度和铺设时成力放散最佳效果的要求，以1000m~2000m为宜，最短不得小于200rn。(5)胶贽应放止无缺损，扣件安装齐全，扣压力符合施工图要求。2.2对应力放散的技术性分析无缝线路的应力放散和调整，是线路大修工作的一项重要作业。2.2.1放散的基本要求无缝线路的应力放散，必须做到匀、准、够、匀、准、够的要求与拉伸的要求一致。即，匀：零应力轨温沿纵向钢轨要均匀一致。够：计划放散量（计划放散长度）必须放够。准：放散后重新设定的零碰力轨温必须准确可靠。重新设定锁定轨温后，任何一点的实际零磁力轨温值，都应落在设计允许锁定轨温范围内。2.2.2放散方法的确定无缝线路的应力放散，通常有两种方法，一种是温度控制法，一种是长度控制法，实际施工中应根蹦现场及天气情况采取合适的方法。2.2.2.1轨条内零温度应力的确定轨条内钢轨温度应力为零是保证披散后轨条轨温能否满足设计锁定轨温的前提条件。所以往放散开始时，首先要先使被放散的轨条，处于当时轨温条件下的零应打状态下。具体方法为：打开轨条，支垫滚筒，均匀分布撞轨器。利用撞轨器向钢轨温度应力产生轨条伸或缩的方向撞轨（轨条收缩时，向收缩方向撞轨，轨条伸出时，向伸出方向撞轨），使轨条在当时的轨温条件下，不再进行伸或缩，此时的轨条内的温度应力就视为在当刚轨温条件下的零应力。2.2.2.2温度控制法温度控制法是在合适的轨温范围内，使钢轨自由伸缩充分放散钢轨心力，而后合拢锁定，锁定后重新设置防爬观测标记。如有标记，应重新测量并记录初始读数。采用温度控制法放散应力，要采用支垫滚筒与撞轨相结合的作业方法。选择合适的设计锁定轨温时段，要点封锁施上。2.2.2.3长度控制法长度控制法是根据已知锁定轨温和放散计算锁定轨温，算出放散长度，这长度即为放散时应控制的放散量。合拢组要注意观察轨端伸长情况，到倒旧立即合拢固定。组装灾板螺栓，并按规定扭矩拧紧，首先迅速恢复合拢端的轨扣件，控制住钢轨伸缩，此时的轨温就为放散后的锁定轨温。2.2.3放散作业标准及注意事项(1)应力放散作业时，应每隔50m~l00m设置一个位移观测点，观测钢轨位移量，及时排除影响放散的故障，达到放散均匀。(2)放散应合理设嚣撞轨点，按照直线地段每400m，曲线地段每300m，布置一台撞轨器。避免撞轨造成的应力不均匀。放散区段有曲线时，应注意曲线拉直对放散应力的影响。(3)原锁定轨温与设计锁定轨温相差较大时，应考虑配轨，并考虑拉伸机最大行程和拉力，严禁拉伸机超范围工作。放散轨条较长或拉仲位移量较大时，可考虑双机串联拉伸。2.3无缝线路的线路防胀工作无缝线路的最大特点是夏季高温期间，在钢轨内部存在F大的温度压力，容易引起轨道横向变形。在列车运行或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，容易引起胀轨跑道，这将严重危及行车安全。2.3.1无缝线路胀轨跑道的主要原因(l)锁定轨瀣偏低或偏离；(2)钢轨小正常收缩及爬行；(3)维修作业不当，使道床横向阻力降低；(4)无缝线路道床宽度不足；(5)扣件扭力不足，造成轨道框架刚度降低；(6)轨道方向不良。2.3.2无缝线路的防胀措施无缝线路的防胀丁。作除了对上述原因采取有针对·降的措施外，还应该做到以下几点预想措施：(1)工地派专人监视、观察轨道方向变化，并做好无缝线路“三测”记录一旦发现方向不良，必须加强巡查，采取设置减速信号或停车信号等措施进行防护。(2)施-丁前，在施工地段两侧各l00m拧紧扣件，铺盖草垫，进行浇水降温，以防胀轨跑道。(3)发现轨道方向不良，轨面水平严重小良，枕端道碴离缝，或者过下后线路弯曲变形突然扩大时必须立即设置停车信号，及时通知车站，迅速采取降温、回填道碴、夯拍道床、堆高道床肩部道碴等措施，以防变形继续扩大而跑道。(4)发生跑道时必须按线路故障处理，设置停车信号，迅速采取降温拨道等措施紧急处理，消除故障。结论本文对线路大修时无缝线路的铺设进行了阐述，首先对铺设前的要求和准备工作进行了介绍，和对一些铺设前的细节进行了描述。然后介绍了铺设过程需要注意的问题，并给出相应的公式来计算锁定轨温度和放散作业过程。对于一项工程最重要的属施工质量，本文也通过实际研究和分析规定出合理、安全的施工质量控制标准。无缝线路的应力放散和调整，是线路大修工作的一项重要作业。本文也着力介绍了轨条内另温度应力的确定，分别介绍了“温控法”和“长度法”。夏季高温，在热胀冷缩效应下，夏季的铁道会使得无缝线路内部产生巨大的温度压力，容易引起轨道横向