对无缝线路伸缩区不应设置于曲线地段的探讨

马 娜

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

对无缝线路伸缩区不应设置于曲线地段的探讨

马 娜

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

从无缝线路受力和变形方面的研究出发，对无缝线路伸缩区在曲线地段存在问题进行了分析，证明了无缝线路伸缩区不应设置在曲线地段上，并提出解决问题的最好方法是采用跨区间无缝线路。

无缝线路，伸缩区，曲线地段

1 概述

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，为了改善钢轨接头的工作状态，人们一直致力于这方面研究与实践，采用各种方法却都很难解决，最终把钢轨焊接起来构成无缝线路。无缝线路由于取代了大量钢轨接头，因而具有行车平稳、机车车辆及轨道维修费用低、使用寿命长等优点。无缝线路经济和社会效益很显著，各国铁路都大量采用，至2009年年底，全国铺设标准轨距无缝线路总长达到68 763 km，全世界117个国家拥有无缝线路总长已超过50万km。

1.1 无缝线路分类

无缝线路解决了普通线路无法解决的问题，取得了技术性重大突破，我们必须要好好学习研究。无缝线路有多种，如果按照铺设地段划分可以分为路基无缝线路、桥上无缝线路、隧道无缝线路、道岔区无缝线路、小半径地段无缝线路和大坡道无缝线路等。

如果按照结构和钢轨内部温度应力分布方式划分，可分为温度应力式和放散温度应力式两种，目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。

如果按无缝线路长度划分，可分为普通无缝线路、区间无缝线路和跨区间无缝线路。我国之所以从初期普通无缝线路发展到跨区间无缝线路，是伴随钢轨焊接、运输和胶结等各项技术发展的。

1.2 温度力分布

温度应力式无缝线路由长钢轨和两端缓冲区组成，如果单方向轨温变化，温度力分布如图1所示。在长钢轨起终点轨缝处，接头夹板与钢轨之间摩擦力可提供接头阻力PH，克服接头阻力后温度力将由扣件和道床提供阻力。当克服全部温度力时，就形成如图1所示温度力分布。其中长钢轨两端倾斜部分称为伸缩区，是可以伸缩部分，中间平直段称为固定区，表明理论上不伸缩且只有虚位移。

2 受力和变形分析

无缝线路尽管解决了有缝线路诸多问题，也带来自身问题。由于轨温变化产生温度力，而且轨温变化幅度越大温度力越大，给无缝线路设计产生一定影响。伸缩区钢轨和轨枕位移影响轨道平顺性和稳定性，而且由于接头阻力变化常使伸缩区长度变化，钢轨接头轨缝和伸缩区位移都对养护维修产生影响。在伸缩区伸缩位移也给设计和运营带来很多需要解决的问题，更具体说无缝线路伸缩区能不能设置在曲线上，任何规范都没有明确要求，只有《无缝线路理论与新技术》(张殿明，闫纪宽编)小本文献中曾有说明“伸缩区不宜设置在曲线上”。科研和工务部门人员都曾经提出，认为伸缩区在曲线上受力复杂，容易产生问题，设计中不应将无缝线路伸缩区设置在曲线上。到底伸缩区能不能设在曲线上，我们先看看伸缩区在曲线上有哪些问题，通过分析阐明伸缩区能不能设置在曲线上。

2.1 温度压力峰

图1所示描述长钢轨单方向温度变化温度力分布图，但如果考虑轨温升高和降低双向交替变化，温度力不是这样简单。我们知道一般锁定轨温比中间轨温高，如北京地区轨温和锁定轨温如表1所示，如果按照中间轨温计算温度降低值44.7 ℃，按照设计锁定轨温计算温度降低值59.4 ℃。图1是轨温单向变化时温度力分布，如果轨温高低交替变化，由于线路纵向阻力滞后，温度力分布如图2所示。我们可以看到当轨温升高时在伸缩区表明道床横向阻力可采用等效道床阻力参数。等效道床阻力大则稳定性强，相反稳定性较差。道床经过捣固稳定车作业和运营阶段压实，如图3所示，道床处于密实状态下，此时道床横向阻力可以满足要求，即能保证无缝线路稳定性。道床阻力由轨枕侧面、底面和枕端部组成，道床密实可以使颗粒间相互咬合力增加，有利于道床阻力增加；道床密实可以使轨枕两侧面、底面和端部接触面积增加，道床横向阻力增加。由于养护维修作业需要，使道床横向阻力下降。北方交通大学曾做试验，养护维修作业使道床横向阻力下降百分率如表2所示。

表1 轨温和设计轨温资料

表2 养护维修作业道床变化率 %

养护维修作业使道床相对松散，造成道床横向阻力下降。在无缝线路伸缩区范围，由于扣件纵向阻力比道床纵向阻力大，轨枕理论上产生前后位移，则轨枕和道床出现离缝，如图4所示。道床离缝很接近逆向拨道状态，横向阻力下降值也与逆向拨道接近，以曲线半径600 m、铺设Ⅲ型混凝土枕每千米1 667根为例，进行无缝线路各种状态稳定性检算，如表3所示。根据表3检算结果可以看出，线路逆向拨道和伸缩区离缝，道床横向阻力下降明显，允许温升也明显降低。这里需要说明养护维修是执行维修规则，在扒筛道床和拨道作业时均与锁定轨温相差不大，并采取相应措施保证无缝线路稳定性。但在伸缩区只要长钢轨克服接头阻力，就可能伸缩从而带动轨枕位移。按照铺设60 kg/m钢轨，接头阻力400 kN计算，接头阻力理论上仅能克服20 ℃轨温变化产生的温度力，根据我国气象资料分析，我国大部分地区有很长时间无缝线路轨枕产生位移，伸缩区曲线地段无缝线路稳定性存在相当危险性。

表3 无缝线路各状态稳定性检算

2.2 横向刚度差异

无缝线路长钢轨焊联在一起，车行驶在连续型轨道上，车轮作用在轨顶时，轨顶横向刚度沿纵向几乎是均匀分布的，即使行驶在曲线上，由于有缓和曲线及无缝线路的连续性，轨道横向刚度亦将均匀变化。但如果是有缝线路，在接头处用接头夹板和螺栓组合起来，成为半断开结构，接头处轨顶横向刚度明显小于连续钢轨地段。如果无缝线路伸缩区范围有曲线，从钢轨接头处到曲线轨顶横向刚度变化较快。轨顶横向刚度变化快对运营容易产生不利影响，首先轨顶横向刚度变化快，造成旅客乘坐不舒适；再有曲线地段未被平衡超高使车轮持续挤压钢轨，如果轨顶刚度变化太快，轮轨之间作用力大小变化很快。作用力小地段摩擦较小，作用力较大地段摩擦较大，运营期间轮轨之间不断作用会使钢轨工作边迅速出现波磨。产生波磨不平顺又加剧波磨，同时旅客乘坐也会出现更不舒适，给运营中养护维修带来很大麻烦。

3 结语

以上讨论无缝线路伸缩区在曲线地段存在的问题，可以得出无缝线路伸缩区不应设置在曲线地段的结论，现总结说明如下：

1)无缝线路伸缩区设置在曲线地段，在伸缩区和固定区交界处产生压力峰，压力峰较可能温升计算温度力值大。由于位移造成轨枕和道床离缝，等效道床阻力明显下降，允许温升也明显降低，无缝线路稳定性难以保证。

2)无缝线路伸缩区设置在曲线地段，由于在很短范围轨顶横向刚度变化较大，轮轨之间作用力变化大，造成旅客乘坐不舒适和钢轨工作边迅速产生波磨，而且这种影响迅速加大，在运营期间给养护维修带来麻烦。

3)通过分析研究如何避免无缝线路伸缩区在曲线上，解决的最好方法应该是铺设跨区间无缝线路。跨区间无缝线路彻底取代钢轨接头，也消除了无缝线路伸缩区和温度压力峰，我国现在所有高速铁路和干线铁路都采取跨区间无缝线路，也在客观上解决了这些问题。

[1] 张殿明,闫纪宽.无缝线路理论与新技术[M].北京：中国铁道出版社，1997.

[2] 李成辉.轨道[M].成都：西南交通大学出版社,2004:157-200.

[3] 广钟岩,高慧安.铁路无缝线路[M].第4版.北京：中国铁道出版社,2005.

[4] TB 10015-2012，铁路无缝线路设计规范[S].

[5] 卢耀荣.无缝线路研究与应用[M].第2版.北京：中国铁道出版社，2010.

[6] 铁道部工务局组织.铁路工务技术手册——轨道(修订版)[M].北京：中国铁道出版社，1994.

Discussion on seamless line expansion area should not set on curve sections

MA Na

(ChinaRailwayThirdSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Tianjin300142,China)

This paper analyses the problem that CWR’s breathing zone at the curve section about the force and distortion， and proves CWR’s breathing zone should not be set on the curve, and gives the best solution to the problem is to use CWR with welded turnout.

Continuous Welded Rail， breathing zone， curve section

1009-6825(2014)35-0167-02

2014-10-10

马 娜(1982- )，女，工程师

U213.9

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