铁道线路大修及换铺无缝线路设计

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1、摘 要 IAbstract II第 1 章 前言 31.1 课题的来源和目的 31.1.1 无缝线路的发展历史及现状 31.1.2 问题的提出 41.2 国内外研究综述 51.3 本文研究内容和思路 61.3.1 本文研究内容 61.3.2 本文研究思路 6第 2 章 换铺无缝线路的过程分析与探讨82.1 线路大修时无缝线路的铺设 82.1.1 铺设前的准备 82.1.2 铺设过程 82.1.3 应力放散 82.1.4 施工质量过程控制标 92.2 对应力放散的技术性分析 102.2.1 放散的基本要求 102.2.2 放散方法确实定 102.2.3 放散作业标准及注意事项 112.3.1 无

2、缝线路胀轨跑道的主要原因 112.3.2 无缝线路的防胀措施 11结论 13致谢 14参考文献 15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，不管在焊接，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，深受各铁路局之欢送，也引起了各方有关人员的注意， 各院校师

3、生、现扬从业人员， 以及科研部门对这项新技术不断钻研改良，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

4、键词： 换铺 无缝线路 焊接 工务应力放散 防胀AbstractSeamless lines for the railway, one of the biggest technological reform has become the main current track structure modernization logo. It line maintenance workload in reducing track components, prolong service life, save energy and reduce noise, etc, all have signifi

5、cant effects, indeed recognized for railway inside and outside personnel. Seamless track since the second world war ii began to formal use, is developing very fast, countries have laid, and railway high-speed, has become the railway to must choose heavy rail structure. In the development process, wh

6、ether in welding, long rail transportation, laying, maintenance, and accident prevention and handling, etc, all have new builds.Our country since the 1950s began jointless-track since the railway station by laying the welcome, also has caused the parties concerned personnels attention, teachers and

7、students, universities and colleges, and young professionals now for the new technology research department, made many improvements always focus on new achievements. Between spanned jointless-track is a new type of track structure, totally eliminates rail joints, thoroughly realized the lines of sea

8、mless,its advantage is very obvious. Due to seamless route between spanned high-speed railway development needs with heavy, so, the world competed developing.Rail seamlesschange is the development of seamless route between spanned the difficulties and the key technology. Seamless rail structure is c

9、omplex, grasp their in temperature forces stress and deformation is seamless way dilute design, construction and maintenance theoretical basis.Based on GuoTie traffic seamless track laying methods, the change of GuoTie spread method, seamless route in the domestic railway began early has extensive a

10、pplication. Based on the current situation of both lines in railway spread of jointless-track, analyzes the existing spread jointless-track change method, process and technical key points.Keywords: change spread, seamless track, welding, works stress radiation, prevent expansion第 1 章 前言在普通线路上， 钢轨接又是

11、铁路轨道的薄弱环节之一， 列车通过接缝时发生的冲击和振动， 会影响行车的平稳和旅客的舒适， 并对道床发线路稳定性有一定的破坏，增加了维修的难度。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出， 已不能适应现代高速重载运输的需要， 而消除了接头的无缝线路，则自有效地解决上述由于接头的存在而产生的缺点， 因而得到了广泛的应用， 也是现代铁路发展的方向。 目前我国正在对一些电线路进行大规模改造， 许多地方已经开始换铺无缝线路。 现对既行线换铺无缝线路方法、 过程及技术要点做简要分析。1.1 课题的来源和目的1.1.1 无缝线路的发展历史及现状无缝线路(jointless track)是用焊

12、接长轨条铺设的轨道，因为长轨条没有轨缝而得名，西方国家叫做焊接长钢轨轨道。无缝线路是20 世纪以来，轨道结构技术进步的突出代表。无缝线路的出现不但在理论上修正和丰富了轨道结构的设计、计算内容，而且在结构上改变了轨道的连接方式，消除了钢轨接头，减少列车在接头区的冲击与振动， 不但延长了轮、 轨部件的使用寿命、 减少了维修费用，而且提供了平滑的运行外表，给列车运营和行车安全也带来诸多好处。 照美国统计，可减少行车阻力4%，延长钢轨寿命40%。线路维修费用每年每公里可节省约3050%。尤其对高速与重载铁路来讲，无缝线路已成为它们不可或缺的轨道结构形式。 1915 年，欧洲在有轨电车轨道上开始使用焊接

13、长钢轨，焊接轨条长度约为100200 m。20世纪30年代，世界各国开始在铁路上进行铺设试验。到了 50-60 年代，由于焊接技术的发展，无缝线路得到推广应用和迅速发展。我国于 1957 年开始在京沪两地各铺设lkm 无缝线路， 1961 午底全国共铺设无缝线路约 150km， 60-70 年代开始对在线路特殊桥梁、楼道、小半经曲线、大坡道等 铺设无缝线路进行了理论和试验研究， 并取得了成功， 为在线路上连续铺设无缝线路创造了条件。至今京广、京沪、京哈、陇海等主要干线均已铺成无缝线路。中国已铺设无缝线路32,502 km (2001 年底 ) ，现以每年新铺l000km 的速度发展。1.1.2

14、 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1.2 km,两端尚铺有短轨组成的-缓冲区一致使无缝线路中尚有10%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良与完善。(1)目前国内外对普通单开道岔、

15、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

16、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

17、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7 590km 的速度增长，最多时年铺设到达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5 000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年才正式兀始铺设。近十年发展较快，无缝线路已达

18、5 000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1 000-2 000m,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

19、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

20、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25 m 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

21、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

22、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

23、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250m或500m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，以及其他阻碍换轨施工的轴温检测仪等轨道设备。(4)慢行时采取隔

24、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

25、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= a L(T2-Ti)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)；a一钢轨的线性膨胀系数，a =0.0000118( 1/C )：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

26、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，与计算的拟仲景比照， 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。扎伸量到达预定长度后，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。

27、(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，该值假设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正确效果的要求，以1000m2000m为宜，最短不得

28、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 放散方法确实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

29、合适的方法。2.2.2.1 轨条内零温度应力确实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

30、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 50ml00m 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，到达放散均匀。(2

31、)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。 防止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

32、(l)锁定轨濯偏低或偏离；(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

33、，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

34、作的一项重要作业。 本文也着力介绍了轨条内另温度应力确实定，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， 容易引起轨道横向变形， 最后本文分析了无缝线路胀轨跑道的原因及相应的措施。无缝线路铺设和既有绂换轨施丁是一项理沦与实际相结合的工作， 必须结合现场实际情况，灵活运用科学计算，通过反复测量核实，精心绀织，合理安排施工顺序， 才能到达设计要求。 无缝线路在我闻的发展方兴未艾， 随着社会科技水平和社会经济水平的不断发展，无缝线路设计理论与方法将更加的完善。目前，我国对铁路建设的力度不断加强， 高速铁路的建设长度不断突破新记录

35、， 这也为尤缝线路的发展提供了更加广阔的天地。由于时间和能力等原因，论文难免存在疏、漏、谬、误等，敬请各位专家和同行们予以批评指正，谢谢！致谢XXX 。从论文的选题到主要研究内容确实定， 以及研究过程中困难的解决， 直到最后论文的完成， 都得到了导师的大力支持。 蒋鑫老师严谨的治学态度、 渊博的学识和卓越的才智， 对我完成学业 起到很大帮助，在此表示衷心的感谢和深深的谢意。本论文的完成过程中，还得到了许多同学和朋友的关心和支持，特此感谢。参考文献1. 张未，张步云。铁路跨区间无缝线路。北京。中国铁道出版社。 20002. 范俊杰。铁路超长轨节无缝线路，北京：中国铁道出版社。 19963. 蔡成

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