浅谈无缝线路的锁定轨温与应力放散
无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。无缝线路是将许多根标准长度钢轨焊接成相当长的轨条并铺布在轨枕上的线路。在普通线路上，由于采用的是标准长度钢轨，每公里线路上就要有160个（12.5m钢轨）或80个（25m钢轨）接头。钢轨接头是铁路线路的薄弱环节，由于轨缝的存在，列车通过时发生冲击和振动，其冲击力最大可达非接头区的3倍以上。这种冲击力影响列车的平顺和旅客的舒适，并促使道床硬结、溜坍、混凝土轨枕损坏破裂，加速钢轨和联结零件的磨耗和伤损。接缝的存在也降低了钢轨和机车车辆的使用寿命，并增加它的养护维修费用。与普通线路相比较，无缝线路在相当长一段线路上消灭了大量的接头，因而具有冲击振动少，运行平稳，提高旅客舒适度；减少材料消耗，降低轨道养护维修费用；延长线路设备机车车辆的使用寿命及维修周期，改善行车条件；减轻机车车辆冲击轨缝的噪声，有利于环境保护；适应高速行车的要求等到优点，是轨道结构的发展趋势，是铁路现代化的主要内容之一。目前我国铁路主要干线普遍采用无缝线路，夏季胀轨和冬季的断轨已成为无缝线路养护管理工作中关注的问题。
无缝线路作为铁路轨道一种类型，受自然界气温变化影响，由于热涨冷缩在钢轨内部会产生巨大的温度应力，因此对无缝线路设备的维修养护管理成为铁路安全的重中之重，由于日常的养护维修，线路大中修施工作业，列车碾压等其它外部环境因素影响，无缝线路会不断产生位移和应力衰减，从而使锁定轨温自然下降，造成无缝线路不稳定，危及铁路行车安全，这时就要对不符合规定要求的无缝线路进行应力放散，然后再重新锁定线路。
应力放散就是在设计锁定轨温范围内，将无缝线路全长扣件，防爬器等全部松开，让它自由伸缩，把钢轨内部的温度应力全部放散掉然后再重新锁定线路。
1 理论锁定轨温
无缝线路的锁定轨温又称“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0。比如一根长25 m的钢轨被拨入线路,其两端联结夹板、拧紧接头螺栓时的轨温为20 ℃,那么就可以将20 ℃算作该钢轨的锁定轨温。只要接头螺栓被拧紧,该根钢轨的自由伸缩就受到完全限制,无论是升温还是降温,钢轨内部均产生温度应力,锁定轨温是钢轨内部温度应力的起算点。锁定轨温是设计、铺设及养护无缝线路的重要技
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术参数,我们必须予以高度重视。
2 施工锁定轨温
2.1 锁定轨温与温度应力的关系
无缝线路内部的温度应力?t和现场轨温，锁定轨温Ts之间的关系：
?l??L?t
?t?E?t?E?LL?E??t ?t?Ts?T
式中：Ts为锁定轨温，T为施工轨温，E=2.1x105MPa 钢轨线性系数??1.18x10-5/℃
?t?2.48x(TS-T)MPa
由此；?t与?t之间为线路关系，?t为正值时表示无缝线路内部产生拉应力，
?t为负值时表示无缝线路内部产生压应力。
2.2 施工锁定轨温是铺设焊接长钢轨时的实际锁定轨温。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t锁 =（t始+ t终）/2,同时要求始终端就位时的轨温必须控制在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。
通常把一次铺设的轨条长度叫单元轨条。跨区间无缝线路由于施工技术条件和运营条件所限,不可能在一个天窗时间内一次铺设完成(一次仅能铺设1～3 km) ,只能把区间无缝线路分成若干单元轨条。两单元轨条间的焊接必须在线路上进行,而且要求每单元长轨在焊联后的锁定轨温相同,焊联时保证锁定轨温不超限(在设计锁定轨温范围)是关键。这就需要配备有较大拉伸能力的焊接设备或性能良好的拉伸机。由于区间无缝线路不是一次完成铺设,要使整个轨条温度力均匀,即锁定轨温一致,在铺设施工中,如何组织施工队伍,安排施工程序,使铺设、焊接、放散应力、锁定等工作有序进行,且保证锁定轨温符合要求,这就成为施工中一个关键问题。
2.3 根据施工作业轨温和施工条件一般有两种施工方法,一种叫“一步连入法”,一种叫“二步连入法”。
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(1)一步连入法
在一个天窗时间内把要铺设的单元轨条始端用焊接法与前一天铺设的单元轨条终端焊连,铺设时同时焊接,同时放散,做到一步到位。也就是说,在认为锁定轨温相符的条件下,新轨引进换轨车龙门之后,换轨车边前进边进行长轨条的始端焊接。这种施工组织难度较大,一般适用于封锁线路铺设和轨温变化不大,与锁定轨温相同的条件。
(2)二步连入法(也叫插入法)
在一个天窗内,与普通无缝线路一样,在两单元轨条之间铺设一根缓冲轨(龙口轨) 。而在另一个天窗时间内取出缓冲轨,插入经计算确定轨长的正式轨,放散应力,然后进行最终焊接。第二次焊接作业,可以选择在正在铺设新轨区间或相邻区间铺设新单元轨条时的同一个天窗内进行。作业地点间隔以相互施工不发生影响,最好不小于三个单元轨条长。
无论是一步连入法还是二步连入法,焊接时保证锁定轨温不超限(在设计锁定轨温范围)是关键,而目前工务部门用钢管垫于轨枕之间进行长轨拉伸或应力放散都不能达到每个单元轨条的实际锁定轨温位于设计锁定轨温范围内。
2.4 施工中测量记录轨温宜采用多点测量取平均值的方法。
3 维修作业锁定轨温
一根长度为1 000 m 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 段长轨条的长度未变,而其内部却产生了温度压应力48. 56 MPa。
维修作业锁定轨温图式
85.01m 84.99m A B C D
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、B 两段的长度变化为85. 01 m和84. 99 m,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
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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指维修作业锁定轨温,《维规》中混凝土枕无缝线路维修作业轨温条件就是以维修作业锁定轨温为依据。
4 线路锁定基本要求
4.1 单元轨节锁定前应按设计要求设置好钢轨位移观测桩；锁定后应及时在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记。
4.2 单元轨节锁定时，实际锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，相邻单元轨节的锁定轨温差不应大于5℃，同一区间内各单元轨节的最高与最低锁定轨温差不应大于10℃；左右两股钢轨锁定轨温差：当速度大于160km/h时，不应大于3℃，当速度小于或等于160km/j时，不应大于5℃。并准备记录始、终端的锁定轨温。否则，无缝线路铺设后必须进行应力放散并重新锁定。
5 放散量的计算
计算放散量，长钢轨的放散量按下列自由伸缩公式计算。
?l??L?Tsh?Tsy?
式中：?l—长钢轨放散量（mm）
?—钢轨钢线膨胀系数；?=0.0118/（m·℃） L—需要放散应力的长钢轨长度（m） Tsh—放散后的锁定轨温（℃） Tsy—原锁定轨温（℃）
6 无缝线路有下列情况之一者应进行应力放散
6.1 实际锁定轨温超出设计锁定轨温范围。
6.2 相邻单元轨节的锁定轨温差大于5℃，左右两股钢轨锁定轨温差当速度大于160km/h时大于3℃、当速度小于或等于160km/h时大于5℃，同一区间内各单元轨条最高与最低锁定轨温差大于10℃。
6.3 固定区钢轨出现严重的不均匀位移。
6.4 因其他原因造成无缝线路锁定轨温不明确时。
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无缝线路应力放散(论文)
