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1、 无缝线路应力放散 凯里工务段线路技术科罗惠强 一 无缝线路1 什么叫无缝线路 无缝线路是把钢轨焊接起来的线路 又称焊接长钢轨线路 钢轨的长度可以达数千米或数十千米 但为了铺设 维修 焊接 运输的方便 我国的无缝线路钢轨长度多为1 2km 因线路上减少了大量钢轨接头和轨缝 故称之为无缝线路 2 什么叫跨区间无缝线路 随着高速 重载铁路的发展 要求强化铁路轨道结构提高线路的平顺性和稳定性 消除现有一般无缝线路的缓冲区和道岔钢轨接头的影响 实现线路的无缝化 把焊接轨条长度延长达整个区间或跨区间 并与道岔焊联成一体 轨条之间直接传递纵向力和位移 这种超长轨条的无缝线路称为跨区间无缝线路 目前 我国高
2、速铁路特别是客运专线铁路已经进入大规模建设阶段 无缝线路能明显地提高轨道的平顺性 提高列车运行速度 增强旅客乘车的舒适度 又能减少钢轨的病害和维修工作量 延长钢轨及轨枕等配件的寿命 降低养护维修费用 因而得到广泛应用 今后 随着我国国民经济的持续发展 铁路运量的稳定增长 我国无缝线路还会有新的发展 二 无缝线路为什么要应力放散 无缝线路放散条件 由于受施工季节和施工条件的限制 铺设无键线路时 往往不能在中和温度进行锁定 这给维修养护工作带来很多困难 如锁定轨温偏低 不仅维修养护工作受到许多限制 而且高温时钢轨受到很大的温度压力 加之长钢轨不均匀爬行造成 应力集中 就有胀轨跑道的危险 反之如锁定
3、轨温偏高 低温时钢轨受到很大的拉力 线路不均匀爬行后 某些地段拉应力增大 温度拉力与爬行附加拉力合在一起 容易拉断螺栓或引起钢轨折断 因此 对非中和温度锁定的无缝线路 特别是低温锁定或已产生严重 应力集中 的无缝线路 及时进行应力放散或应力调整 是提高无缝线路稳定的主要工作 二 无缝线路为什么要应力放散 无缝线路放散条件 无缝线路作为铁路轨道一种类型 受自然界气温变化的影响 由于热胀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 列车碾压以及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 1 什么是应
4、力集中 钢轨在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏 通常钢轨承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时 破坏就可能发生 另外钢轨会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增长 这种现象称为应力集中 2 无缝线路的应力放散和调整目的 目的就是要把没有在允许锁定轨温范围以内锁定的无缝线路 以及在运营和施工作业中锁定轨温发生了变化的无缝线路 将其锁定轨温通过应力放散或调整 重新准确 均匀地设定在设计的允许范围内 3 什么叫 应力放散 应力放散 是指改变长轨条原有的长度 在其伸长或缩短后 重新锁定 4 无缝线路的应力调整与应力放散有什么不同 锁定轨温在整段长轨条的全长上应均匀一致 它也表示温度力的分布均匀一致
5、如通过位移观测桩的观测或轨长标定的观测发现其不一致 则应进行应力调整 使之均匀一致 一段无缝线路的长轨条 锁定轨温从整体上并无变异 但局部有高有低 在此情况下可用应力调整的方法使之均匀 而应力放散则与调整不同 它是一段长轨条的锁定轨温 整个偏离了允许的设计锁定轨温范围 4 无缝线路的应力调整与应力放散有什么不同 钢轨被锁定之后 除长轨条两端的伸缩区之外 其余 中间的固定区 的钢轨长度不能随温度变化而变化 伸缩 如因养护不当长度发生了变化 则轨温也随之而变化 若钢轨伸长则锁定轨温升高 若钢轨缩短则锁定轨温下降 锁定轨温的检验 检验长钢轨锁定轨温的变化情况 简单易行的方法是设置位移观测桩 通过观测
6、钢轨长度的变化 可以计算出锁定轨温变化的大小 从而确定应力放散或调整的区段 每段无缝线路设置位移观测桩5 7对 如固定区较长 可适当增加对数 其中 固定区中间点一对 伸缩区始终点各一对 其余均匀设置在固定区 锁定轨温的检验 跨区间和全区间无缝线路 单元轨条长度大于1200m时 设置7对位移观测桩 单元轨条起 讫点 距单元轨条起 讫点100m及400m和单元轨条中点各设置1对 单元轨条长度不大于l200m时 设置6对位移观测桩 单元轨条起 讫点 距单元轨条起 讫点100m及400m各设置1对 无缝道岔设3对观测桩 在间隔铁或限位器处设1对 在岔头 岔尾处各设1对 锁定轨温的检验 例一某上行线一段
7、无缝线路 全长1348m 原锁定轨温为30 由于破底清筛后 线路爬行不匀 观测资料如表 钢轨长度变化引起锁定轨温变化的关系如下 锁定轨温的检验 式中 t 锁定轨温变化度数 l 钢轨长度变化 mm L 钢轨原始长度 m 以右股1 2 号桩之间钢轨长度变化情况为例 钢轨原始长度l 100m 5 无缝线路放散或调整的条件 表7 1 5 无缝线路放散或调整的条件 轨长度缩短量 l 30 6 24mm锁定轨温变化度数这段钢轨的实际锁定轨温为 t锁 30 20 10 5 无缝线路放散或调整的条件 5 无缝线路放散或调整的条件 随着无缝线路技术管理经验的不断积累 无缝线路养护有下列情况时 应进行应力放散或调
8、整 由于施工季节和施工作业 造成无缝线路的锁定轨温不符合设计规定的锁定轨温范围 5 无缝线路放散或调整的条件 铺设后发生伤 断轨时 原位焊复或焊接短轨改变了锁定轨温 采取强制撞轨措施 使实际锁定轨温超过设计规定的锁定轨温 因施工方法不当 造成锁定轨温不均匀或不准确 养护维修不当 产生长轨伸缩变形或线路不均匀爬行 改变了锁定轨温 5 无缝线路放散或调整的条件 既有无缝线路大中修及配合特殊施工需要 临时改变原来的锁定轨温及重新锁定时 锁定轨温不符合设计轨温规定 左右两股长轨条的锁定轨温之差超过5 跨区间或整区间无缝线路的相邻轨节锁定轨温之差超过5 任意观测区段的实际锁定轨温相差大于或等于5 三 纵
9、向力的测定 1 应变法 1 观测桩法观测桩法是应变法的一种 是在长轨条铺设之前 先期按长轨条设计位置 即普通无缝两端 伸缩区终点 长轨条中点及距伸缩区终点100m处的路肩上埋设5 7对位移观测值 使用光学准直仪和对中器来进行观测 在跨区间无缝线路上 单元长钢轨位移观测桩按规定设置 当长轨条铺设锁定之后 立即在与观测桩相对应的钢轨上做好标记 作为观测钢轨爬行的观测点 三 纵向力的测定 2 测标法测标法是标定轨长法的演进 它克服了钢轨与普通钢尺的线胀缩系数差异 测尺的差和其它人为误差等缺点 在焊轨厂的配轨车间 对处于自由状态的25m标准轨设标距为24m 测标是打在轨头非工作边侧面 直径不大于0 5
10、mm的冲眼 然后将设标轨焊于长轨条中 每250m设测标一组 现场铺设后 仍用原设标钢尺或经检验的钢尺 检测施工锁定轨温 当轨温变化到T时 测定24m的尺长与钢轨标距之差 可视作钢轨未实现的伸长量 同理可计算得锁定轨温 三 纵向力的测定 2 应力法钢轨锁定轨温是零应力轨温 那末通过检测钢轨中的温度应力即可监控锁定轨温的情况 目前 如何能直接准确测量钢轨温度应力 仍然是个技术难题 各种直接检测温度力的仪器设备 至今仍很少能达到实用水平 因此 应力法检测锁定轨温 尚未进入阶段 四 无缝线路应力放散和调整方法 温度力的放散方法很多 世界各国具体做法不尽相同 有用拉伸设备来张拉放散的 有用加热器对钢轨加
11、热放散的 有将钢轨放在滚筒上放散的 或在钢轨和轨枕间放置一种摩擦力很小的光滑垫板 利用通过列车振动来放散 或采用振动器进行振动放散等等 四 无缝线路应力放散和调整方法 无缝线路应力放散主要有钢轨温度控制法和钢轨长度控制法 这两种方法共同的问题是在放散过程中 因滚筒摩擦阻力 扣件阻力的影响会造成应力放散不彻底 不均匀等 振动放散法适用于单元无缝线路及跨区间无缝线路的应力放散 应力调整 实现无缝线路锁定轨温 准 和 匀 通过无缝线路应力放散效果测试与分析 得出在无缝线路应力放散或应力调整施工中 每隔400m左右放置一台振动放散机是合理的 并配合使用枕上托滚支撑长轨 使应力放散彻底和均匀 应力调整更
12、加均匀 特别是在跨区间无缝线路地段对局部应力调整具有良好效果 1 钢轨温度控制法 无缝线路温度应力放散或调整通常采用零应力放散法 先将钢轨的约束力解除 使钢轨处于 零应力状态 然后根据轨条长 用作业轨温控制钢轨达到伸缩量 但放散轨温受天气的约束 放散时的轨温必须是设计锁定的轨温加减5 而在运营线上封锁线路进行温度应力放散施工作业时 我们的实际做法是利用撞轨使钢轨内不存在压力 当钢轨撞到不再伸长时 2 钢轨长度控制法 长轨伸长主要是通过对钢轨的撞击和拉伸达到伸缩量 在一瞬间钢轨受到振动产生纵向水平推动力 钢轨发生跳动式的向前位移 撞击钢轨一旦停止 钢轨位移也随之终止 因此总的放散量易于控制 总放
13、散量达到要求后 如果发现有放散不均 不到位时 还可以在相应的撞轨点增加撞击次数 直至达到均衡到位的目的 这也是我们目前普遍采用的无缝线路放散方式 长轨应力放散的优点 1 放散量容易控制长轨伸长主要是通过对钢轨的撞击和拉伸后 在一瞬间钢轨受到振动产生纵向水平推动力 钢轨发生跳动式的向前位移 撞击和拉伸钢轨一旦停止 钢轨位移也随之终止 因此总的放散量易于控制 总放散量达到要求后 如果发总的放散量易于控制 总放散量达到要求后 如果发现有放散不均 不到位时 还可以在相应的撞轨点增加撞击次数 直至达到均衡到位的目的 2 施工机具简单 施工方法简便 操作容易 放散人员只要经过一两次放散后 就能达到技术熟练
14、 操作规范的程度 长轨应力放散的优点 3 封锁时间好掌握 确保正点开通由于放散量可以在事先计算 易于控制 所以事先就可以将 龙口 轨锯配好 缩短作业时间 保证正点开通 4 施工安全有保障由于在施工前制定了详细的施工组织及安全措施 在施工中严格作业纪律 撞击钢轨严格控制在封锁时间内进行 松紧扣件要逐股进行 扣件压力要保持在40N M左右 放行列车前要检查轨距及轨向 确保安全放行列车 放散分为应力放散和应力调整 一 应力放散放散方法 第一种称为滚筒配合撞轨放散法 即实际轨温在设计锁定轨温范围内 放散时在钢轨下加垫滚筒 利用锤击敲打钢轨 配合以适当撞轨 使钢轨自由伸缩 等钢轨充分回弹后 即钢轨内应力
15、达到零应力然后迅速锁定线路 一 应力放散放散方法 第二种称为滚筒结合拉伸配合撞轨 称为综合 放散法 即实际轨温低于锁定轨温下限值时 钢轨下垫上滚筒 将要放散的单元轨节一端与已放散锁定的线路焊接 靠无缝线路提供反力 一端安装钢轨拉伸器 配合以适当撞轨 根据当时轨温计算出单元轨节的拉伸量 等单元轨节在当时的施工温度下处于自由伸缩状态时 进行位移零点标记 再用拉轨器配合以适当撞轨将单元轨节拉伸至计算出的拉伸量 各测点位移均达到计算位移量后进行锁定 对于区间线路将根据现场轨温灵活采用放散方法 对于道岔由于不易进行拉升 所以只能选择滚筒放散法 即道岔放散必须在设计锁定轨温范围内进行 二 应力调整方法 无
16、缝线路应力调整 不改变长钢轨长度 可在比较接近实际锁定轨温的条件下 采用列车碾压法 列车碾压法是指在调整地段 适当松动扣件和防爬器 利用列车碾压振动和轨温 也可辅以适当撞轨 将温度应力调整均匀 利用列车碾压法 比较简单易行 主要适用于部分调整 利用列车碾压 需要在限速不超过25KM H的条件下进行 二 应力调整方法 众所周知 无缝线路应力放散或调整通常采用零应力综合放散法 既在轨温低于锁定轨温的情况下进行放散 先将钢轨的约束力解除 使钢轨处于 零应力状态 然后根据轨条长 作业轨温和需要的锁定轨温计算钢轨的伸长量 而在运营线上封锁线路进行应力放散或调整施工作业时 我们的实际做法是利用撞轨使钢轨内不存在压力 当钢轨撞到不再伸长时 定义此时的钢轨状态为 零应力状态 应力放散 必须做到匀 准 够 钢轨的自由伸缩量和限制伸缩量 1 钢轨的自由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 钢轨自由伸缩量的计算公式是 l l t式中 l 钢轨的自由伸缩量 mm 钢轨的线膨胀系数 0 0118mm m l 钢轨长度 m t 轨温变化度数 钢轨的自由伸缩量 mm 钢
