1、第十三节 胀轨跑道的防治寒冷地区历年轨温变化幅度越大，冬季或夏季无缝线路所承受的温度拉力或压力越大，钢轨折断及胀轨跑道的几率越大。二十余年寒冷地区试铺和大规模铺设无缝线路的实践表明，寒冷地区冬季由于道床处于冻结状态，道床纵横向阻力增大，焊接长钢轨断裂后的断缝值一般均小于理论计算值。因此，冬季钢轨一旦折断，只要能及时发现和处理，均不危及行车安全。由此，只要夏季能够防止胀轨跑道，寒冷地区铺设的无缝线路就能保证运输安全。寒冷地区无缝线路防止胀轨跑道的指导思想，我们认为可以用以下三句话概括：一是注意发展保持稳定的因素，克服、限制丧失稳定的因素；二是可靠的线路结构和良好的线路状态对保持无缝线路的稳定同样
2、起决定性作用；三是高温季节应集中力量对薄弱地段采取有效措施实施重点监控，确保行车安全。一、影响无缝线路稳定性的因素对无缝线路胀轨跑道事故大量调查后得出的结论是：很多次胀轨跑道事故并非温度力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作用的因素认识不足，在养护维修中破坏了这些因素而发生的。因此，我们必须研究丧失稳定与保持稳定两方面的因素，注意发展有利因素，克服、限制不利因素，防止胀轨跑道事故，以充分发挥无缝线路的优越性。1、稳定因素保持无缝线路稳定的因素有道床横向阻力和轨道框架刚度a）道床横向阻力道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。据苏联经验，稳
3、定轨道的力，65%是由道床提供的，而轨道框架刚度为 35%。道床对每根轨枕的横向阻力 Q，用试验方法求取。图12-6 是铁道科学研究院和呼和浩特铁路局 1987 年在寒冷地区最大轨温幅度 93.4、R=400m 曲线上试铺 60kg/m 钢轨无缝线路测定的。图中可见，道床横向阻力 Q 和轨枕横向位移y 存在相关关系，Q 随 y 的增大而增长。对于经过维修作业后的曲线，当 y 达到某一定值时，Q 接近常量，y 继续增大，道床即被破坏。此外，道床横向阻力还与轨枕类型、质量、尺寸、每千米配置根数，道床断面尺寸，道碴材质，道床密实度，道床脏污程度，以及累计通过总质量等因素有关。b）轨道框架刚度轨道框架
4、刚度 EJ 是反映其自身抵抗弯曲能力的参数。轨道框架刚度愈大，弯曲变形愈小，所以是保持轨道稳定的因素。轨道框架刚度，在水平面内，等于两股钢轨的水平刚度及钢轨与轨枕节点间的阻矩之和。节点阻矩与轨枕类型、扣件压力及钢轨相对于轨枕的转动有关。中间扣件的扣压力愈大，钢轨与轨枕联结愈紧密，轨道框架的水平刚度就愈大。轨道框架的水平刚度可取为： EJy式中 轨道框架刚度的换算系数。2、丧失稳定因素促使轨道丧失稳定的因素有温度压力和轨道原始弯曲。a）夏季高温季节焊接长钢轨内巨大的温度压力 。tpb）轨道原始弯曲钢轨在制作过程中或在外力作用下，难免存在一些原始弯曲。如钢轨轧制出厂允许有 的弯曲；线路方向允许有2
5、0110m 弦量矢度不超过 4mm 的弯曲；长轨联合接头的焊接，要求 1m 范围内，焊接变形弯曲矢度不超过 0.5mm 等。这些原始的微小弯曲对无缝线路的稳定性影响很大。通过试验发现，原始弯曲愈小，轨道框架丧失稳定的临界压力愈大；原始弯曲愈大，丧失稳定的临界压力愈小。轨道原始弯曲通常包括塑性原始弯曲和弹性原始弯曲。塑性原始弯曲是钢轨在轧制、运输、焊接和铺设过程中形成。弹性原始弯曲是在温度力和列车横向力的作用下产生的。实践证明，在正常的轨道结构条件下，无缝线路的稳定是有足够安全度的。上述影响无缝线路稳定的四个主要因素中，温升引起的温度压力是构成稳定问题的根本原因。在巨大的温度压力作用下要保持轨道
6、的稳定，单凭轨道框架的抗力是不够的，主要靠的是道床横向约束力。但道床是由散体介质构成的，它的约束阻力易于发生变化，这是无缝线路稳定问题区别于其他结构稳定问题的主要特点。道床约束阻力的削弱或被破坏常是造成轨道失稳的直接原因。初始弯曲是影响稳定性的最敏感同时也最直观的因素，初始弯曲矢度增加几毫米，可导致膨曲临界力的大幅度降低。因此，加强对不平顺矢度的监控，对保证轨道的稳定，有着重要的作用。二、良好的线路状态对无缝线路稳定性同样起决定性影响无缝线路产生“弹动现象”而失稳的主要原因固然与在列车轮重作用下轨排反弯曲处道床横向阻力降低有关。然而，当列车通过曲线时，由于轮对横向水平力的作用，会迫使轨道产生一
7、定的横向位移。如果线路不平顺，道床较松散，则变形将加大，变形后不能完全复原，从而产生变形的积累。而较大的变形将诱发“弹动现象”的产生。无缝线路的平衡稳定问题具有一般工程结构物平衡稳定问题共同属性，同时由于它自身的特点，又是有它的特殊性。列车昼夜不停地在轨道运行，气温朝夕不断变化，原来平直的轨道在立面与平面内均产生不平顺，因而必须定期维修。刚刚完成作业后，虽然轨道平顺性得到改善，但由于道床密实度受到破坏，阻力降低，不当的养护维修作业方法，严重降低无缝无线稳定性，线路状态的恶化经常成为胀轨跑道的主要原因。良好的线路状态与可靠的线路结构，对无缝线路的稳定性都同样起决定性影响。三、防止胀轨跑道的措施首
8、先，由于寒冷地区历年轨温变化幅度大，高温季节钢轨内部的温度压力也大。因此，必须采取加强轨道结构的措施。部标 TB2098-89 规定，寒冷地区铺设无缝线路可增加混凝土轨枕每公里配置根数，由 1760 根/km，可逐步增至 1840根/km、1920 根/km、2000 根/km；历年轨温变化幅度大于90地区的道床肩宽为 45cm，并在碴肩堆高 16cm。另外，我们认为寒冷地区提速区段铺设的无缝线路宜采用低合金钢轨、新型混凝土枕、S-III 型混凝土枕、弹条 II 型扣件。采取上述加强措施可有效提高道床横向阻力和轨道框架刚度，增大保持稳定的因素，以平衡高温季节钢轨内较大的温度压力。其次，应避免焊
9、接长钢轨的实际锁定轨温低于设计锁定轨温的下限，即避免高温季节钢轨的实际温度压力超过设计最大温度压力值。焊接长钢轨低温铺设时虽经拉伸，但拉伸不到位、不均匀，结果拉伸端的锁定轨温高，而另端的锁定轨温依然偏低，这样在高温季节将产生过大的温度压力；冬季无缝线路钢轨折断时，若在低温下进行永久性修复，则钢轨断口前后线路的锁定轨温将下降至修复时的轨温，该处所将在高温季节出现过大的温度压力；对于易产生温度压力峰的处所，如：固定区与伸缩区交界处附近、复线行车方向的道口前方、复线行车方向固定区终端、无碴桥前、行车方向曲线头部、竖曲线的坡底、制动地段等，应采用爬行观测桩和标定轨长法进行观测。处于锁定状态的焊接长钢轨
10、，每 85m 长，若缩短1mm，则锁定轨温降低 1。高温季节前，这些处所的实际锁定轨温若低于设计锁定轨温的下限，必须进行应力调整。否则高温季节将因温度压力过大，而导致胀轨跑道。第三，应做好无缝线路区段的线路方向控制无缝线路方向偏差的扩大，将降低无缝线路的稳定性。线路方向偏差扩大 1.5 倍，例如由 6mm 扩大到 9mm，临界温差将缩小 20%。也就是说，线路方向偏差的扩大，意味着线路稳定性安全度的降低，因此，可以把它看作无缝线路胀轨的预兆。对于钢轨硬弯，在焊接长钢轨铺设后即刻进行调直；对于线路方向偏差，用 10m 弦量，日常管理值取6mm，高温管理值取 8mm，线路方向偏差一经达到此限值，就
11、应立即进行整修，防患于未然、扼制胀轨跑道于萌生之前。第四，强化和保持道床阻力，是防止胀轨跑道的重要保障线路维修作业，道床阻力显著下降，严重的会下降7080% 之多。另据推算，道床阻力下降 50%以上，临界温差将下降 30%以上。在进入高温季节之前，应做好线路强化工作。如拨正线路方向、紧固扣件、补充石碴、堆高碴肩、夯实道床等等。务使道床阻力保持在设计值内，以保证无缝线路经常处于稳定状态。进入高温季节，一般不轻易动道，不进行影响线路稳定性的作业，以防道床阻力下降。线路左右水平，前后高低出现坑洼，尽量采用垫片起道法整平，不轻易起道捣固。必须大动道时，要先放散应力而后作业，以保证下降了的道床阻力，仍能
12、同温度压力保持平衡。脏污的道床在多雨的高温季节，阻力值大幅下降，车站正线曾因此发生竖向胀轨，幸被及时发现和处理，未造成行车事故。区间无缝线路道床全断面破底清筛施工应选择在钢轨内温度压力较小，或钢轨内出现温度拉力时进行。如果必须安排在高温季节进行施工，则应先放散应力，而后再清筛。第五，高温季节应集中力量对薄弱地段采取有效措施实施重点监控，确保行车安全。所谓薄弱地段是指直线地段中易产生温度压力峰的处所和半径较小的曲线地段。寒冷地区在设计无缝线路时，通常对直线和半径较小的曲线地段采取同一最大容许温升值。这样，直线地段稳定性的安全储备比半径较小曲线要大得多。铁道科学研究院在无缝线路动态稳定性试验中发现
13、，对于直线地段，即使设置波长 ，矢度 的平面不平顺，mlo6mfo9在不行车的静态下，温升 ；或在列车通过总重 1.5Mt3t的动态下，温升 ，轨道仍然保持稳定。这就说明，1t直线区段抵抗动态失稳的能力高于曲线地段。所谓有效措施主要是指降温措施。笔者对吉林省白城地区 19501980 年气温资料的统计发现，三十年间最大气温差为 77.5（历年轨温变化幅度应为 97.5） ，最高气温40.6，而气温超过 40，只有 1 天；气温超过 35，有95 天，占总天数千分之八点七，年均出现天数为 3.2 天。可见，寒冷地区高温天气出现的天数较少。哈尔滨铁路局（2002）哈铁工电第 545 号关于做好当前
14、无缝线路防止胀轨工作的通知中要求， “当气温持续达 30以上高温时，对无缝线路的曲线、大坡道和易胀轨跑道地段在 11-16 时对线路洒水降温，确保线路的稳定。 ”高温季节在无缝线路出现胀轨跑道以前，主动对薄弱地段实施洒水降温，减小钢轨内的温度压力。这种作法在国内外均属首创，不失为防止胀轨跑道的有效措施。但洒水车中的水温要低，洒水车应置于阴凉处待命，以保证降温效果。据悉绥化工务段研制了简易的降温装置，受此启示，各工务段在高温季节还可备用轨道车，其上设大型冰柜，对个别出现“碎弯”等胀轨先兆的地段用白布包冰块置于钢轨外侧腹部，降温效果将会十分明显。第六、寒冷地区无缝线路区段都应成为优质线路，良好的线路状态对无缝线路稳定性同样起决定性影响纵观铁道科学研究院所作无缝线路动态稳定性试验中R=600 m 曲线动态失稳过程，首先是预设了平面或立面的不平顺；其次，试验前多次拨道，致使道床阻力降低；第三，在温度力与列车荷载共同作用下轨道弯曲变形急剧扩大情况下，未及时加以纠正；第四，在较大不平顺出现后，列车仍然不间断运行，终导致轨道动态失稳。倘若，寒冷地区无缝线路区段都是优质线路，就将失去轨道动态失稳的先决条件。
