第一章无缝线路概述第一节无缝线路的基本概念一、无缝线路的定义钢轨连续焊接的轨道结构。

二、无缝线路与普通线路的区别普通线路有接头轨缝，随温度升降钢轨能伸缩，钢轨积存的温度力较小。

无缝线路则不同，钢轨很长，仅能在长轨两端有些伸缩，中间区段不能热胀冷缩，当温度上升，而钢轨不能自由伸长时，将承受很大的温度压力；当温度下降，而钢轨不能缩短时，将承受很大的温度拉力。

所以无缝线路的钢轨比普通线路的钢轨要承受更大的温度力。

三、无缝线路的优点与普通线路比较，无缝线路在相当长的一段线路上消灭了钢轨接头，因而具有行车平稳、旅客舒适、节省接头材料、降低维修费用（线路养护维修工作量能节省60-70%）、延长线路设备和机车车辆使用寿命等优点，可以适应高速行车的要求，是铁路轨道的发展方向。

四、无缝线路的分类1、按铺设长度分类：普通无缝线路：长度1-2km，有缓冲区、伸缩区、固定区三部分组成。

全区间无缝线路：铺在线路上的长钢轨长度贯穿整个区间，两端与咽喉道岔的缓冲轨焊联的无缝线路。

跨区间无缝线路（也称超长无缝线路）：铺在线路上的长钢轨长度贯穿全区段的各个区间，与站区无缝道岔焊联成一体的无缝线路。

第二节无缝线路基本原理一、温度力无缝线路的类型分为温度应力式和放散温度应力式两种。

在我国铁路上所铺设的无缝线路，除特大桥梁的个别梁跨外，一般均为温度应力式无缝线路。

温度应力式无缝线路，由固定区、伸缩区和缓冲区三部分构成。

固定区(每段无缝线路的中间部分)不因轨温变化而伸缩；伸缩区(长轨条两端部分)允许有一定量的伸缩；缓冲区(两段长轨条之间的标准轨部分)钢轨的伸缩量也比普通线路小。

由于固定区钢轨不能伸缩，在轨温不断变化的条件下，长轨条部经常积蓄一定的温度力。

特别是最高轨温和最低轨温时，固定区的长轨条将积蓄巨大的温度力。

在一股钢轨上承受的温度力为：tF E P t ∆=α式中t P ——温度力(N)；E ——钢轨钢的弹性模量，E=2.1×107N/2cm ； α——钢轨钢的线膨胀系数，α=0.0000118；△t ——轨温升(降)度数(℃)；F ——钢轨断面积(2cm )。

将E 、△t 两值代入上式，则 t P =247.8△t F例如，60 kg/m 钢轨，F=77.452cm ，轨温每升降l ℃产生的温度力为： t P =247.8×1×77.45=19192 N如△t =45℃时，则t P ==19192×45=863640 N即60kg/m 长钢轨铺设后，轨温升(降)达45℃时，一股钢轨上承受相当于860 kN 的巨大温度力，在两股钢轨(整个轨道框架)上温度力高达l720 kN 。

由此可见，长轨条要承受巨大的温度力，这是无缝线路设计、施工及养护维修工作中必须考虑的一个特殊问题。

从上式可以得到以下结论：温度力大小与轨温变化度数和钢轨断面积成正比，而与钢轨的长度无关。

两端固定的钢轨，当轨温变化1℃时，承受的温度力见下表无缝线路固定区的长度，一般认为愈长愈好。

但由于道岔、绝缘接头及其他设备条件和运输、铺设等施工条件的限制，又不能太长，其实际长度应根据具体情况设计确定。

为控制固定区钢轨不伸缩，保持其应有状态，便于日常检查维修，固定区不宜过短，最短不得短于两节钢轨的长度，即最短不得短于50m。

随着技术的进步，近几年我国已开始大力发展全区间和跨区间无缝线路，以最大限度地消灭钢轨接头。

在无缝线路伸缩区，当轨温升高时，由于接头阻力的作用，在钢轨产生温度力，其大小与轨温升高值成正比。

当轨温继续升高，接头阻力将被克服，此时，钢轨温度力等于接头阻力。

之后，轨温继续升高时，道床纵向阻力开始起作用，钢轨继续增加温度力。

随着道床纵向阻力被克服，此后，轨温再升高，钢轨温度力将不再继续增加，此时，钢轨的伸长将由受阻状态转为自由伸长。

反之，在轨温下降时，钢轨缩短的道理和过程，也是一样的。

在伸缩区端部的伸缩量最大，温度力最小(等于接头阻力)；愈接近固定区其伸缩量愈小，温度力愈大(最大值等于固定区温度力)。

温度力图如下图所示：伸缩区的长度l 根据轨温升降的最大值、钢轨接头阻力和道床纵向阻力等参数，按下式计算：DH D H p P t F p P P l -∆=-=max max 8.247 式中m ax P ——最大温度力(N)；m ax t ∆——从锁定轨温算起，轨温的最大相对变化值(℃)；F ——钢轨断面积(2cm )； H P ——钢轨接头阻力(N)；D p ——道床纵向阻力(N/cm)。

例如，P60kg/m 钢轨混凝土枕无缝线路，F=77.452cm ，N P H 460000=,cm N p D /91=，最高轨温为60℃，最低轨温为-30℃，锁定轨温为20℃±5℃，计算伸缩区长度l 。

()m cm l 45.656545914600003052045.778.247==-++⨯⨯= 为留有一定余量，将计算出的长度适当加长一些，一般采用一节钢轨长度25 m 的倍数，本例可采用75 m 。

缓冲区的轨缝尺寸与标准轨长度和伸缩区长度有关，应经过计算确定。

其钢轨接头的6根不低于l0.9级高强度螺栓，应按规定扭矩拧紧，以保证缓冲区轨缝符合设计要求。

在铺设长轨条或应力放散时，缓冲区的预留轨缝与普通线路一样，应能保持夏季轨缝不顶严，冬季轨缝不大于构造轨缝。

缓冲区标准轨之间的预留轨缝，可按《修规》第3.4.6条规定的公式计算。

g z t t L ααα21)(00+-=长轨条与标准轨之间的预留轨缝，可根据实际锁定轨温按下列公式计算：()()D H EFp 2P P 2t 21-=αα或 ()()EFL p EF LD H 82P P 2t 43--=αα或 242310αααααα--++=g 式中21,αα——长轨条一端的伸长量或缩短量(cm)；43,αα——标准轨一端的伸长量或缩短量(cm)；t P ——最高或者最低轨温时的温度压力或拉力(N)；L ——标准轨长度(m)；0α——长轨条与标准轨之间的预留轨缝值(cm)；F ，H P ，D p ，E ——同前。

例如，60kg/m 钢轨混凝土枕无缝线路，m ax T =58℃, m in T =-28℃，F=77.452cm ,L =2500cm ，H P =460000N, D p =91N/cm ，在20℃时铺设长轨条或放散应力。

1、长轨条一端的伸长量()[]cm 25.09145.77101.2246000045.7720588.247721=⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯=α2、长轨条一端的缩短量()[]cm 72.09145.77101.2246000045.7728208.247722=⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯=α3、标准轨一端的伸长量()[]cm 16.045.77101.2825009145.77101.222500046000045.7720588.2477273=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯=α 4、标准轨一端的缩短量 ()[]cm 31.045.77101.2825009145.77101.222500046000045.7728208.2477274=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯=α 5、预留轨缝值mm 9.5231.072.016.025.08.10=--++=α 按5.9mm 预留轨缝值，对夏季最小轨缝与冬季最大轨缝检算如下： 最小轨缝=5.9-2.5-1.6=1.8 mm最大轨缝=5.9+7.2+3.1=16.2 mm即与瞎缝和构造轨缝各有1.8mm 的余量。

预留轨缝余量的大小，由年轨温差、锁定轨温和钢轨接头阻力值决定。

余量愈大活动余地愈大，反之则活动余地小。

在活动余地小时，应特别注意预留轨缝尺寸，尽量减少误差量。

有困难时，可采取加大接头阻力和道床纵向阻力的措施。

在轨温较低的条件下，用拉伸器拉伸铺设长轨条，如因计算轨缝值大于构造轨缝，无法按标准预留轨缝时，则应在长轨条拉伸就位的条件下，在预留铺设标准轨的位置上，暂时铺设为不同长度的钢轨，待轨温升高到设计锁定轨温围以，再更换为标准轨，使轨缝尺寸符合标准要求。

二、轨温周期变化纵向力分布轨温周期性变化时，无缝线路纵向力分布如下图所示：轨温正、逆向变化，无缝线路纵向力分布图状态编号0，轨温为中和轨温e t 时，无缝线路铺设锁定，轨温幅度00=∆t ，无缝线路纵向力为0；状态编号1，轨温升高至1t ，轨温幅度1t ∆，无缝线路的纵向力1t F EA P t ∆=α,恰等于钢轨接头阻力c R ；状态编号2，轨温升高至最高轨温m ax t ，轨温幅度e t t t -=∆max 2，无缝线路的轨端纵向力仍等于接头阻力c R ,固定区的纵向力2t F E P t ∆=α，且αrL R P c t +=,其中αL 为无缝线路伸缩区的长度，轨端的位移量达到最大；状态编号3，轨温降低至3t ，轨温幅度为3t ∆，无缝线路的轨端纵向力恰为零，而此时固定区的纵向力αrL P t =，无缝线路伸缩区的长度αL 未发生变化，相应轨端的位移量未变；状态编号4，轨温继续降低至4t ，轨温幅度为4t ∆，无缝线路的轨端开始克服反响接头阻力，其纵向力为-c R `，固定区的纵向力αrL R P c t +-=`，因伸缩区的长度αL 仍未变化，轨端的位移量也未变化；状态编号5，轨温降回至中和轨温e t 时，固定区的纵向力0=t P ，而伸缩区仅在x L 围收缩，而升温时无缝线路所产生的伸长量，依然未能回缩，轨端纵向拉力为c R •-，伸缩区最大纵向力为c R •--x rL ，轨端的位移量改变；状态编号6，轨温降低至最低轨温min t ，若(e t -min t )<(m ax t -e t ),此时图上伸缩区长度a b L L <，这就意味最低轨温下伸缩区的收缩量小于最高轨温下伸缩区的伸长量，因而在伸缩区与固定区交界处附近，积聚附加纵向力，并形成纵向力峰，该处及其邻近截面的纵向力大于固定区的纵向力。

以上充分说明，轨温在逆向变化时，在某种特定条件(e t -min t )<(m ax t -e t )下，无缝线路将因钢轨的位移迟滞于轨温的变化，在伸缩区与固定区交界处形成纵向力峰，而产生附加纵向力。

三、钢轨温度与锁定轨温1、钢轨温度钢轨温度是无缝线路设计、铺设和维修的重要技术资料。

影响轨温的因素比较复杂，根据调查观测资料分析，一般认为最高轨温比当地最高气温高20℃，最低轨温与当地最低气温相同。

2、锁定轨温无缝线路的锁定是通过拧紧长钢轨两端的接头螺栓和轨枕扣件螺栓实现的，在锁定时的轨温叫锁定轨温。

无缝线路的锁定轨温，是以最高轨温时不胀轨跑道，最低轨温时不拉断钢轨为基本条件，经过轨道强度和稳定性检算而设计确定的，如下图：图中可以看出，上t 为满足轨道强度要求的上限，下t 为满足轨道稳定性要求的下限，即：压下拉上t t t t m +=+=ax min T T在铺设无缝线路时，只有在上t ～下t 之间锁定长轨条，才能满足上述基本条件的要求。