第三章　高速铁路无缝线路

第三章　高速铁路无缝线路

第一节　无缝线路结构类型 第二节　超长无缝线路第三节　长轨条的焊接第四节　无缝线路的维修养护

第一节无缝线路结构类型 高速铁路无缝线路结构有两种主要型式：一种是日本铁路所采用的，在单元轨条之间设置一组正反向伸缩调节器；另一种是法国、德国等欧洲铁路所采用的超长无缝线路。日本新干线的无缝线路每隔1.5km设置一组正反向钢轨伸缩调节器，并在其间焊联钢轨胶接绝缘接头，在大跨度桥梁及跨度不大、总长较长的桥上更为广泛采用钢轨伸缩调节器，如：山阳新干线吉井川桥、锦町桥、赤谷桥等桥上无缝线路均设置伸缩调节器。　　日本新干线也有采用超长无缝线路实例，如：上越新干线棒名隧道内铺设长12981m无缝线路，北海道青森一扎幌间青函隧连长53.85km，无缝线路初步设计方案采取设置伸缩调节器，经技术经济比较得出结论，采用超长无缝线路能获得更高的技术经济效益，因而在青函隧道内铺设一段长53km的无缝线路。

钢轨伸缩调节器EJ（Expanson Joint） 主要用于无缝线路所跨越的长大连续梁桥上、以及道岔附近。目前在无缝线路采用的EJ包括单向和双向两种。当在跨超过120m的连续梁上铺设无缝线路时，由于梁、轨的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨道的安全性、稳定性，危及行车安全。解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩调节器平面线型采用的是缓和曲线型。缓和曲线在用于高速铁路时是非常必要的，它可以降低车轮对纵坡的冲击，减小轨道的几何不平顺。

法国和德国高速铁路采用感应式或音频式无绝缘轨道电路，站线的钢轨绝缘接头采用高强度、高韧性胶接绝缘接头，因而较为广泛地采用超长无缝线路。但在大桥上铺设无缝线路仍然设置伸缩调节器，例如：法国高速铁路巴黎一里昂段，从圣弗洛朗丹至里昂就有为较多的预应力混凝土连续梁桥无缝线路设置伸缩调节器。德国高速铁路的汉诺威一维尔期线伊茨赫希海姆桥、格明登桥、罗姆巴赫跨谷桥设有传力装置或徐变连接器，铺设无缝线路仍采用伸缩调节器。法国和德国高速铁路采用感应式或音频式无绝缘轨道电路，站线的钢轨绝缘接头采用高强度、高韧性胶接绝缘接头，因而较为广泛地采用超长无缝线路。但在大桥上铺设无缝线路仍然设置伸缩调节器，例如：法国高速铁路巴黎一里昂段，从圣弗洛朗丹至里昂就有为较多的预应力混凝土连续梁桥无缝线路设置伸缩调节器。德国高速铁路的汉诺威一维尔期线伊茨赫希海姆桥、格明登桥、罗姆巴赫跨谷桥设有传力装置或徐变连接器，铺设无缝线路仍采用伸缩调节器。无缝线路设置伸缩调节器的投资费用较高，且在伸缩调节器范围内轨道平顺性不及超长无缝线路。我国高速铁路无缝线路结构以超长无缝线路作为主要结构型式，但在长大桥上铺设无缝线路，为减少桥梁和轨道所受纵向力，宜设置伸缩调节器。

第二节超长无缝线路 概念区分普通无缝线路因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在1—2km以内的无缝线路。区间无缝线路使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的1—2km延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。跨区间无缝线路使用无缝道系将焊接长钢轨穿越车站道系，从而使一条焊接长钢轨将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称

高速、重载是铁路现代化的重要标志，超长无缝线路的发展则是现代化铁路强化轨道结构的客观需要。高速、重载是铁路现代化的重要标志，超长无缝线路的发展则是现代化铁路强化轨道结构的客观需要。采用强度高、绝缘性能好、使用寿命长的胶接绝缘接头和道岔的无缝化是发展超长无缝线路必须掌握的关键技术。优越性 1、彻底地实现了线路的无缝化，全面地提高了线路的平顺性和整体强度。无缝道岔指的是道岔自身钢轨接头的焊接、胶接或冻结，以及道岔两端钢轨与连接轨的焊联。无缝道岔钢轨在温度力作用下力的传递与分布规律，是无缝道岔设计的理论基础。 2．超长无缝线路取消了缓冲区及钢轨接头，因而钢轨部件的损耗率和维修工作量得以进一步减少。 3．超长无缝线路没有伸缩区，伸缩区因过量伸缩而不能复位时产生的温度力峰，都随之消失，有利于轨道的稳定和维修管理。

5．无缝道岔为道岔实现上部准、下部稳的整体稳固状态打下了基础。5．无缝道岔为道岔实现上部准、下部稳的整体稳固状态打下了基础。时速120km以上的区段铺设了12号提速道岔；时速160km以上、200km及以下的区段铺设了12号或18号可动心轨道岔。岔枕以混凝土岔枕、弹条扣件为主；尖轨在弹性可弯中心之前设限位器，之后设分布的间隔铁；可动心轨辙叉采用了长翼轨；固定型辙叉前后趾4个接头采用了高强度冻结接头；锁闭方式改用了利于调整错位的外锁闭。 6．超长无缝线路及无缝道岔的绝缘接头一律采用胶接绝缘接头。

冻结接头和胶结绝缘接头 1、冻结接头利用钢轨轨腔上下颚两个张口斜面，将夹板上下面也加工成同样斜度的斜面，然后使用10.9级高强度专用大六角螺栓，利用1.3～1.4kN·m紧固扭矩，产生较大的接头阻力，实现钢轨接头的有效冻结。冻结接头夹板采用B7钢制作，在工厂专用模具内将钢轨胶结绝缘材料和夹板胶结在一起，到现场组装使用，减少了养护维修成本和养护维修工作量。经测试，最大接头阻力为1300 kN，远远超过一般钢轨接头阻力600 kN，冻结效果良好。

2、胶接绝缘接头 无缝线路的有绝缘轨道电路和无缝道岔的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。这类接头分为胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板。胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板均采用特制夹板和绝缘胶板由工厂按各自的工艺制成。胶接绝缘钢轨与长轨条和无缝道岔钢轨的联接采用焊接。

钢轨胶接绝缘材料以热胶为主，大多数采取工厂生产。胶接绝缘接头由以下部件组成：钢轨、全断面夹板、绝缘胶板、绝缘套管、绝缘端板、高强度螺栓、平垫圈，经加温、加压固化而成。钢轨胶接绝缘材料以热胶为主，大多数采取工厂生产。胶接绝缘接头由以下部件组成：钢轨、全断面夹板、绝缘胶板、绝缘套管、绝缘端板、高强度螺栓、平垫圈，经加温、加压固化而成。

控制温度是保证胶接质量的关键。 许昌胶接轨厂自行研制了用远红外线加热板的加温箱，箱温通过控制箱调节，轨温的升降通过热敏温度计监测，效果良好。它有以下优点： 1．能对加温温度实行有效控制，根据气温变化，可调整加温温度，一次加温不到位可再次加温。 2．钢轨、夹板可同时在加温箱内加温，两者温度一致，可保证胶接质量。 3．在胶接时，可以从容地进行胶接部件的组装，不必担心温度下降而紧张操作。一旦胶接温度低于规定值，可在组装后再度升温，以确保胶接质量。 4．工艺简单，操作容易，可降低成本。

１、钢轨 通常使用2根各长3.25m全长淬火轨，硬度达到320—340HB，为防止钢轨胶接绝缘接头运营时产生轨顶肥边，胶接端的轨顶必须按2x45°倒棱，钢轨外观平直，用1m直尺检查，轨顶不平顺不超过0～十0.2mm，轨头侧面不平顺不超过±0.2mm。

2．胶层 　　钢轨胶接绝缘材料拟采用热胶槽板，在工厂制成成品，要求槽板截面尺寸如图所示：

3．全断面夹板的设计需考虑以下要求： (])按照胶层固化后的厚度，预留夹板与钢轨之间的间隙； (2)增大夹板竖向刚度，以减小列车荷载作用下胶接绝缘接头的挠度； (3)几何尺寸尽可能对称，便于轧制加工和热处理； (4)按照轨道电路的要求，全断面夹板外形设计还应给扣件安装留有必要的空间

4．紧固件 　　选用小扭矩系数Ｋ的高强度螺栓，当螺栓公称直径Ｄ、螺栓扭力矩M一定，螺栓张力Ｐ与扭矩系数Ｋ成反比：　选用小扭矩系数高强度螺栓可提高螺栓张力，使胶接钢轨绝缘接头获得良好紧固效果。

５、技术性能 近几年来，我国在吸收美国3M公司和Allegheny公司钢轨胶接绝缘接头技术的基础上，在生产工艺上作了改进，从而使我国钢轨胶接绝缘接头整体剪切和疲劳寿命的检验值达到了国际先进水平。目前我国在干线上铺设的钢轨胶接绝缘接头数量已超过1．5万个。有的区段累积通过总重超过400Mt，未发生破损和绝缘失效。今后在高速铁路上的应用能够满足使用要求。

二、纵向力的测定 　　纵向力检测的方法，大致可分为两类，一类是应变法，一类是应力法。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的设置如图所示。　　在跨区间无缝线路上，单元长钢轨位移观测桩的设置如图所示。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。

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0.5mm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。

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。

跨区间无缝线路纵向力（温度力）的调整 一、应力放散　超长无缝线路因取消了缓冲区，因而应力放散时，不可能通过更换不同长度的缓冲轨来补偿无缝线路的放散量，只能锯切钢轨，预留“开口量”，采用液压钢轨拉伸器张拉钢轨和撞轨实现应力放散。　　为达到放散均匀、彻底，要求张拉钢轨时，必须将长轨条搁置在滚筒上，并每隔100m设置钢轨纵向位移观测标记，测量放散量。当液压拉伸器张拉钢轨达到计划放散量时，立即拆除滚筒，拧紧扣件。与此同时，在钢轨锯切处用铝热焊焊联钢轨，因而锯切钢轨还应考虑铝热焊的预留焊缝。

第三节长轨条的焊接 一、普通无缝线路的铺设移动式气压焊、铝热焊我国采用的是结合大修的时候进行。步骤：１、先将２００m或４００m的长轨条由运轨小车运到线路两边。２、长轨条在现场实地焊接成需要的有限长的长轨条。３、焊好长轨条后，封锁线路（开天窗），用换轨车来完成旧钢轨的转移和新轨条的搬入。４、锁定。

二、跨区间无缝线路的铺设 每个作业时间内完成铺设的长钢轨的的长度单元长钢轨

连入法和插入法的比较

长钢轨焊接工艺 移动式气压焊电接触焊铝热焊质量好，现场焊质量差，现场联合接头、原位焊复法质量好，厂焊

专用设备：压机、加热器、直轨机。 通用设备：氧化瓶、乙炔、液化石油器瓶、减压器。冷却设备：冷却水泵、液压设备、油泵。

气压焊接缺陷的原因及防治 钢轨的焊接，有时会产生外形或内在的缺陷。一、外形缺陷外形缺陷主要有：前后不直，如硬弯、错牙、扭曲等；打磨不平，如不圆顺、打磨过量、打磨欠量等。外形缺陷产生的原因有二： (1)挑选钢轨不严，使对接钢轨断面的尺寸误差大于规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，对接时形成较大偏差。 (2)对锉头、打磨、调直的工艺掌握不严，没有达到规定标准。

二、内在缺陷 内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。 1．光斑光斑属未焊透现象，它是常见的一种缺陷。光斑处手感光滑，呈银灰色，焊道出现光斑的钢轨抗冲击性能显著下降。另一种光斑呈半焊接状，其断面呈灰色，手感不光滑，且有一定强度。产生光斑的原因如下： (1)钢轨端面处理不洁，或受油、烟、水、尘、锈污染； (2)顶锻力不足或过大，顶锻与加热温度配合不当等； (3)加热器火孔不标准或摆动偏移，以致加热不均匀； (4)火焰使用不当，有烟或氧化火焰； (5)火孔受堵，气流不正常或不稳定，或气体中含有杂质； (6)对接的钢轨材质不同。

2．过烧 过烧多出现在轨底两脚，严重者可烧穿。其外形呈裂缝或蜂窝状，重者可目视分辨，轻者用放大镜观察。轨脚处产生缺陷，将使钢轨强度显著降低。其成因如下： (1)加热器局部火孔扩大，超出标准； (2)加热器安装不正，加热时间过长； (3)火焰气流调节不当，形成气化性火焰或气体压力过大。

3．轨底脚凹陷 轨底凹陷既影响外观又影响强度。产生的原因如下：(1)加热时间过长； (2)加热器位置不正，或火孔不正常；(3)对接时钢轨不平直，原钢轨有低头未经调直。 4．其他缺陷如热裂、气孔、切亏、横纹、焊道晶粒粗大等。产生原因如下： (1)工艺不严格，打磨操作不当等； (2)加热温度高、时间长，加热器位置不正，或火孔不正常； (3)正火工艺掌握不严，如时间不正常、正火温度过高或未达变态温度就进行了正火等

接触焊接缺陷形成的原因 一、几何形状不良机械磨损、安装不正、支承轨不平、焊机刚度不足因顶锻而变形、顶锻力不在同一轴线上、导轨松弛等，均有导致接头几何形状不良的可能。二、未焊透1．钢轨预热温度不够； 2．连续闪光过程不稳定； 3．顶锻速度过低或顶锻时断电过早； 4．顶锻力不足或顶锻时钢轨在钳口内有滑动 5．变压器的级数过高。

三、夹渣 闪光过程不稳定、烧化不够、顶锻力不足或速度过低，均有导致焊缝夹渣的可能。四、过烧或局部烧伤加热过量、焊接时间过长、有电流顶锻时间太长，均能导致过烧。局部烧伤多发生在钢轨与电极接触的部位，尤其轨底容易烧伤。形成的原因是：电极清扫不彻底、有残渣残留、电极磨损不均匀、钢轨打磨不平、夹紧力不足等，导致接触不良，接触电阻增大，以致局部烧伤。

五、无光泽斑点 无光泽斑点是常见缺陷，它严重影响焊接强度。在焊接过程中，顶锻力过小、闪光过程中产生的火坑不能封闭、连续闪光过程不正常、空气侵入而氧化或火口过大引起氧化等，都能导致这类缺陷的形成。六、疏松疏松一般发生在焊缝两边1－2mm的半熔化区。钢轨加热过量、焊接时间过长、高温加热区过宽等。

铝热焊连入焊接（只有移动式气压焊的70%热量）铝热焊连入焊接（只有移动式气压焊的70%热量）采用铝热焊连入焊接，也要区分三种不同的施工过程中的轨温情况。 a．施工过程中轨温比较稳定　预留轨缝宁小勿大。新钢轨拨入后，先锁定轨端25m，然后将轨端多余的长度锯掉，准备焊接。 b．在升温情况下进行连入焊接施工过程中，轨温处于上升阶段，此时预留轨缝值可以稍大一些。新轨拨入后，轨端25m一段锁定。若预留轨缝过大，可用撞轨法调整，然后进行铝热焊。 c．在降温情况下连入焊施工过程中，预留轨缝值可稍小些。用拉伸机拉伸到位，并在保压状态下进行施焊。

第四节无缝线路养护维修管理 线路的养护维修，坚持预防为主，修养并重的原则，贯彻状态修的方针，采取大型养路机械综合维修+季节性重点工作+临时补修的维修管理模式。

一、轨道动静态检测 轨道质量的检测，其主要内容包括轨道整体状态和轨道零部件状态。轨道整体状态主要是指轨道几何尺寸，如轨距、水平及三角坑、方向、高低。轨道零部件主要是钢轨状态，包括轨头磨耗、轮廓尺寸、轨面短波不平顺(波磨和接头不平顺)以及轨头内部核伤和外表伤损等。轨道检测按检测时的工况分为静态检测和动态检测。静态检测沿用于手工检测工具进行；而动态检测则以轨道检测车，波磨测量车或钢轨探伤车对轨道几何尺寸，钢轨波磨以及钢轨伤损等定期对轨道检测。　　在跨区间无缝线路上，应充分利用动态检测手段指导状态修。利用好轨道检测车的检查结果，变昔日的检前修为检后修。轨道动态检测较静态检测内容更全面，结果更真实有效地指导现场的维修工作。

二、胀轨跑道及钢轨折断的预防与处理 1、预防胀轨的主要措施遵循“一准、二清、三测、四不超、五不走”的原则一准：准确掌握实际锁定轨温。二清：综合维修、成段保养作业半日一清，零星保养、临时补修一撬一清。三测；作业前、作业中、作业后测量轨温。四不超：作业不超温，扒碴不超长，起道不超高，拨道不超量五不走：拔开道床不回填不走；作业后道床未夯拍不走；未组织回检不走；线路质量未达到作业标准不走；发生异常情况未处理好不走

2、胀轨跑道的处理 无论作业中或作业后，发现线路轨向不良，用10m弦测量两股钢轨的轨向偏差，当偏差矢度平均值达到10mm时，必须设置慢行信号，并采取夯拍道床、填满枕盒道碴和堆高碴肩等措施。当两股钢轨的轨向偏差平均值达到12mm，在轨温不变情况下，过车后线路弯曲变形突然扩大，必须立即设置停车信号，及时通知车站，并采取钢轨降温等紧急措施，消除故障后放行列车。

发生胀轨跑道后，可采取浇水或喷洒液态二氧化碳的办法降低钢轨温度。发生胀轨跑道后，可采取浇水或喷洒液态二氧化碳的办法降低钢轨温度。轨温降低后方可拨道。曲线地段拨道只能上挑，不宜下压。拨道后必须夯拍道床，限速放行列车，并派专人看守，待轨温降至接近锁定轨温时，再整正线路和恢复正常行车速度。无缝线路发生胀轨跑道时，应对胀轨跑道情况做好登记。

2、钢轨折断修复 目前我国无缝线路钢轨折断修复沿用紧急处理—临时处理—永久性修复的模式。　　通常经探伤检查发现重伤，养护单位为确保安全，多采取临时处理，即锯切钢轨破损部分，插入不短于4．5m长的同类型钢轨，用接头夹板、M24、10.9S级螺栓拧紧，在短轨两端各50m范围内拧紧扣件。

在高速铁路上不可能想像仍采用这种插入短钢轨进行临时修复。在高速铁路上不可能想像仍采用这种插入短钢轨进行临时修复。　　欧洲、日本高速铁路上推广采用“原位焊复”。所谓“原位焊复”是对伤损钢轨进行永久性修复的一种新方法，当轨温低于实际锁定轨温，发现钢轨重伤或折断，锯切伤损钢轨，插入短轨或不插入短轨，用钢轨液压拉伸器张拉钢轨，使已经收缩的任意钢轨截面恢复原位，然后进行重焊。　　钢轨折断原位修复最基本的要求是保证无缝线路锁定轨温不改变。

1．不插入短轨原位修复 　　当探伤检查发现焊接接头有重伤或沿着焊瘤垂直断裂，可采取不插入短轨原位修复。不插入短轨原位焊接前，在焊接接头前后各200m范围，每隔50m作钢轨纵向位移标态，量测轨温。重焊作业时，切除重伤焊接接头(宽约50mm)，将前后各200m的扣件拆除，钢轨抬上滚筒，用液压钢轨拉伸器张拉钢轨，并在锯口左右各100m处用撞轨器辅助撞轨，当钢轨张拉达到铝热焊预留焊缝时，则进行钢轨焊接。

２、插入短轨原位焊复 　　当发现钢轨或焊接接头斜裂，则按照下述程序插入短轨修复重焊：　　（１）在伤损焊接头一定距离的轨头非工作边上作控制点标记，图上控制点之间的距离可直接测量，而测得的控制点之间的距离应减去断缝值Ｓ，

（2）、在两控制点间，标上锯切断面位置，并丈量两断面的距离，同样应减去断缝值Ｓ。（2）、在两控制点间，标上锯切断面位置，并丈量两断面的距离，同样应减去断缝值Ｓ。

（３）配置备焊钢轨 （４）焊复作业用两套铝热焊工具和液压钢轨拉伸器同时作业，进行钢轨焊复。插入短轨焊复作业可不必拆除或拧松扣件。（５）焊复作业完成，推除焊瘤，焊后热处理，打磨钢轨，最后再量测修复作业前在钢轨上作的控制点标记。其距离若等于Ｌ，则意味着经过钢轨焊复，无缝线路原锁定轨温保持不变。

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第三章 高速铁路无缝线路