對(duì)寒冷地區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路的認(rèn)識(shí)

富躍玲

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司東北分院，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 S－III型混凝土枕和彈條 II、III型扣件的使用可提高軌道容許升溫幅度

1991年哈爾濱鐵路局在我國(guó)路網(wǎng)主干線八縱八橫之一的哈長(zhǎng)線鋪設(shè)60kg/m鋼軌溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路時(shí)，采用的是S－I型混凝土枕和彈條I型扣件。16年前，已經(jīng)更換S－III型混凝土枕和彈條II型扣件，設(shè)備的更新為寒冷地區(qū)提高軌道容許升溫幅度提供了可能。

新型軌枕的出現(xiàn)必然帶來(lái)鋪設(shè)根數(shù)的合理配置問(wèn)題。有關(guān)部門(mén)對(duì)III型混凝土枕合理配置根數(shù)等問(wèn)題進(jìn)行了研究。下面我們引用他們的部分研究成果:

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的大量測(cè)試資料，他們認(rèn)為III型混凝土枕的道床縱、橫向阻力比II型混凝土枕的道床縱、橫向阻力均大13%以上。

對(duì)于軌枕配置根數(shù)對(duì)無(wú)縫線路穩(wěn)定性的影響，他們采用實(shí)測(cè)的道床橫向阻力值，用我國(guó)計(jì)算無(wú)縫線路穩(wěn)定性“統(tǒng)一公式”，算得60kg/m鋼軌，II、III型混凝土枕，不同軌枕配置根數(shù)的無(wú)縫線路允許軌溫升溫幅度△t升相對(duì)百分?jǐn)?shù)列于表1。由表1看出，配置1680根III型砼枕無(wú)縫線路的穩(wěn)定性，比配置1840根II型砼枕的穩(wěn)定性提高12%－14%；配置1760根III砼枕比配置1840根II型砼枕的穩(wěn)定性提高16%－20%。

表1

彈條II型扣件選用優(yōu)質(zhì)鋼作為材料，單個(gè)彈條扣壓力不小于10KN，彈程不小于10mm，分別比I型扣件提高約30%。彈條II型扣件具有扣壓力大，強(qiáng)度安全儲(chǔ)備大，殘余變形小等優(yōu)點(diǎn)。寒冷地區(qū)鋪設(shè)無(wú)縫線路采用彈條II型扣件，與彈條I型扣件相比，可提高軌道框架的剛度，增加軌道保持穩(wěn)定的因素，同樣可提高軌道容許升溫幅度。

2 低合金鋼軌的使用可增大軌道容許降溫幅度

我國(guó)鐵路鋪設(shè)無(wú)縫線路初期，焊接長(zhǎng)鋼軌的聯(lián)合接頭采用鋁熱焊，受其強(qiáng)度控制，軌道容許降溫幅度較小。1987年鐵道科學(xué)研究院和呼局合作在歷年軌溫幅度93.4℃的地區(qū)，京包線上行K575處R＝400m曲線上試鋪60kg/m鋼軌溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路。試驗(yàn)線路采用廠焊500m的長(zhǎng)鋼軌，聯(lián)合接頭采用移動(dòng)式氣壓焊。并對(duì)焊接接頭進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，據(jù)鐵研院金化所及鋼研院強(qiáng)度室提供的試驗(yàn)報(bào)告，對(duì)試件屈服強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，求得最小可能值為421.88MPa，鋼軌允許應(yīng)力[бs]采用統(tǒng)計(jì)數(shù)的最小可能值除以安全系數(shù)K（其值等于1.3），得бs＝324.5MPa計(jì)算求得強(qiáng)度允許溫降△t降＝61.3℃。試驗(yàn)線路鋪設(shè)時(shí)，鎖定軌溫27.7℃，試驗(yàn)期間量得最低軌溫－32.5℃，則實(shí)際最大溫降△t＝60.5℃，與計(jì)算采用的允許溫降接近，在運(yùn)營(yíng)期間，未發(fā)現(xiàn)鋼軌折斷，經(jīng)多次探傷檢查，也未發(fā)現(xiàn)焊接接頭出現(xiàn)傷損。由上述試驗(yàn)情況，他們認(rèn)為，R＝400m曲線上，采取軌道加強(qiáng)措施后，鋪設(shè)60kg/m鋼軌溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路，允許溫降采用△t降＝61℃，可以保證安全使用。這次成功的實(shí)踐，為寒冷地區(qū)在小半徑曲線上鋪設(shè)60kg/m鋼軌溫度應(yīng)力式無(wú)縫線路拉開(kāi)了序幕。

寒冷地區(qū)鋪設(shè)60kg/m鋼軌溫度應(yīng)力無(wú)縫線路，若采用低合金鋼軌作為焊接鋼軌，可增大軌道容許降溫幅度。

3 合理確定歷年最大軌溫幅度

1995年版《鐵路無(wú)縫線路》一書(shū)中給出表2－3－1“全國(guó)各地區(qū)最高、最低及中間軌溫表”，該表摘自國(guó)家氣象局有記載以來(lái)至1980年極端氣溫資料，然后以最高氣溫加20℃為最高軌溫；最低軌溫與最低氣溫相同計(jì)算得來(lái)。其中，哈爾濱市氣象臺(tái)有百年以上的歷史，該地區(qū)歷年最大軌溫幅度100.5℃，可謂是百年一遇。以哈長(zhǎng)線為例，1991年鋪設(shè)無(wú)縫線路至今，短短十六年間，該線的運(yùn)營(yíng)條件現(xiàn)已發(fā)生了很大變化，線路設(shè)備也在進(jìn)行更新。以十年前的運(yùn)營(yíng)條件和線路設(shè)備去進(jìn)行百年一遇的設(shè)計(jì)，顯然是不合理的。據(jù)原東北五局在試鋪無(wú)縫線路期間觀測(cè)的大量軌、氣溫資料，寒冷地區(qū)最高軌溫與氣溫之差不超過(guò)17℃。據(jù)此，現(xiàn)將2005年前局所屬各工務(wù)段所在地區(qū)20－30年的氣溫資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，確定了各地區(qū)歷年最高、最低氣溫。多年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明，這一作法是合理的，也是安全可行的。

4 高溫季節(jié)防止脹軌跑道，確保行車(chē)安全

寒冷地區(qū)歷年軌溫變化幅度越大，冬季或夏季無(wú)縫線路所承受的溫度拉力或壓力越大，鋼軌折斷及脹軌跑道的幾率越大。因此寒冷地區(qū)擴(kuò)大鋪設(shè)無(wú)縫線路，必須采取強(qiáng)度和穩(wěn)定性條件不受破壞的措施。

多年寒冷地區(qū)試鋪和大規(guī)模鋪設(shè)無(wú)縫線路的實(shí)踐表明，寒冷地區(qū)冬季由于道床處于凍結(jié)狀態(tài)，道床縱、橫向阻力增大，焊接長(zhǎng)軌斷裂后的斷縫值入一般均小于理論計(jì)算值。因此，冬季鋼軌一旦折斷，只要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，均不危及行車(chē)安全。由此，只要夏季能夠防止脹軌跑道，寒冷地區(qū)鋪設(shè)的無(wú)縫線路就能保證運(yùn)輸安全。

我們認(rèn)為，寒冷地區(qū)采取以下措施，可防止脹軌跑道:

4.1 必須采取加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)的措施

部標(biāo)TB2098－89規(guī)定，寒冷地區(qū)鋪設(shè)無(wú)縫線路可增加混凝土枕每公里配置根數(shù)，道床肩寬為45cm，碴肩堆高15cm。另外，提速段宜采用低合金鋼軌，S－III型混凝土枕、彈條II型扣件。采用上述加強(qiáng)措施，可提高軌道框架剛度和道床阻力，增大保持穩(wěn)定的因素，以平衡高溫季節(jié)鋼軌內(nèi)較大的溫度壓力。

4.2 監(jiān)控焊接長(zhǎng)軌的實(shí)際鎖定軌溫，避免高溫季節(jié)鋼軌內(nèi)實(shí)際溫度壓力超過(guò)設(shè)計(jì)最大容許溫升值。

4.3 做好無(wú)縫線路區(qū)段的方向控制，扼制脹軌跑道于萌生之前。

4.4 強(qiáng)化和保持道床阻力，是寒冷地區(qū)防止脹軌跑道的重要保障。

4.5 高溫季節(jié)集中力量對(duì)薄弱地段采用有效措施實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)控，確保行車(chē)安全。

薄弱地段是指直線地段中易產(chǎn)生溫度壓力峰的處所和半徑較小的曲線段。高溫季節(jié)在無(wú)縫線路出現(xiàn)脹軌跑道之前，主動(dòng)對(duì)薄弱地段采取降低措施，減少鋼軌內(nèi)溫度壓力。這種做法不失為寒冷地區(qū)防止脹軌跑道的有效措施，是值得提倡和推廣的。

4.6 寒冷地區(qū)無(wú)縫線路區(qū)段都應(yīng)成為優(yōu)質(zhì)線路，良好的線路狀態(tài)與可行的線路結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)縫線路穩(wěn)定性都同樣起決定性影響。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，寒冷地區(qū)先前鋪設(shè)的無(wú)縫線路已經(jīng)經(jīng)歷了提速的考驗(yàn)。我們深信，無(wú)縫線路在寒冷地區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)大鋪設(shè)是可期的。

[1]TB10082-2005《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》。

[2]鐵運(yùn)【2006】146號(hào)部令發(fā)布《鐵路線路修理規(guī)則》。

[3]盧耀榮 著 《無(wú)縫線路研究與應(yīng)用》，2004年。

[4]《鐵路無(wú)縫線路》，1995年。