無縫線路鎖定軌溫降低原因及檢測

摘 要:無縫線路鎖定軌溫是衡量無縫線路軌道強度與穩定性的重要指標，本文就無縫線路鎖定軌溫降低的原因及監控檢測方法進行了分析和探討。

關鍵詞:無縫線路鎖定軌溫降低檢測

中圖分類號:U213.9文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0055-02

1 問題的提出

自1999年起至現在，我國鐵路已成功實施了六次大提速，部分既有線時速已達到200km/h，提速的成功，高鐵、客運專線的開行，都離不開無縫線路的快速發展。無縫線路的鋪設是按軌道的強度條件經計算確定，除結構條件外，無縫線路鎖定軌溫制約著線路的穩定和鐵路運輸的安全。

無縫線路施工鎖定軌溫是焊接長鋼軌鋪設時的鎖定軌溫。焊接長鋼軌，通常取其始端和終端入槽時所測定的軌溫平均值，即鋪設時的平均鎖定軌溫。同時要求始終端就位時的軌溫必須控制在設計鎖定軌溫范圍內，一般情況下，人們認為這一軌溫代表了長軌條的平均零應力軌溫，實際上，由于鋪軌時間較長，很難在某一設計鎖定軌溫下把整段長軌條鎖定，因此長軌中每一段的實際鎖定軌溫均不等于長軌的平均鎖定軌溫。因此，掌握實際鎖定軌溫的變化規律，對保證無縫線路的運營安全意義重大。

2 鎖定軌溫的降低原因

實踐證明，無縫線路的實際鎖定軌溫一般總是低于其名義鎖定軌溫。北京、濟南、上海等鐵路局曾用應力放散法對17條長軌每50m間隔的截面進行過鎖定軌溫的測定，結果實測鎖定軌溫比原施工鎖定軌溫平均低7.8℃。類似的應力放散工作在原武漢鐵路分局廣水工務段也進行過，該段對管內19段無縫線路的應力放散結果進行的分析表明，各段鎖定軌溫普遍有所改變，一般為幾度甚至十幾度，并均為下降，個別變化有二十幾度的。由此可見，鎖定軌溫的變化具有普遍性和單一性、如果實際鎖定軌溫比原鎖定軌溫低很多，而工務部門由于各種原因對此情況了解較少，不能及時采取必要的措施，則有可能導致脹軌跑道的發生，甚至釀成列車脫軌或顛覆的重大事故。鎖定軌溫降低的原因，經分析有以下幾個方面。

2.1 鋪設的原因

目前無縫線路鋪設主要作業方法有既有線換鋪長軌和新線一次性鋪設無縫線路兩種。新線一次性鋪設是指新線利用鋪軌車同步鋪枕和鋪長軌，待大型養路機械搗固穩定到位后再進行焊接。鋪軌時，長軌條實際并沒有處于自由狀態，而是處于受壓狀態，即存在初始縱向力。長鋼軌運至工地，卸車時軌溫一般并非鎖定軌溫，工地焊接聯合接頭時若無溫度限制，當將長達l000m的長軌條撥入線路時，軌條中部很難伸縮，實際上可能積存了5℃～6℃的初始溫度力。若采用撞軌以強迫長軌縮短合攏等不正確的施工方法，甚至有可能使實際鎖定軌溫比名義鎖定軌溫低10℃以上。低溫鋪設采用拉伸施工方法，情況可能好一些。

既有線換鋪長軌施工中，為延長舊長軌的使用壽命，曾對大多數鋼軌進行換邊使用。施工后恢復的既有舊長軌，在相同計算軌溫的情況下，其長度比第一次鋪設時均有一定量的增加，可以看出無縫線路鎖定軌溫衰減現象的普遍存在。

2.2 維修作業原因

一般認為低溫作業安全，此時低溫時鋼軌處于受拉狀態，總是力圖縮短。進行整段維修作業時，必然要松動扣件和擾動道床，使道床阻力大幅降低，引起鋼軌大量收縮。其影響范圍有時達300～400m，局部鎖定軌溫下降幅度大，有時必須更換成較長的緩沖軌。經過一段時間軌溫回升后，道床阻力已恢復，但鋼軌不能恢復原位，造成鎖定軌溫下降。

2.3 鋼軌塑性碾長

在高速重載車輪碾壓下，軌頭表層產生塑性變形，從而導致鋼軌伸長的現象。鋼軌塑性碾長直接表現為P60—25m短軌下道后其長度一般大于公稱長度3—5mm。這種碾長效應相當于使鋼軌受到了額外的壓縮，是鎖定軌溫降低的重要原因。鋼軌使用一段時間后逐步變為軌頂部分長于軌底部分的現象，側臥時呈現軌頭外突的弓形。

英國鐵路實驗表面，鋼軌的碾長在新軌鋪后3個月內表現明顯并持續達一年時間，最終鎖定軌溫的降幅約為8.3℃，鋼軌塑性碾長原因復雜，還有待進一步研究。

3 鎖定軌溫的檢測

《鐵路線路修理規則》3.10.15條規定:無縫線路的鎖定軌溫必須準確、均勻，實際鎖定軌溫不在設計鎖定軌溫范圍以內，或左右股軌條的實際鎖定軌溫相差超過5℃；鎖定軌溫不清楚或不準確，必須做好放散或調整工作。

鎖定軌溫要做到勻、準、夠，這就需要正確測定和掌握實際鎖定軌溫，對實際鎖定軌溫的準確檢測，目前國內外普遍研究而又未能很好解決。目前鎖定軌溫檢測方法可分為以下幾種，應變法、應力法、重新放散法。應力法國外研究較多，在我國沒有達到實用水平。

3.1 應變法

應變法是指通過測應變來直接測定鎖定軌溫，實際上還是通過對鋼軌的長度變化或位移來計算溫度應力變化情況。

主要包括觀測樁法、形變儀法、標定軌長法、經緯儀測量法等。應變測量法實際上還是通過對鋼軌的長度變化或位移來計算溫度應力變化情況。

應變法測量原理為:對于某一特定長度為L0(也稱為標距)的鋼軌，當軌溫變化幅度為△t(溫升)時，其自由伸長量為:

(1)

對于被鎖定的軌條，在溫升為△t時，由于受約束而不能伸長，相當于被壓縮了一個△Lt(未能實現的伸長量)，一般用△Lr表示，它在量值上等于△Lt，但符號相反，因此有:

(2)

由此得到用應變法求鎖定軌溫T0的嚴格理論公式，即:

(3)

式中，α——鋼軌的線膨脹系數，11.8×10-6/℃；

△Lr——未能實現的伸長量。

如已知△Lr，則在軌溫為T時鋼軌未能實現的應變為?？芍糗墱刈兓陆?εr /α，則鋼軌的溫度應變將變為零，或者說溫度應力將變為零。因此，零應力軌溫等于T+εr /α，此為應變法的基本原理。

用應變法測鎖定軌溫的精度，要求相當高，主要取決于軌溫測量精度和測長相對精度δL/△L0，δL為某種方法要求達到的測長絕對精度。如某種方法，其L0=50m，δL=0.5mm，則該法的測應變精度為ε0=δL/L0=10×10-6，即相當于測長相對精度為十萬分之一，其測鎖定軌溫精度為ε0/α=10×10-6/11.8×10-6=0.85℃。

如在固定區有一段鋼軌L0，其長度變化了△L，則式(3)的第一項T表示原有的鎖定軌溫，第二項表示鎖定軌溫的變化△T0。

需說明的是，鋼軌長度對于鎖定軌溫的影響，是在鋼軌長度不變的情況下發生的，因此，除了進行應力放散外，用一般的應變法無法測出。

3.1.1 觀測樁法

在無縫線路長軌條鋪設鎖定之前，按照先期設計位置，在長軌條兩端、伸縮區始終點、長軌條中央及距伸縮區終點100m處的路肩上對稱埋設位移觀測樁5-7對，如固定區較長，可適當增加對數。鋼軌鋪設鎖定完成后，立即在與各觀測樁相對應的鋼軌上作好標記(零點)，做為觀測鋼軌爬行的觀測點。目前一般用專用觀測儀架設到觀測樁上進行爬行觀測。此法簡單易行，但只能測得長軌條有無爬行，以及因鋼軌的局部伸縮位移引起的鎖定軌溫的平均變化，如原定鎖定軌溫不準，此法并不能給出實際的鎖定軌溫，但該法仍是當前監測無縫線路鎖定軌溫變化情況的主要手段。

3.1.2 標定軌長法(尺測法)

是用鋼帶尺測量鎖定軌溫的方法，在焊軌廠的配軌車間，對處于自由狀態的25m 長標準軌進行設標，標距L0=24m。測標設在軌頭的外側面，測標標點打在軌頭側面(非工作邊一側)直徑不大于0.5mm的沖眼。然后將設了標點的鋼軌焊接于長鋼軌中，每250m設測標一組。現場鋪設后，用原設標鋼尺，或經過檢定的鋼尺標或銦鋼尺取標檢驗施工鎖定軌溫。由于鋼尺可自由伸縮，而鋼軌標距不變，可把軌溫為T時測得的尺長24m與標距之差，近似地當作鋼軌未能實現的伸縮量△L，并按式(3)計算鎖定軌溫。

為保證軌溫測量和標長測量的準確性， 實際測量時應當選在清晨氣溫穩定的時段進行，該法較為適用。

現場設標后需要測量軌溫和相應條件下的標長采用標定軌長法標定時，可在易產生溫度壓力峰的處所設標。據各鐵路局的調查，下列地段易產生壓力峰:行車方向的道口前方；復線行車方向固定區終端；無砟橋前；行車方向曲線頭部；豎曲線的坡底；制動地段。

實行爬行觀測樁、軌長標定雙重控制，可增加監控的可靠性。

3.1.3 形變儀法

是在軌腰上粘貼兩塊標距為210mm的支架，用形變儀卡在兩支架之間進行測距。由于野外儀器和測點接觸無法準確定位，實際鎖定軌溫的測量精度只能達到4℃，現不常用。

3.2 重新放散法

鎖定軌溫不清楚或不準確，可用應力放散方法檢測原鎖定軌溫，即把沒有在設計允許鎖定軌溫范圍以內鎖定的無縫線路，以及在運營中鎖定軌溫發生了變化的無縫線路，將其鎖定軌溫通過放散，重新準確地設定在設計允許范圍之內。

在適當軌溫范圍內，松開全部聯結零件，使長鋼軌自由伸縮放散應力，然后加以鎖定。屬于這類放散方法，以滾筒放散法最為典型。

用滾筒放散應力，應先封鎖線路，然后將長鋼軌上的扣件全部松開，同時拆除兩端夾板。在長鋼軌底部8～10m設置滾筒，并用木錘敲擊鋼軌，使其重新恢復到自由狀態，測量自由狀態(溫度應力為零)時的長度來計算拆除扣件前的實際鎖定軌溫，或者在恢復自由狀態并測量長度后重新進行拉伸、鎖定(配合切割以獲得相應的拉伸量)，然后計算鎖定軌溫的衰減情況。待鋼軌的伸縮量達到預先規定的數值后，取下滾筒，鎖定線路，并且重新刻劃防爬觀測的零點標記。

采用這一方法施工，一定要備有多對不同長度的合攏軌，待放散軌條充分伸長或收縮到位時，立即選一對合適的合攏軌組織合攏，上好夾板螺栓，并按規定扭矩擰緊，迅速恢復合攏端的鋼軌，控制鋼軌伸縮。此時的軌溫即為放散后的鎖定軌溫。

與上述應變測量法相比，應力放散工作量大且需占用區間，但其測量鎖定軌溫比較直觀，也是目前實際操作中比較準確、有效的手段。

造成無縫線路鎖定軌溫下降的原因多種，要在無縫線路的鋪設、維修和放散中，正確測定和掌握實際鎖定軌溫，保證線路穩定和鐵路運輸安全。

參考文獻

[1]陳慶民.無縫線路[M].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]俞醒.淺析無縫線路鎖定軌溫衰減規律[J].上海鐵道科技，2005年第3期.