【正文】 北京交通大學(xué)2006級(jí)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)跨區(qū)間無縫線路設(shè)計(jì)及其養(yǎng)護(hù)維修畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄緒 論 1第一章 跨區(qū)間無縫線路技術(shù) 4 跨區(qū)間無縫線路的發(fā)展 4 跨區(qū)間無縫線路的優(yōu)點(diǎn) 6 發(fā)展跨區(qū)間無縫線路的有利條件 7 無縫線路四個(gè)難題的突破 7 軌道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化 10 膠接絕緣鋼軌技術(shù)的應(yīng)用 11 跨區(qū)間無縫線路的基本結(jié)構(gòu) 11 鋪設(shè)范圍 11 軌道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 11 跨區(qū)間無縫線路的基本原理 16 鋼軌的自由伸縮與溫度力 16 跨區(qū)間無縫線路的鎖定軌溫 18 線路阻力及軌道框架的剛度 20 跨區(qū)間無縫線路關(guān)鍵技術(shù) 26 膠接鋼軌絕緣接頭 26 膠接絕緣夾板 30 可動(dòng)心軌無縫道岔 33 跨區(qū)間無縫線路設(shè)計(jì) 38 跨區(qū)間無縫線路鋪設(shè)規(guī)范 39 無縫線路強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算 41 無縫線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47本章小結(jié) 51第二章 跨區(qū)間無縫線路養(yǎng)護(hù)維修方法 53 線路整修加強(qiáng)工作 53 鋪設(shè)前的線路整修工作 53 鋪設(shè)初期的整修加強(qiáng)工作 54 養(yǎng)護(hù)維修方法 55 線路養(yǎng)護(hù)維修作業(yè) 55 無縫道岔養(yǎng)護(hù)維修 58 故障處理 60 無縫道岔故常處理 60 膠接絕緣接頭的故障處理 61本章小結(jié) 61第三章 專題研究 62 鋼軌折斷原位重焊 62 國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)況 62 鋼軌折斷的危害 63 鋁熱焊縫折斷的原因 64 預(yù)防焊縫斷裂的措施 64 原位重焊方法 65 脹軌、跑道 70 脹軌、跑道的定義 70 脹軌、跑道的原因 73 脹軌、跑道防止措施 75 脹軌、跑道處理辦法 76本章小結(jié) 79結(jié)論與展望 80致 謝 83參考文獻(xiàn) 84北京交通大學(xué)2006級(jí)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)緒 論 中國(guó)地大物博人口眾多，因此我國(guó)對(duì)運(yùn)量大、速度快、能耗小、成本低、環(huán)境污染小、安全性高、舒適性高、可靠性高的鐵路需求很高。而鐵路作為連接我國(guó)的大動(dòng)脈在拉動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展方面又起到了決定性的作用。鐵路線路設(shè)備是鐵路運(yùn)輸業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。它常年裸露在大自然中，經(jīng)受著風(fēng)雨凍融和列車荷載的作用，當(dāng)線路運(yùn)營(yíng)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，線路各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都會(huì)發(fā)生變化，線路的方向、高低、道床厚度等等軌道幾何尺寸不斷變化，路基及道床不斷產(chǎn)生變形，鋼軌、聯(lián)結(jié)零件及軌枕不斷磨損，因而使線路設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)不斷地發(fā)生變化。這些情況的發(fā)生將威脅到鐵路運(yùn)行的安全，必須及時(shí)根除。為滿足運(yùn)輸要求，我們需要對(duì)線路進(jìn)行維修,以使其恢復(fù)原設(shè)計(jì)運(yùn)行能力。甚至提高鐵路的運(yùn)營(yíng)能力。此外線路從鋪設(shè)之初就應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)，對(duì)于線路我們應(yīng)當(dāng)始終堅(jiān)持養(yǎng)護(hù)為主維修為輔的策略。無縫線路是鐵路軌道現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，經(jīng)濟(jì)效益顯著。無縫線路是將許多根標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鋼軌焊接成相當(dāng)長(zhǎng)的軌條并鋪布在軌枕上的線路。在普通線路上，由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鋼軌，每公里線路上就要有160個(gè)（）或80個(gè)（25m鋼軌）接頭。鋼軌接頭是鐵路線路的薄弱環(huán)節(jié)，由于軌縫的存在，列車通過時(shí)發(fā)生沖擊和振動(dòng)，其沖擊力最大可達(dá)非接頭區(qū)的3倍以上。這種沖擊力影響列車的平順和旅客的舒適，并促使道床硬結(jié)、溜坍、混凝土軌枕損壞破裂，加速鋼軌和聯(lián)結(jié)零件的磨耗和傷損。接縫的存在也降低了鋼軌和機(jī)車車輛的使用壽命，并增加它的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。無縫線路由于消滅了大量的接頭，因而沖擊振動(dòng)少，運(yùn)行平穩(wěn)，旅客舒適；降低軌道養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用；延長(zhǎng)鋼軌和機(jī)車車輛使用壽命；減輕機(jī)車車輛沖擊軌縫的噪聲，有利于環(huán)境保護(hù)；是軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，是鐵路現(xiàn)代化的主要內(nèi)容之一?？鐓^(qū)間無縫線路是軌條長(zhǎng)度跨區(qū)間且軌條與道岔直接連接的無縫線路。它最大程度地減少了鋼軌接頭，實(shí)現(xiàn)了線路的無縫化，消除了緩沖區(qū)和伸縮區(qū)的影響，是當(dāng)代無縫線路的重要發(fā)展?？鐓^(qū)間無縫線路用膠接絕緣接頭替代了原有緩沖區(qū)的絕緣接頭。整體性好、強(qiáng)度高、剛度大、絕緣性能好、壽命長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)少的膠接絕緣接頭研制成功是跨區(qū)間無縫線路得以發(fā)展的重要保證?？鐓^(qū)間無縫線路在現(xiàn)場(chǎng)的焊接和施工?？鐓^(qū)間無縫線路由于施工技術(shù)條件和運(yùn)營(yíng)條件所限，不可能在一個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)一次鋪設(shè)完成，只能把跨區(qū)間無縫線路分成若干單元軌條。通常把一次鋪設(shè)的軌條叫單元軌條。道岔區(qū)及前后約200m的線路作為一單元。要求每單元長(zhǎng)軌在焊聯(lián)后的鎖定軌溫相同。為保證跨區(qū)間無縫線路鎖定軌溫一致，在鋪設(shè)施工中，如何組織施工、安排施工程序，使得鋪設(shè)、焊接、放散應(yīng)力、鎖定等工作有序進(jìn)行，是一個(gè)關(guān)鍵問題?？鐓^(qū)間無線線路的維修養(yǎng)護(hù)方法：跨區(qū)間無縫線路的基本原理與普通無縫線路是一致的，因此原有的普通無縫線路維修養(yǎng)護(hù)方法仍然適用。但現(xiàn)有的普通無縫線路存在緩沖區(qū)，如對(duì)無縫線路進(jìn)行較長(zhǎng)區(qū)段的破底清篩，或抽換軌枕作業(yè)，尤其進(jìn)行大修作業(yè)或出現(xiàn)溫度力不均勻等情況時(shí)，往往可以放散應(yīng)力后施工。對(duì)于跨區(qū)間無縫線路，實(shí)施起來就比較困難，這時(shí)作業(yè)的軌溫條件可能就會(huì)控制得很嚴(yán)，同時(shí)應(yīng)配備有快速切割、換軌方便、焊接簡(jiǎn)便等相應(yīng)的施工設(shè)備，便于處理各種應(yīng)急情況。道岔區(qū)軌道受力情況：道岔里側(cè)軌兩端的受力狀況不同，其一端承受巨大的溫度力，而另一端近似為自由端（尖軌或可動(dòng)心軌），相當(dāng)于普通無縫線路的伸縮區(qū)。為了控制尖軌或可動(dòng)心軌的位移以便保證轉(zhuǎn)換要求，通常在尖軌及心軌跟端設(shè)置相應(yīng)的傳力部件，與岔枕等部件一起，使里側(cè)軌的溫度力向基本軌傳遞，基本軌承受附加溫度力。因此無縫道岔內(nèi)各軌條間存在極為復(fù)雜的承力、傳力和位移關(guān)系。3第一章 跨區(qū)間無縫線路技術(shù) 跨區(qū)間無縫線路的發(fā)展各種軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展，主要取決于運(yùn)營(yíng)的效果?，F(xiàn)代鐵路為實(shí)現(xiàn)重載、高速運(yùn)輸，而改善軌道結(jié)構(gòu)的最佳措施，當(dāng)屬超長(zhǎng)無縫線路的發(fā)展與應(yīng)用。在二十世紀(jì)的50～60年代，無縫線路開始在干線上大量應(yīng)用，當(dāng)時(shí)主要采用50kg/m級(jí)的鋼軌，其中50%鋪設(shè)在木枕和鋼枕上。焊接和鋪設(shè)技術(shù)都不夠完善，因而長(zhǎng)軌條的長(zhǎng)度不可能很長(zhǎng)。直至70年代以前，歐美等國(guó)無縫線路的長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度如下圖所示：70年代以前歐美等國(guó)無縫線路長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度(m)國(guó)家德國(guó)美國(guó)澳大利亞加拿大匈牙利波蘭長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度440440600440600600國(guó)家前蘇聯(lián)意大利英國(guó)法國(guó)比利時(shí)印度長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度800600800800800800表 11170～80年代多使用60kg/m級(jí)鋼軌焊接長(zhǎng)軌條。高強(qiáng)度合金軌、耐磨軌的問世，提高了無縫線路在重載、高速鐵路上的應(yīng)用效果。世界各國(guó)基地焊接基本上以接觸焊為主，焊接接頭的各項(xiàng)機(jī)械性能和外觀檢查均能達(dá)到鋼軌母材的檢查標(biāo)準(zhǔn)。鋪設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)也日臻完善。這一時(shí)期，無縫線路的結(jié)構(gòu)型式以溫度應(yīng)力式為主，長(zhǎng)軌條長(zhǎng)度等于自動(dòng)閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度，約為1000～2000m，相鄰長(zhǎng)軌條之間設(shè)置緩沖區(qū)或伸縮調(diào)節(jié)器聯(lián)接。80年代以來，高強(qiáng)度、高韌性、長(zhǎng)壽命的膠接絕緣接頭在國(guó)外鐵路上廣泛應(yīng)用。同時(shí)，法國(guó)在巴黎東南高速鐵路和大西洋沿岸高速鐵路使用感應(yīng)式無絕緣軌道電路，德國(guó)在漢諾威——維欠茨堡和曼海姆——斯圖加特兩線使用音頻式無絕緣軌道電路，為取消(或減少)緩沖軌，發(fā)展超長(zhǎng)無縫線路創(chuàng)造了條件。目前歐洲鐵路無縫線路的軌條設(shè)計(jì)，除了臨近小半徑曲線或橋隧建筑物，軌條不得不斷開外，一般區(qū)間都焊聯(lián)成一體。就文獻(xiàn)資料介紹，英、法、德及日本的無縫線路最長(zhǎng)長(zhǎng)度如下：英國(guó)最長(zhǎng)的一段無縫線路從尤斯敦至格拉斯哥645km。法國(guó)在巴黎——里昂——馬賽，巴黎——勒芒，巴黎——莫城高速鐵路上，大量無縫線路貫穿區(qū)間，其中最長(zhǎng)的一段無縫線路長(zhǎng)達(dá)50km。德國(guó)區(qū)間無縫線路與車站道岔焊接，與無縫線路直接焊聯(lián)的道岔達(dá)11萬組?！氲钠露壬?。各國(guó)鐵路鋪設(shè)超長(zhǎng)無縫線路大多是客運(yùn)為主的鐵路線上，俄羅斯鐵路在貨運(yùn)密度110Mtkm/km貨運(yùn)為主的干線上也鋪有超長(zhǎng)無縫線路。 在國(guó)內(nèi)，60年代曾在廣深、膠濟(jì)線試鋪長(zhǎng)度8km的無縫線路，后因焊接接頭折斷數(shù)量太多，膠接絕緣接頭短期失效，不得不終止試驗(yàn)。近年來，隨著我國(guó)鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，鐵道部有關(guān)單位在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，于1993年至1994年分別在京廣、京山、大秦線上試鋪了4段長(zhǎng)達(dá)20余km的超長(zhǎng)無縫線路，并于1995年10月在北京茶塢召開了“全路超長(zhǎng)無縫線路學(xué)術(shù)研討會(huì)”，同時(shí)鐵道部在制定《鐵路工務(wù)主要技術(shù)裝備政策》時(shí)，明確規(guī)定在繼續(xù)擴(kuò)大無縫線路鋪設(shè)范圍的同時(shí)，要“大力發(fā)展超長(zhǎng)無縫線路，在京廣、京哈、京滬等主要干線和廣深、大秦等高速、重載線路要優(yōu)先發(fā)展跨區(qū)間超長(zhǎng)無縫線路”。從此，我國(guó)主要干線加快了鋪設(shè)超長(zhǎng)無縫線路的步伐。 跨區(qū)間無縫線路的優(yōu)點(diǎn)提高軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由于跨區(qū)間無縫線路軌條長(zhǎng)度貫通區(qū)間，并與車站道岔焊聯(lián)，取消或減少了緩沖區(qū)，最大限度地消除了作為軌道薄弱環(huán)節(jié)的鋼軌接頭，減少了鋼軌接頭病害的發(fā)生和發(fā)展，同時(shí)又推動(dòng)了無縫道岔技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，從而全面提高了軌道的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和平順性。優(yōu)化行車條件跨區(qū)間無縫線路由于大量消除了普通鋼軌接頭，尤其是道岔的無縫化，進(jìn)一步優(yōu)化了列車運(yùn)行的工況。據(jù)鐵道科學(xué)研究院軌道結(jié)構(gòu)室在京廣、成昆線測(cè)得，旅客列車速度V=80～100km/h通過不同的鋼軌連接接頭，車輛簧下質(zhì)量的垂直振動(dòng)加速度如下表所示。在跨區(qū)間無縫線路上，由于鋼軌接頭的消除，因而優(yōu)化了列車運(yùn)行條件。車輛簧下質(zhì)量的垂直振動(dòng)加速度接頭類型焊接接頭伸縮調(diào)節(jié)器有縫鋼軌接頭加速度（g）～～10～20表 121改善無縫線路工況由于跨區(qū)間無縫線路的長(zhǎng)軌條在相當(dāng)長(zhǎng)距離內(nèi)，沒有伸縮區(qū)和緩沖區(qū)，軌條之間可以直接傳遞縱向力和位移，因此伸縮區(qū)和緩沖區(qū)的缺點(diǎn)自然不復(fù)存在。尤其是伸縮區(qū)與固定區(qū)交界處因溫度循環(huán)而產(chǎn)生的溫度力峰，以及由于道床的彈塑性特征，而造成伸縮區(qū)因過量伸縮不能復(fù)位而產(chǎn)生的溫度力峰，都由于伸縮區(qū)的消失而消失，從而有利于軌道的穩(wěn)定。也由于軌條長(zhǎng)度的延長(zhǎng)，提高了軌道防爬能力，減少了引起縱向力分布不均的因素。鎖定軌溫比較容易保持，從而改善了無縫線路工作狀態(tài)，提高了軌道的安全性和可靠性。減少養(yǎng)護(hù)維修材料和勞力消耗在運(yùn)營(yíng)線上的整段無縫線路中，緩沖區(qū)的軌料配件傷損和投入養(yǎng)護(hù)維修的勞力占了相當(dāng)大的比例，鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路，由于取消(或減少)了緩沖區(qū)，因而軌料消耗、養(yǎng)護(hù)維修工作量將顯著減少，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。緩沖區(qū)的軌料消耗及養(yǎng)護(hù)維修用工統(tǒng)計(jì)鐵路前蘇聯(lián)南烏拉爾日本山崎保線分區(qū)中國(guó)長(zhǎng)大線統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目鋼軌傷損（P65型）軌枕破損橡膠墊層破 損養(yǎng)護(hù)維修用 工養(yǎng)護(hù)維修用 工占整段無縫 線路（%）6548284540表 122 發(fā)展跨區(qū)間無縫線路的有利條件我國(guó)鐵路正大力發(fā)展重載、高速運(yùn)輸，與之相適應(yīng)工務(wù)必須實(shí)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化，加速發(fā)展無縫線路。為此，我國(guó)鐵路科研、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等部門經(jīng)過艱苦努力，為在主要干線大量鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)、物質(zhì)條件。 無縫線路四個(gè)難題的突破經(jīng)過科技工作者的大量研究試驗(yàn)，在我國(guó)寒冷地區(qū)、小半徑曲線、大坡道及橋上“四大禁區(qū)”鋪設(shè)無縫線路，取得了突破性進(jìn)展，擴(kuò)大了無縫線路鋪設(shè)范圍，并為廣泛應(yīng)用跨區(qū)間無縫線路奠定了基礎(chǔ)。允許鋪設(shè)的最大軌溫幅度1984～1986年鐵科院的環(huán)行試驗(yàn)基地進(jìn)行了無縫線路動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)及計(jì)算理論的研究，建立了穩(wěn)定性計(jì)算公式，于1987年通過鑒定，并對(duì)我國(guó)鋪設(shè)無縫線路允許軌溫幅度進(jìn)行了計(jì)算。按照我國(guó)軌道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、行車及線路條件，經(jīng)計(jì)算得到允許鋪設(shè)無縫線路最大軌溫幅度，擴(kuò)大了無縫線路鋪設(shè)范圍。個(gè)別寒冷地區(qū)、小半徑曲線及運(yùn)行電力機(jī)車的線路，若當(dāng)?shù)刈畲筌墱胤瘸隽嗽试S鋪設(shè)范圍，可采用極限強(qiáng)度等級(jí)等于或高于883MPa的鋼軌，增加軌枕配置根數(shù)等技術(shù)措施。允許鋪設(shè)無縫線路最大軌溫幅度軌道結(jié)構(gòu)類型機(jī)車類型列車最高速度/kmh1混凝土枕配置根數(shù)kmcm1鋼軌允許鋪設(shè)無縫線路最大軌溫幅度/℃類型/kgcm1極限強(qiáng)度級(jí)別/MPa直線及R≥2000m曲線曲線半徑/m800600400特重型東風(fēng)9東風(fēng)11≤140≥168075≥7851161079581≥883————韶山5韶山8≤140≥168075≥785106968172≥8831201129788重型東風(fēng)9東風(fēng)11≤140≥168060≥785108998876≥883————韶山5韶山8≤140≥168060≥78595877664≥8831101029179次重型東風(fēng)9東風(fēng)11≤120≥168050≥785100918265≥883————韶山5韶山8≤120≥168050≥785907869—≥883101888065表 131允許鋪設(shè)的最小曲線半徑鐵科院通過理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)試驗(yàn)，獲得R=40Om曲線采用標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)軌道結(jié)構(gòu)鋪設(shè)無縫線路的允許軌溫幅度，見下表。2R=400m曲線上鋪設(shè)無縫線路允許軌溫幅度鋼軌混凝土軌枕道床肩寬cm軌道加強(qiáng)措施機(jī)車類型行車速度kmh1允許溫升℃允許溫降℃允許鋪設(shè)最大軌溫幅度℃類型kmcm1極限強(qiáng)度MPa類型根數(shù)50785Ⅱ型184045—前進(jìn)型東風(fēng)48034436960785Ⅱ型168045—前進(jìn)型東風(fēng)480325476883Ⅱ型192045安裝防漲擋板前進(jìn)型東風(fēng)480416194表 132 根據(jù)上表所列鋪設(shè)無縫線路的允許軌溫幅度，在采用標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)的情況下，