【文章內(nèi)容簡介】 嚴重，嚴重危及行車的安全，因此需要進行線路大修，以改善線路的平、縱面，換鋪較重型鋼軌，增強線路運輸能力。 線路換軌大修的主要內(nèi)容 線路換軌大修必須成段進行，并按設(shè)計施工，主要包括以下內(nèi)容： 1. 校正和改善線路縱斷面和平面； 2. 全面更換新鋼軌及配件、更換橋上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器以及不合規(guī)定的護輪軌，更換絕緣接頭及鋼軌接續(xù)線； 3. 更換失效 的軌枕和扣件，補足軌枕配置根數(shù)，修理傷損軌枕，線路上的木枕地段應(yīng)盡可能改鋪混凝土軌枕； 4. 徹底清篩道床、補充道砟，改善道床斷面，對基床翻漿冒泥進行整治； 5. 成組更換新道岔或新岔枕，如不需更換時，應(yīng)整修道岔并抽換失效岔枕，清篩道床時，應(yīng)包括長岔枕范圍內(nèi)的側(cè)線； 6. 安裝軌道加強設(shè)備； 7. 鏟平或填補路肩，整修基面排水橫溝，清理側(cè)溝，清除路塹邊坡棄土； 8. 整修道口； 9. 抬高因本線大修需要抬高的鄰線道岔、道口及橋梁，有砟橋上加高兩側(cè)擋砟墻； 10. 補充、修理和刷新工務(wù)管理的線路標志、信號標志 、鋼軌縱向位移觀測樁及備用鋼軌架； 11. 回收舊料，清理場地，設(shè)置常備材料。 線路大修的要求和原則 鐵路線路設(shè)備大修必須有正常的工作條件，應(yīng)設(shè)置大修設(shè)計和施工專業(yè)隊伍，裝備必要的施工機械和工程運輸車輛，在列車運行圖中，安排施工“天窗”，同時應(yīng)密切各有關(guān)部門的協(xié)作配合，為大修的正常進行創(chuàng)造條件。 線路設(shè)備大修必須加強管理，積極發(fā)展施工機械化，采用新技術(shù)，改革施工方法，開展標準化作業(yè)，不斷提高職工素質(zhì)，提高勞動生產(chǎn)率和施工質(zhì)量，降低成本，減輕勞動強度，改善職工生活條件。 線路設(shè)備大修，必須嚴格遵 守鐵道部頒布的《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》，以及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、 6 《鐵路線路維修規(guī)則》和《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》等有關(guān)規(guī)章制度的規(guī)定。 線路大修外業(yè)測量 線路大修必須進行設(shè)計，而大修設(shè)計又涉及范圍廣，要求高，故設(shè)計前應(yīng)對既有線路進行全面的勘測和調(diào)查，外業(yè)勘察工作的主要內(nèi)容是全面掌握將要進行大修路段的線路平面，縱面，分界點及線路設(shè)備的詳細情況，取得足夠可靠的原始資料，供設(shè)計時使用。其中外業(yè)測量的主要內(nèi)容如下： 1. 丈量里程。選擇正確的公里標作為引出基點，定出公里標和每百米處作為測點的百尺標，以及在 控制點設(shè)置的加標。在丈量的過程中，應(yīng)與既有線的百里標相核對，以取得一致為原則。必要時在公里標處設(shè)置斷鏈（長鏈或短鏈）。 2. 縱斷面測量。測量正線軌頂（曲線測內(nèi)股）及路肩標高。與正線相鄰的站線及在同一路基上的復(fù)線且線間距小于 5米的，應(yīng)同時測量兩線的相對標高差，對于與起道有關(guān)的建筑物均應(yīng)測量其限界。 3. 曲線測量。測量既有曲線的幾何形位，判定曲線的轉(zhuǎn)角大小，圓順度以及曲線和既有建筑物的位置關(guān)系。 外業(yè)勘測完成后，即可進行大修的技術(shù)設(shè)計，技術(shù)設(shè)計的主要內(nèi)容包括：線路平面設(shè)計、線路縱斷面設(shè)計、軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計、跨區(qū) 間無縫線路技術(shù)設(shè)計及更換道岔設(shè)計等。 線路大修周期的確定 鐵路線路大修的主要工作內(nèi)容為鋼軌的全面更換，所以它的周期應(yīng)由鋼軌的使用壽命決定。 鋼軌的使用壽命通常以鋪入后至更換前累計通過的總質(zhì)量來表示。把這一累計通過的總質(zhì)量除以年平均通過的總質(zhì)量即為鋼軌使用年限（壽命）。由于鋼軌磨耗程度及疲勞損傷發(fā)生率極不一致，所以在達到平均使用壽命之前，將會有部分鋼軌先期磨耗逾限或發(fā)生疲勞傷損，因而必須進行大量的單根抽換，而增大無縫線路地段工作的難度。為了避免這種情況，線路大修的周期，也就是成段更換鋼軌的期限， 應(yīng)該短于鋼軌的平均使用壽命。 另一方面，考慮到鋼軌的二次使用，不僅能延長鋼軌使用壽命，節(jié)省線路維修費用，還能將鋼軌生產(chǎn)供應(yīng)力量集中滿足于繁忙干線之需要。顯然，若想獲取這種明顯的經(jīng)濟效益，第一次使用時所承受的通過總質(zhì)量對第二次鋪用壽命影響極大，亦即計劃再用的鋼軌在第一次使用換下以前，不能超過規(guī)定的通過總質(zhì)量，否則潛力大大降低，再用價值不大。從合理使用鋼軌角度而言，線路大修的周期也應(yīng)短于鋼軌的平均使用壽命。 應(yīng)當指出，在確定線路修理周期時，必須從實際出發(fā)，既要考慮線路的具體運營特點，又要考慮技術(shù)經(jīng)濟條件和國情、 路情。一般說來，我國鐵路線路大修周期為 8~12年。 線路大修原始資料 1. 大修地段位置：既有線，自 K110+000至 K126+450。 2. 現(xiàn)有線路條件： （ 1）該大修地段屬Ⅰ級干線，限制坡度 12%，最小半徑為 600米，跨區(qū)間半徑為 600m。 （ 2）原有線路平、縱斷面資料，包括： 甲 線路縱斷面測量記錄（見原始資料附表） 乙 線路曲線測量記錄（見原始資料附表） 丙 橋隧位置及原狀（見原始資料附表） 丁 站場調(diào)查記錄（見原始資料附表） 戊 道口調(diào)查記錄（見原始資料附表） 3）線路 上部建筑狀況： 7 表 21 線路上部建筑現(xiàn)狀 鋼軌 軌枕 道床 類 型 kg/m 長度（ m） 平均 磨耗 （ mm） 單根 失效情況（ %） 類型 數(shù)量 （根 /公里） 失效情況（ %） 種類 不潔程度 一般情況 50 25 6 5 SⅡ型砼枕 1760 10 碎石 10% 一般 4）其他（見調(diào)查記錄） 3. 大修地段的運營條件 1）目前及今后的客貨運量 目 前： 20百萬噸公里 /公里 第五年： 25百萬噸公里 /公里 第十年： 30百萬噸公里 /公里 2）現(xiàn)有機車類型 客機： DF4型內(nèi)燃機車，構(gòu)造速度 120 km/h。 選擇上部建筑類型 線路大、中修時，枕下道床總厚度應(yīng)根據(jù)五年內(nèi)的年計劃通過總重密度和鋼軌類型，按《鐵路線路設(shè)備大修規(guī)則》中表 ，而該設(shè)計在第五年的年計劃通過總重密度為 25 Mt公里 /公里，故選擇如下的軌道結(jié)構(gòu)類型： 鋼軌類型： 60 kg/m 軌枕類型： SⅡ 型鋼筋砼軌枕（軌枕數(shù)量增配至 1840根 /公里） 扣件類型：彈條 Ⅱ 型扣件 道床厚度： 50cm 軌道強度檢算概述 概述 軌道由鋼軌、軌枕、道床和路基構(gòu)成，是一種受力十分復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)物。列車在其上通過 時，軌道將受到垂直軌面的豎向力、垂直于鋼軌軸向的橫向水平力和平行于鋼軌軸向的水平力等多種荷載的作用。 鋼軌在這些荷載的作用下，軌道各部分將產(chǎn)生各種變形和應(yīng)力并逐漸失效。因此必須合理選擇相應(yīng)的軌道結(jié)構(gòu)，使其在預(yù)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，保持良好的狀態(tài)，確保列車按規(guī)定的軸重和速度平穩(wěn)、安全和不間斷地運行，為此應(yīng)當正確計算軌道結(jié)構(gòu)的承載能力，使其在安全和效益兩方面都得到最佳的效果。為支承列車荷載，并在合理的養(yǎng)護工作量條件下能維持良好的技術(shù)狀態(tài)，必須具有足夠的強度。 軌道強度檢算是檢算在列車最大可能的動荷 載作用下，軌道各部分的一次性破壞強度。在進行軌道強度檢算時，只計算鋼軌基本彎曲應(yīng)力，枕上壓力，道床頂面應(yīng)力和路基面應(yīng)力。 適用條件 1. 無縫線路強度計算。根據(jù)強度條件確定無縫線路鎖定軌溫的上、下限，或者在一定的鎖定軌溫條件下，檢算鋼軌的強度； 8 2. 在既有軌道設(shè)備條件下，檢算大型機車車輛通過軌道時，允許最大軸重和最高速度或者在既有的軸重和速度條件下選擇適當?shù)能壍涝O(shè)備標準。 3. 特大型貨車通過線路時，檢算其通過條件。 4. 在進行軸重 、速度、軌道設(shè)備標準及重載組合列車時，強度檢算結(jié)果可作為 軌道的工作應(yīng)力水平分析比較。 軌道結(jié)構(gòu)靜力計算理論 軌道強度檢算中，軌道結(jié)構(gòu)靜力計算是重要的基礎(chǔ)。 軌道結(jié)構(gòu)靜力計算有 2種計算理論： 1. 連續(xù)彈性點支承梁理論（簡稱“點支承法”） 它是將鋼軌視為支承在彈性點支座上的等截面無限長梁，力學模型如圖 21。它認為鋼軌并非支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上 ,而是支承在有一定間隔的軌枕上 ,其計算理論和公式推導均較復(fù)雜，一般需用差分方程或有限元等方法。 P02P01 P03 P04 圖 21 連續(xù)彈性點支承梁理論力學模型 2. 連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論（簡稱“連續(xù)支承法”） 它是將鋼軌視為支承在連續(xù) 彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，力學模型如圖 22。它的計算理論和計算公式均較簡便，得到的解析解方便實用。 P05P02P01 P03 P04 圖 22 連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論力學模型 比較兩個計算理論，有以下結(jié)論。 盡管以上兩種理論具有不同的假設(shè)，但因?qū)嶋H上的鋼軌支承，既不是連續(xù)支承，也不是連續(xù)點支承，而是介于兩者之間的一種支承方式，所以，不論采用那種計算方法計算，其結(jié)果無明顯差異。但前一方法得到的鋼軌彎矩較后者大 510%，而計算鋼軌撓度或枕上壓力時則要小 12%，隨著剛度的增加，其差值也有所增大，故點支承法常用于無縫線路強度檢算。而連續(xù)支承 法便于理論研究，特別是對于軌枕間距較小且使用重型鋼軌的軌道來說，在工程上其計算精度是足夠的，況且又便于進行動力學方面的分析。根據(jù)本文的軌道結(jié)構(gòu)，也參照《鐵路軌道強度檢算法》（ TB203488），采用連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁理論進行靜力計算，繼而產(chǎn)生下節(jié)的檢算方法及步驟。 9 軌道強度檢算方法 基本假設(shè) 1. 假設(shè)列車運行時，車輪荷載在軌道各部件中所引起的應(yīng)力、應(yīng)變，與量值相當?shù)撵o荷載所引起的應(yīng)力、應(yīng)變相等，及車輪荷載具有準靜態(tài)的性質(zhì)； 2. 以速度系數(shù)、橫向水平力系數(shù)、偏載系數(shù)分別反映車輪垂直動荷 載、橫向水平動荷載和垂直力偏心、曲線內(nèi)外軌偏載的影響； 3. 假設(shè)軌道及基礎(chǔ)均處于線彈性范圍，列車輪系作用下軌道各部件的應(yīng)力、應(yīng)變，等于各單獨車輪作用下的應(yīng)力、應(yīng)變之代數(shù)和； 4. 視鋼軌為連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁，梁的基礎(chǔ)反力與各自彈性下沉之間成線性關(guān)系（文克爾假定）。 基本計算參數(shù) 1．鋼軌抗彎剛度 EJ 鋼軌材料的彈性模量 E與鋼軌截面的慣性矩 J的乘積 EJ稱之為鋼軌抗彎剛度。鋼軌抗彎剛度的力學意義是：使鋼軌產(chǎn)生單位曲率所需要的力矩。對于 60kg/m鋼軌， EJ=179。 103kN178。 m2，表示如果欲將鋼軌彎成 1m1的單位曲率所需要的彎矩是 179。 103kN178。 m2。 2. 鋼軌支座剛度 D 鋼軌支座剛度 D直接表示了彈性點支撐梁模型的鋼軌基礎(chǔ)彈性特征，定義為使鋼軌支座產(chǎn)生單位下沉時，所需要施加于支座上面的力，其量綱為力 /長度。鋼軌支座剛度 D，一般分解為軌下膠墊壓縮變形剛度 Dr，軌枕道床及路基的剛度 Db，根據(jù)串聯(lián)彈簧剛度的計算方法有： 1212DDD DD?? ? （ 21） 式中 D—— 鋼軌支座剛度（一股鋼軌）； D1—— 鋼軌下墊板剛度 ； D2—— 軌枕道床及路基組合剛度（一股鋼軌）。 2. 鋼軌基礎(chǔ)彈性模量 u 把鋼軌視為連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無限長梁，使鋼軌產(chǎn)生單位下沉時，需要在單位長度鋼軌上施加于基礎(chǔ)的均布荷載。 u 由下式計算： Du a? （ 22） 式中 a —— 軌枕間距（ mm）。 D 的取值可參照表 22。 表 22 混凝土枕軌道 D 值 特重型、重型 次重型及以下 鋼軌 軌枕、道床及路基 鋼軌 軌枕、道床及路基 混凝土枕、橡膠墊板 300 700 220 420 寬枕、橡膠墊板 500 1200 軌道類型及檢算部件 軌道特征 kN/cmD（ ） 10 注：在檢算鋼軌強度和檢算軌枕、道床及路基強度時，分別采用不同的最不利 D 值。 軌道結(jié)構(gòu)靜力計算 1. 單個車輪作用下的計算 均勻連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的鋼軌在車輪 0P 作用下?lián)锨€如圖 23所示。 圖 23 鋼軌在車輪 0P 作用下?lián)锨€ 撓曲曲線的微分方程（規(guī)定鋼軌彎曲凹面向下時梁軸線的曲率為正）為 ? ? 3 / 221 1MyEI y? ????? ?????? 式中 ? —— 撓曲曲線的曲率半徑； E —— 鋼軌鋼的彈性模量； I —— 鋼軌斷面對其水平中和軸的慣性矩，各型鋼軌 I 值。 由于鋼軌承受荷載后的變形很小，分母中的 ? ?2y? 項遠比 1小，可忽略不計，于是得 M EIy???? （ 23） 以 I 表示鋼軌內(nèi)部的剪力，以 I 表示鋼軌基礎(chǔ)的反力強度，則 (3)dM EIydx? ? ? ? (4)dq EIydx?? ? ? 根據(jù)計算假設(shè)有 q yu? ，于是得 (4)yu EIy?? 令 4 4uk EI? （ 24） k 為鋼軌基礎(chǔ)與鋼軌的剛比系數(shù)。 故有 4 44 40dy kydx ?? （ 25） 解此四階齊次微分方程，得 鋼軌下沉 00 (co s sin )2 kxPky e k x k xu ??? 11 鋼軌彎矩 2 00 2 (c os s in )4 kxPdyM EI e k x k xdx k ?? ? ? ? 枕上壓力 00 (c o s s in )2 kxP k aR q a a u y e k x k x?? ? ? ? 令 (c os sin )kxe k x k x? ???， (c o s sin )kxe k x k x? ??