【城市軌道無縫線路的應(yīng)用及病害的維護(hù)保養(yǎng)探究11000字（論文）】

引言無縫線路是將多根標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌通過焊接成一定長度的鋼軌并鋪設(shè)在軌枕上的線路，無縫線路相比于普通軌道線路，具有列車運(yùn)行平穩(wěn)，軌道線路維護(hù)費(fèi)用低，軌道使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。正是如此，無縫線路已經(jīng)成為了軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。城市軌道作為我國城市運(yùn)輸?shù)闹匾耐緩剑錈o縫軌道建設(shè)也得到了較快的發(fā)展，在我國西安、北京等地區(qū)已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用。城市軌道無縫線路運(yùn)行實(shí)踐表明，無縫線路的鋪設(shè)質(zhì)量和后期保養(yǎng)是確保城市軌道無縫線路安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，同時(shí)，也是保證其使用壽命的重要基礎(chǔ)。為避免城市軌道無縫線路發(fā)生失穩(wěn)提供理論依據(jù)。夏季軌溫過高易導(dǎo)致無縫線路發(fā)生失穩(wěn)，而由于軌道結(jié)構(gòu)的多樣性，無縫線路的失穩(wěn)也具有多種表形式。對(duì)于有砟軌道城市軌道來說，易出現(xiàn)橫向失穩(wěn)現(xiàn)象；而對(duì)于埋入式軌道及膠輪導(dǎo)軌軌道城市軌道來說，軌道板在鋼軌的兩側(cè)及底部將承軌槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束，鋼軌在平面上的穩(wěn)定性較好，而更容易發(fā)生垂向失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，研究城市軌道無縫線路穩(wěn)定性，尤其是研究不同軌道型式的城市軌道無縫線路穩(wěn)定性十分重要，能夠?yàn)槌鞘熊壍谰€路的保養(yǎng)維修提供參考意見，避免類似失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。2影響無縫線路穩(wěn)定性因素2.1道床橫向阻力道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力稱為道床的橫向阻力，它是防止無縫線路發(fā)生脹軌跑道，保證線路穩(wěn)定性的主要因素。其橫向阻力主要由軌枕兩側(cè)與道砟接觸提供約20%~30%摩阻力、軌枕底部與道砟接觸提供約50%摩阻力，砟肩抵抗橫向位移提供約30%阻力三部分構(gòu)成。影響道床橫向阻力的因素有很多，主要有軌枕類型、道床性質(zhì)、維修作業(yè)等。以Ⅱ型混凝土軌枕為例，其道床橫向阻力-橫向位移關(guān)系曲線如圖3-1所示，由此可知，道床橫向阻力隨著位移的增大呈現(xiàn)非線性增長變化，當(dāng)橫向位移超過2mm這個(gè)限值時(shí)，道床橫向阻力隨著橫向位移的增大其增長趨勢(shì)逐漸緩慢，逐漸接近常數(shù)，這說明此時(shí)道砟有部分已經(jīng)產(chǎn)生破壞或者軌道結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生了橫向大幅度滑動(dòng)。道床對(duì)單根軌枕產(chǎn)生橫向阻力和單根軌枕的橫向位移間的關(guān)系表達(dá)式如下：圖3-1道床橫向阻力與位移曲線道床對(duì)單根軌枕產(chǎn)生橫向阻力和單根軌枕的橫向位移間的關(guān)系表達(dá)式如下：（2-1）q=q0?Byz+Cy1/N（3-1）式中，q—初始道床橫向阻力y—橫向位移B、C、Z、N—阻力系數(shù)2.1.1軌枕類型軌枕可視為有砟軌道的鋼軌部件，其在垂直分散荷載，抵抗軌道結(jié)構(gòu)的縱橫向運(yùn)動(dòng)和保持線路穩(wěn)定性方面起著不可忽視的作用。其中國內(nèi)外大量研究都表明軌枕的形狀、質(zhì)量、材質(zhì)和布置間距等都會(huì)影響到道床的橫向阻力。根據(jù)圖3-2可知，從木枕到混凝土枕Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，軌枕質(zhì)量逐漸增加，其道床橫向阻力有所增加；道床橫向阻力隨軌枕的橫向位移表現(xiàn)為非線性增長關(guān)系，兩者的接觸剛度亦呈先大后小的非線性變化態(tài)勢(shì)；當(dāng)軌枕的橫向位移增大到一定限值，單根軌枕能提供的橫向阻力幾乎為常量，當(dāng)位移繼續(xù)增大，道床對(duì)軌枕的橫向支撐將會(huì)被破壞。表3-1道床橫向分布阻力系數(shù)表圖3-2不同軌枕類型的橫向阻力關(guān)系曲線2.1.2道床性質(zhì)道床由道砟堆積而成，道床阻力主要來自道砟與軌枕間的接觸阻力，那么道床的組成差異和結(jié)構(gòu)尺寸差異會(huì)直接引起道床阻力的差異，對(duì)無縫線路的穩(wěn)定性有所影響，這重點(diǎn)體現(xiàn)在道床道砟和道床砟肩兩部分。（1）道砟特性道砟的粒徑尺寸和堆積孔隙等都會(huì)直接影響到道床的飽滿程度，直接關(guān)系到軌枕和有砟道床的接觸面積和道砟之間的相互咬合狀態(tài)，對(duì)軌枕和道砟間的相互作用過程也有很大影響。當(dāng)?shù)来灿枬M，道砟間結(jié)合愈緊密，相互之間的作用傳力愈均勻，道床提供的橫向阻力也會(huì)愈大，相反，道床不夠飽滿時(shí)，道砟間的孔隙越大，接觸面積小，當(dāng)受到外部一個(gè)較小作用力時(shí)，其道砟容易瓦崩土解，難以支撐上部的軌道結(jié)構(gòu)，失穩(wěn)問題接踵而至。另外，道砟的材質(zhì)選取不同，所提供的道床阻力也有所不同。根據(jù)相關(guān)的資料可知，粒徑較大的道砟相比粒徑較小道砟能提供的橫向阻力稍大一些，例如粒徑由15~30mm增加到25~65mm時(shí)，道床的橫向阻力將提高20%~40%；另外當(dāng)選用碎石和砂礫石分別堆積道床測試道床橫向阻力時(shí)，前者會(huì)較后者高30%~40%。（2）道床砟肩道床砟肩的寬度對(duì)道床的橫向阻力有局部范圍內(nèi)的正向影響，適當(dāng)增大砟肩寬度，可以增大道床的橫向阻力。據(jù)北京交通大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果可知，在混凝土軌枕的線路上，道床砟肩寬度從300mm增加至550mm時(shí)，道床的橫向阻力隨砟肩寬度的增大而增加其總阻力值增加可達(dá)16%；但當(dāng)砟肩寬度超過550mm再逐漸增大時(shí)，其道床的橫向阻力值增加幾乎為0。道床的砟肩堆高也是一種有效增大道床橫向阻力的方式，它是通過增大軌枕橫向移動(dòng)時(shí)與砟肩道砟棱體發(fā)生擠壓時(shí)的反作用力來提高枕端橫向阻力的。軌枕橫向擠壓砟肩堆高，直到砟肩對(duì)高部分發(fā)生滑動(dòng)破裂面時(shí)，此時(shí)為軌枕端部能提供的最大橫向阻力。當(dāng)砟肩堆高越大時(shí)，滑動(dòng)體的重量有所增加，可以充分提高道床的橫向阻力，且該方式較砟肩加寬可以有效節(jié)約道砟的用量。當(dāng)肩寬為550mm的道床端部梯形棱體堆高185mm時(shí)，道床的橫向阻力會(huì)增加12%，與肩寬為300mm時(shí)道床橫向阻力相比增大了約34%。2.1.3維修作業(yè)方式在進(jìn)行清篩和搗固等線路保養(yǎng)維修作業(yè)時(shí)，容易引起對(duì)道床的擾動(dòng)，影響到道砟與道砟間、道砟與軌枕間的接觸狀態(tài)，這都將削弱道床的橫向阻力值，影響無縫線路的橫向穩(wěn)定性。線路在經(jīng)過維修作業(yè)前后的道床橫向阻力變化情況主要如表3-1所示。表3-1維修作業(yè)前后道床橫向阻力當(dāng)修路中修破底清篩時(shí)，整個(gè)道床都會(huì)受到擾動(dòng)，道床的橫向阻力會(huì)下降最大，但清篩過后，道床的橫向阻力會(huì)逐漸恢復(fù)，其道床的橫向阻力的變化情況主要如表3-2所示。表3-2破底清篩前后道床橫向阻力2.2軌道框架剛度軌道的框架剛度是反映自身抵抗彎曲的參數(shù)，當(dāng)軌道的框架剛度越大時(shí)，軌道發(fā)生彎曲變形而誘發(fā)無縫線路失穩(wěn)的機(jī)率會(huì)有所降低。軌道的框架剛度主要由兩股鋼軌的剛度和扣件的阻矩兩部分構(gòu)成，這兩部分主要與鋼軌的類型及扣件類型相關(guān)。2.2.1鋼軌類型不同的鋼軌類型有不同的截面性質(zhì)，鋼軌剛度主要由鋼軌截面對(duì)其水平軸和垂直軸的慣性矩和彈性模量共同決定，表3-3為不同類型的鋼軌截面性質(zhì)。表3-3不同類型鋼軌截面系數(shù)兩股鋼軌的水平剛度之和為2EIy，垂直剛度之和為2EIx，當(dāng)鋼軌的截面慣性矩越大，鋼軌剛度增大，有利于提高軌道的框架剛度，對(duì)防止軌道發(fā)生鼓曲變形有顯著改善作用。2.2.2扣件阻矩扣件類型、軌枕類型、扣壓力及鋼軌相對(duì)于軌枕的轉(zhuǎn)角有關(guān)，會(huì)影響扣件阻矩，進(jìn)而影響軌道的整體剛度。其中扣件阻矩M與鋼軌相對(duì)于軌枕的轉(zhuǎn)角β的關(guān)系為：（2-2）式中H、μ為阻矩系數(shù)當(dāng)扣件螺母扭矩為100N.m，其實(shí)測獲得的阻矩值變化曲線如圖所示，經(jīng)過回歸分析其回歸函數(shù)為：M=2.2×104.β1/2圖3-3螺母扭矩100N.m時(shí)扣件阻矩回歸曲線2.3溫度力無縫線路與傳統(tǒng)普通的準(zhǔn)軌線路相比，在軌道受力方面的根本區(qū)別在于：無縫線路承受了與普通線路相比更大的溫度力。無縫線路的鋼軌在道床阻力和扣件的共同約束作用下，當(dāng)鋼軌溫度發(fā)生變化時(shí)，鋼軌內(nèi)部存在相應(yīng)的軸向溫度應(yīng)力。因此，了解鋼軌的溫度力及其變化規(guī)律是研究無縫線路的穩(wěn)定問題的必要前提。鋼軌在軌溫發(fā)生變化時(shí)由于鋼軌不能自由伸縮而產(chǎn)生溫度力。在鋼軌溫度上升時(shí)形成軸向壓力；當(dāng)鋼軌溫度下降時(shí)形成軸向拉力。然而實(shí)際情況下，鋼軌在年溫度變化和日溫度變化的共同作用下，會(huì)一直處于伸長又壓縮的這種反復(fù)的形變之中。而與溫度下降帶來的溫度力影響相比，鋼軌升溫所引起的鋼軌軸向溫壓是無縫線路喪失穩(wěn)定的根本原因。因此，為了保證無縫線路平穩(wěn)安全地運(yùn)行，無縫線路鋼軌中的溫度力就必須滿足軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。若在初始軌溫為T0時(shí)，將一段長度為L并且處于完全自由狀態(tài)的鋼軌的兩端完全固定，當(dāng)軌溫相對(duì)初始軌溫上升或下降△T時(shí)，鋼軌的長度改變量為△L，相當(dāng)于把這段鋼軌拉伸了或壓縮了△T的自由伸縮量△L，次時(shí)鋼軌內(nèi)產(chǎn)生了縱向溫度力?？傻?，當(dāng)軌溫變化△T時(shí)，其伸縮量計(jì)算公式為：△L=α·L·△T（2-3）式中，a一鋼軌線膨脹系數(shù)，取1.18x10-5/℃;L一鋼軌長度(mm2);△T—軌溫變化幅度（℃）。根據(jù)假設(shè):鋼軌兩端完全固定住不能自由伸縮時(shí)，就會(huì)形成應(yīng)力存在于鋼軌中，根據(jù)胡克定理，鋼軌中的溫度應(yīng)力為:（2-4）式中，E一鋼軌的彈性模量，E=2.1x105MPa;T一鋼軌的溫度力應(yīng)變。將E,α的值代入的表達(dá)式，則溫度應(yīng)力為:=2.1x105X11.8X10-6△T(MPa)（2-5）一根鋼軌受的溫度力PT為（2-6）式中，F(xiàn)—鋼軌的斷面面積(mm2)。根據(jù)以上公式可知：將鋼軌兩端固定住，鋼軌產(chǎn)生的溫度力只與鋼軌的斷面積和鋼軌內(nèi)部溫度的變化幅度相關(guān)，因此，理論上無縫線路鋪設(shè)長度不受溫度力影響而可達(dá)任意長度，鋼軌溫度力控制的關(guān)鍵是鋼軌溫度變化范圍。由此，為保證無縫線路的穩(wěn)定，對(duì)鋼軌的溫度力需進(jìn)行控制。軌溫每變化1℃，各類型鋼軌溫度力的變化如表3-5所示。由此表可知，各類型鋼軌的溫度力都大于15kN/℃，當(dāng)計(jì)算精度達(dá)到10kN即可滿足穩(wěn)定性要求。表3-5各類型鋼軌段面積及鋼軌溫度變化率2.4軌道初始不平順被鎖定后，鋼軌在上、下和高、低兩個(gè)方面與理想狀態(tài)下幾何位置的偏差稱為軌道初始不平順，也被稱為軌道初始彎曲。鋼軌的初始彎曲分為兩種：塑性彎曲和彈性彎曲。塑性初始彎曲是指鋼軌在鋪設(shè)、焊接、運(yùn)輸和制作的過程中形成的，塑性初始彎曲是鋼軌的固有缺陷；初始彈性彎曲是在列車橫向力和溫度壓力的作用下產(chǎn)生的，并會(huì)隨著作用力的消失而消除。軌道初始彎曲在列車的沖擊震動(dòng)下，是造成線路不穩(wěn)定的重要因素。鋼軌硬彎或線路方向不良，會(huì)使脹軌所需的溫度差減少。根據(jù)測試表明：4mm原始彎曲矢度較3mm時(shí)，脹軌溫度差下降5.5℃。鋼軌初始彎曲越大，對(duì)無縫線路的穩(wěn)定性影響越大。1999年，長沙鐵道學(xué)院對(duì)我國的城市軌道線路進(jìn)行了實(shí)測，并提出線路的初始彎曲中塑性彎曲和彈性彎曲占比分別為83％和17％。表3-6為長沙鐵道學(xué)院現(xiàn)場實(shí)測得到的60kg/m鋼軌的無縫線路軌道初始彎曲值，由此可知，初始彎曲矢度值大部分都為4-7mm，初始彎曲波長為4-7m，同時(shí)矢長比大部分為0.8~1.5‰。表3-660kg/m鋼軌對(duì)應(yīng)的無縫線路初始彎曲3無縫線路穩(wěn)定性檢算方法3.1統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式（1）統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式的基本假定：整個(gè)軌道框架為鋪設(shè)于均勻介質(zhì)（道床）中的一根細(xì)長壓桿；軌道彈性初始彎曲為半波正弦曲線，塑性初始彎曲為圓曲線，在變形過程中變形曲線端點(diǎn)不產(chǎn)生位移、曲線長度不變；不考慮扣件系統(tǒng)變形能。（2）統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式的計(jì)算圖示如圖4-1所示。圖4-1統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式的計(jì)算圖示對(duì)鋼軌梁單元，假設(shè)Yo(x)為鋼軌的初始彎曲曲線:（3-1）式中，yoe一軌道原始彈性彎曲函數(shù)；yop一軌道原始塑性彎曲函數(shù)。軌道的初始不平順由塑性彎曲和彈性彎曲組成，根據(jù)假設(shè)，對(duì)于軌道原始彈性彎曲為正弦曲線，可用下式表示:（3-2）式中，yoe一軌道原始彈性彎曲函數(shù);foe一軌道原始彈性彎曲矢度(cm);lo一軌道原始彎曲半波長(cm)。由假設(shè)可設(shè):軌道原始塑性彎曲為半徑Rop的圓曲線，用下式表示為（3-3）式中，yop一軌道原始塑性彎曲函數(shù);Rop一塑性初始彎曲半徑可得到具有塑性初始彎曲的圓曲線曲率為:（3-4）通過以上的軌道參數(shù)，參考幾何理論就能夠計(jì)算出軌道結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，根據(jù)能量變分原理按照上述的基本假設(shè)，可以將無縫線路的軌道結(jié)構(gòu)看作是一個(gè)在鋼軌溫度力作用下的處于平衡狀態(tài)的彈性體系。根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算的理論基礎(chǔ)是能量變分原理，即：所有的外力和內(nèi)力對(duì)軌道微小位移所作的功dA為零，取等矢多波變形曲線梁相鄰反彎點(diǎn)間的一段作為分析對(duì)象，則可推出溫度力P的計(jì)算公式:（3-5）式中，Q一道床等效橫向阻力3.2不等波長穩(wěn)定性計(jì)算公式（1）不等波長穩(wěn)定性計(jì)算公式的基本假定:軌道為無限長梁，曲線軌道視為半徑等于R的曲梁，并埋置在均勻介質(zhì)(道床)中;假定梁的初始彎曲的線形為正弦線;假定梁在溫度壓力作用下，變形曲線與初始彎曲波形相似，但波長不等。（2）不等波長穩(wěn)定性計(jì)算圖示如圖4-1所示。圖4-2不等波長穩(wěn)定性計(jì)算圖示通常初始彎曲的邊界條件如下:當(dāng)x=0或x=l0，y0=0。采用函數(shù)：（3-6）能滿足上述邊界條件。當(dāng)處于曲線軌道上，則初始彎曲線形函數(shù)ys為（3-7）式中0f——軌道初始彎曲矢度；R——曲線半徑；l0——軌道初始彎曲波長。軌道在受到溫度力時(shí)，其彎曲變形函數(shù)用（3-8）式中f——軌道彎曲變形矢度；l——軌道彎曲變形波長。軌道產(chǎn)生彎曲變形后，仍是連續(xù)的，它的波長與初始彎波長不等，但線型相似，考慮初始彎曲其線型函數(shù)yk如圖4-3所示。系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，即內(nèi)力勢(shì)能與外力勢(shì)能的一階變分總和等于零，運(yùn)用彈性勢(shì)能的逗留值原理，建立穩(wěn)定性計(jì)算公式。（3-9）即Π＝Π（i）+Π（a）的一階變分等于零。梁在受到溫度壓力P作用總勢(shì)能Π=ΠP+ΠI+Πq+Πm式中ΠP——壓縮形變能ΠI——彈性彎曲勢(shì)能Πq——道床形變能Πm——扣件形變能分別為產(chǎn)生的根據(jù)勢(shì)能逗留值原理，內(nèi)力和外力平衡，彈性勢(shì)能的一階變分等于零既是充分條件，也是必要條件，假設(shè)梁在某一最不利的波長l范圍內(nèi)產(chǎn)生平面彎曲變形，則Π僅與參變數(shù)f有關(guān)，在僅有一個(gè)參變數(shù)時(shí)變分和微分是一致的，對(duì)上述勢(shì)能進(jìn)行換算求解可得鋼軌縱向力分布P。（3-10）考慮縱向力分布的不均勻性及臌曲位置分布的隨機(jī)性，采用均勻分布的縱向力p對(duì)其進(jìn)行代換，經(jīng)過換算后可求得p相當(dāng)8℃溫度力。在（3-9）式中對(duì)縱向力分布不均勻的影響進(jìn)行去除后，可得：（3-11）使用該方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對(duì)l作區(qū)間估計(jì)進(jìn)行迭代，代入已知f值，可求得不同的、值，依次次求得、、、值，如果f為固定值時(shí)，迭代計(jì)算后計(jì)算可得到pi中的極小值及對(duì)應(yīng)的li，當(dāng)選定不同的f值，通過計(jì)算繪制p-f平衡狀態(tài)曲線，從而可得臨界溫度差：（3-12）4無縫線路穩(wěn)定性影響因素計(jì)算分析4.1不同曲線半徑不同的曲線半徑，對(duì)應(yīng)線路的彎曲程度、超高等都不同，其對(duì)線路的穩(wěn)定性影響也不同。因此，對(duì)曲線段的無縫線路穩(wěn)定性進(jìn)行分析，曲線半徑會(huì)是一個(gè)重點(diǎn)控制的因素。由于《城市軌道無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)曲線地段無縫線路鋪設(shè)的最小曲線半徑為300m，故本文主要依賴該規(guī)范對(duì)曲線半徑為300m~10000m的曲線地段無縫線路設(shè)置7個(gè)工況進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算分析。本次計(jì)算分析都是基于Ⅱ型混凝土軌枕1840根/km布置，鋪設(shè)60kg/m鋼軌，兩者間采用Ⅱ型彈條連接的軌道條件進(jìn)行計(jì)算的，假定其彎曲變形矢度為0.2mm，則不同曲線半徑對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?-1所示，其中不同曲線半徑下對(duì)應(yīng)的允許溫升、最小溫度力、彎曲變形弦長變化如圖4-1所示。表4-1不同曲線半徑下穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果（a）不同曲線半徑下允許溫升變化曲線（b）小半徑曲線段允許溫升變化曲線（c）不同曲線半徑下溫度力變化曲線（d）不同曲線半徑下彎曲變形弦長變化曲線圖4-1不同曲線半徑下穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果變化曲線根據(jù)以上圖表分析可知：（1）線路的允許溫升與最小溫度力變化一致，隨著曲線半徑的增大，線路在發(fā)生穩(wěn)定性不足情況時(shí)允許的最大溫升和最小溫度力也在逐漸增大。這表明直線地段的允許溫升和最小溫度力較曲線地段的大，且曲線地段的軌道結(jié)構(gòu)較直線地段更容易受到溫度變化的影響，同時(shí)這也側(cè)面指出在一些溫差大的地區(qū)，小半徑曲線地段的軌道更容易發(fā)生脹軌跑道現(xiàn)象。（2）小半徑曲線地段的允許溫升和最小溫度力變化幾乎呈線性變化，當(dāng)曲線半徑每增加50m，其允許溫升上升3℃左右，最小溫度力上升120kN左右。另外可知小范圍曲線半徑變化較大范圍曲線半徑變化對(duì)允許溫升和最小溫度力影響更大，這表明在小半徑曲線地段，通過改善優(yōu)化曲線半徑，可以顯著提高軌道的最大允許溫升和溫度力，進(jìn)而有效增強(qiáng)軌道的穩(wěn)定性要求。（3）隨著曲線半徑的增大，軌道的彎曲變形弦長逐漸減小，且逐漸接近415cm，這與采用統(tǒng)一無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算公式時(shí)假定選取軌道的彈性初始彎曲半波長400cm相接近，兩者的偏差應(yīng)為統(tǒng)一公式未考慮扣件系統(tǒng)變形能引起的。因而這也說明統(tǒng)一公式計(jì)算理論較不等波長計(jì)算理論存在一定偏差，后者更為精準(zhǔn)一些，但這點(diǎn)差異對(duì)無縫線路的穩(wěn)定性檢算結(jié)果影響較小，可以考慮忽略。4.2不同鋼軌類型根據(jù)無縫線路穩(wěn)定性計(jì)算理論，無縫線路穩(wěn)定性與多種因素有關(guān)，其中軌排自身抗彎能力是主要因素之一，而鋼軌類型對(duì)軌排的抗彎能力有所影響。不同的鋼軌類型，其對(duì)應(yīng)的鋼軌質(zhì)量和截面屬性也有所不同。鋼軌的每延米質(zhì)量會(huì)影響軌道結(jié)構(gòu)的承載能力，截面面積會(huì)影響軌道外界溫度變化時(shí)引起的鋼軌溫度力大??；鋼軌的截面慣性矩會(huì)影響軌道在抵抗變形時(shí)的抗彎剛度大小。三者同時(shí)會(huì)對(duì)軌道的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，因此鋼軌類型也是對(duì)無縫線路穩(wěn)定性相關(guān)的主要因素之一?；谇€半徑為300m，Ⅱ型混凝土軌枕1840根/km布置，Ⅱ型彈條連接軌枕與鋼軌部件的軌道條件，采用不等波長計(jì)算理論對(duì)不同的鋼軌類型工況進(jìn)行檢算，其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫硭?。?-2不同鋼軌類型穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表通過上述計(jì)算結(jié)果可知（1）隨著鋼軌類型從75kg/m鋼軌至50kg/m鋼軌，鋼軌的每延米質(zhì)量在減小，截面面積在減小，截面慣性矩在增大。此時(shí)計(jì)算所得的最小溫度力和彎曲變形弦長在逐漸降低，其允許溫升在逐漸上升。這表明75kg/m鋼軌較60kg/m鋼軌和50kg/m對(duì)軌溫變化范圍更為敏感，當(dāng)重型化鋼軌應(yīng)用在一些軌溫變化范圍較大的地區(qū)時(shí)會(huì)不利于無縫線路的穩(wěn)定性要求。（2）當(dāng)采用重型鋼軌時(shí)，可有效提高軌道承載的最小溫度力值，同時(shí)也能增大軌道的框架剛度，減小軌道的相對(duì)彎曲變形。但其所能允許的線路升溫閾值并不會(huì)有所提高，這表明重型鋼軌在適應(yīng)城市軌道高速和重載的發(fā)展需要時(shí)，具有能延長鋼軌的疲勞壽命和線路大修周期的優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)線路允許溫升的改善是不利的。故在綜合考慮無縫線路穩(wěn)定性時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螚l件和軌溫特點(diǎn)等因素合理選擇鋼軌類型。4.3不同道床阻力道床阻力包括道床橫向阻力和縱向阻力，本次對(duì)不同道床阻力對(duì)無縫線路穩(wěn)定性的計(jì)算主要依托于京承線道床阻力的現(xiàn)場測試結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，主要可劃分為以下四種不同計(jì)算工況，匯總可如表4-2所示。其中以下工況的道床縱橫向阻力均為在縱橫向位移2mm條件下對(duì)應(yīng)的最大阻力值，另外以下工況的軌道條件均為曲線半徑為300m，鋼軌類型為60kg/m鋼軌，軌枕布置方式均為1760根/km，鋼軌與軌枕間采用Ⅱ型彈條連接。表4-2不同工況下道床阻力匯總表對(duì)以上各個(gè)工況進(jìn)行不等波長穩(wěn)定性檢算，其結(jié)果匯總?cè)绫硭?。?-3不同工況下穩(wěn)定性檢算結(jié)果表當(dāng)線路在經(jīng)過不同的保養(yǎng)維修方式時(shí)，例如起撥道，大機(jī)夯實(shí)，搗固回填等等，其道床阻力值會(huì)有所變化。假設(shè)在這四種工況條件下，道床的橫向阻力由于各種保養(yǎng)維修因素從100%變化至30%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的允許溫升和最小溫度力的變化情況如圖4-2所示。（a）不同道床阻力下允許溫升變化曲線（b）不同道床阻力下最小溫度力變化曲線圖4-2不同計(jì)算工況下允許溫升及最小溫度力變化曲線通過上述計(jì)算結(jié)果可知：（1）針對(duì)以上四種工況計(jì)算可知，當(dāng)對(duì)應(yīng)的最大道床阻力值越大時(shí)，其對(duì)應(yīng)的最小溫度力和允許溫升會(huì)有所增加，這對(duì)軌道的穩(wěn)定性是比較有利的。同時(shí)在計(jì)算過程中，可以發(fā)現(xiàn)道床的橫向阻力是影響無縫線路穩(wěn)定性的主要因素，對(duì)道床的橫向阻力采用相關(guān)增強(qiáng)措施，比如更換十字頭軌枕等，可以有效提高軌道的穩(wěn)定性。（2）不同工況下，道床阻力從30%變化至100%時(shí)，線路的允許溫升值和最小溫度力均呈上升趨勢(shì)，且變化近似正相關(guān)，這表明為保證軌道穩(wěn)定性要求需要重視保養(yǎng)維修時(shí)對(duì)道床阻力的影響。（3）工況4、工況1、工況3和工況2，其對(duì)應(yīng)的道床阻力逐漸減小，其穩(wěn)定性的檢算結(jié)果也在減小，這表明十字頭軌枕較Ⅲ型混凝土軌枕更能提高軌道的穩(wěn)定性，Ⅲ型混凝土軌枕在正常狀態(tài)下比起道作業(yè)和大機(jī)作業(yè)狀態(tài)下更能有利軌道的穩(wěn)定性。5城市軌道無縫線路的鋪設(shè)與保養(yǎng)5.1無縫線路的鋪設(shè)工藝一般來說，城市軌道無縫線路鋪設(shè)工藝主要包括鋼軌焊接、軌道鋪設(shè)和鋼軌鎖定3個(gè)環(huán)節(jié)。鋼軌焊接的方法主要有鋁熱焊接法、氣壓焊接法、接觸焊接法等，其中接觸焊接法是我國在鋪設(shè)軌道時(shí)最常用的焊接方法，而氣壓焊接法往往是在無縫線路維護(hù)時(shí)采用。軌道鋪設(shè)法主要有換鋪工具軌法、直鋪法和軌排架法等，其中換鋪工具軌法是利用工具組裝軌排，同時(shí)采用相應(yīng)焊接工藝將標(biāo)準(zhǔn)長度的軌道焊接成設(shè)計(jì)長度長軌條，然后利用工具將長軌條入槽并鎖定，最后拆除工具軌，至此完成一段軌道的無縫鋪設(shè)，換鋪軌法施工程序繁瑣，但是因工藝成熟，質(zhì)量較高，目前為最常用的傳統(tǒng)型軌道鋪設(shè)法；直鋪法是指將已焊接成長軌條的軌道托移至現(xiàn)場，利用工具吊掛軌枕組裝軌排和澆筑道床，待道床成型后進(jìn)行焊接接頭，最后鎖定長軌，限于城市軌道空間的有限性，該方法在城市軌道無縫線路鋪設(shè)中應(yīng)用效果較差；軌排架法又稱“固定接觸焊軌排架法”，是指利用由短軌、工字鋼、方向鎖定器等設(shè)備組成的軌排架施工整體道床，然后利用龍門吊將單個(gè)軌排架吊至施工平臺(tái)組裝短軌排，而后再利用龍門吊將短軌排組成長軌排，長軌排達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)后按要求鎖定并澆筑道床，道床成型后，拆除軌排架，并利用工具將焊接成的長鋼軌入槽，同時(shí)焊接接頭，最后鎖定長軌，該方法施工速度快，省去了換鋪環(huán)節(jié)，但是應(yīng)用設(shè)備較多，鋪設(shè)環(huán)境要求較高，適合于城市軌道、長隧道等無縫線路鋪設(shè)，目前已有推廣應(yīng)用趨勢(shì)。為了防止無縫線路長鋼軌因溫度變化和車輛沖擊力等影響引起的鋼軌收縮斷裂和膨脹變形，必須對(duì)長鋼軌實(shí)施應(yīng)力放散和鎖定。目前，無縫線路應(yīng)力放散和鎖定采用拉伸器滾筒法和自然滾筒法，其中拉伸器滾筒法用于軌溫低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí)，而自然滾筒法用于軌溫符合設(shè)計(jì)鎖定軌溫，放散應(yīng)力時(shí)需要布置位移觀測樁來觀測鋼軌位移量，確保應(yīng)力放散均勻和徹底，相鄰兩長軌要同時(shí)鎖定。5.2無縫線路鋪設(shè)關(guān)鍵點(diǎn)5.2.1軌道部件無縫線路軌道部件主要包括鋼軌接頭、軌枕扣件、道床和軌道加強(qiáng)件，這些部件的安設(shè)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)是確保無縫線路質(zhì)量的基礎(chǔ)。鋼軌接頭必須按照設(shè)計(jì)的軌道預(yù)留縫隙寬度制造，接頭夾板螺栓應(yīng)采用不低于10.9級(jí)強(qiáng)度的螺栓，軌道接口前后6-10根軌枕必須采用高彈性膠墊來確保鋼軌接頭安設(shè)質(zhì)量。軌枕扣件要按軌道鋪設(shè)規(guī)范進(jìn)行安設(shè)，道軌鋪設(shè)后需進(jìn)一步檢查，確保扣件緊固，在采用分開式扣件時(shí)，要依據(jù)松緊相間的安設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布置，軌道加強(qiáng)件符合設(shè)計(jì)要求和安裝規(guī)范即可。5.2.2鎖定軌溫在無縫線路鋼軌鎖定施工時(shí)，軌道不同截面軌溫不盡相同，是故在軌道鋪設(shè)和鎖定時(shí)，要進(jìn)行鎖定軌溫測定，并將所測鎖定軌溫值進(jìn)行平均作為鎖定軌溫。盡管不同所測分段鎖定軌溫不同，但實(shí)際軌道鎖定溫度不得超出鎖定軌溫設(shè)計(jì)值，如若鋪設(shè)軌道時(shí)軌溫相對(duì)較均勻，那么可將長軌道的兩端軌溫的平均值作為該長軌道的實(shí)際鎖定軌溫。當(dāng)鎖定軌溫相鄰兩長軌道溫差較大時(shí)，應(yīng)在焊聯(lián)下一根長軌道前做好前一個(gè)長軌道的應(yīng)力放散工作，根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，同一施工工程中的無縫線路鋼軌最高鎖定軌溫和最低鎖定軌溫之差不得超過10℃，相鄰處兩長軌道鎖定軌溫差不得超過5℃，左右股相對(duì)軌溫差不得超過5℃。5.2.3無縫道岔在進(jìn)行超長無縫線路鋪設(shè)時(shí)，往往將無縫線路和無縫道岔提前鋪設(shè)好，然后在合理的軌溫條件下實(shí)現(xiàn)無縫線路和道岔的焊接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超長無縫線路的整體性。當(dāng)無縫線路和無縫道岔的鎖定溫度不同時(shí)，無縫線路可按照鋪設(shè)無縫線路長軌道相鄰軌溫不超5℃的標(biāo)準(zhǔn)向無縫道岔過渡，最終實(shí)現(xiàn)無縫道岔與相鄰無縫線路長軌道的鎖定溫度基本一致。在進(jìn)行無縫道岔鋪設(shè)前，需要計(jì)算道岔鋼軌強(qiáng)度、道岔穩(wěn)定性和道岔里股伸縮位移和道岔部件的強(qiáng)度等，確保道岔鋪設(shè)后能夠滿足線路運(yùn)行要求。5.3無縫線路的日常保養(yǎng)由于無縫線路其鋪設(shè)工藝、結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)要求等方面有著自身獨(dú)特性，因此在進(jìn)行無縫線路日常維護(hù)時(shí)也有其獨(dú)特性?？紤]到無縫線路受溫度影響較大，因此在進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)充分考慮無縫線路“冬天防斷裂，夏季防膨脹”；在無縫線路保養(yǎng)時(shí)要盡量將保養(yǎng)工作安排在與鎖定軌溫相近的春秋兩季，尤其是高溫夏季嚴(yán)禁安排影響無縫線路軌道穩(wěn)定性的維護(hù)工作，同時(shí)要經(jīng)常檢查各種配件、壓件齊全和緊固，道床保持良好，路基穩(wěn)定無下沉等。無縫線路故障主要有斷軌和脹軌兩種。斷軌多是因?qū)嶋H鎖定溫度偏高，季節(jié)溫差較大和行車密集度高等因素引起，斷軌處理分為緊急處理、臨時(shí)處理和永久處理。緊急處理是指在斷裂處上夾板和螺栓緊急固定，列車慢速通過；臨時(shí)處理是指裂縫較大，采用夾板和螺栓無法固定時(shí)必須臨時(shí)封鎖路線進(jìn)行軌道鉆孔采用扣件和螺栓進(jìn)行固定軌道；永久處理是在裂縫處插入短軌重新在鎖定軌溫的條件下進(jìn)行焊接修復(fù)，修復(fù)焊接多采用氣壓焊接。脹軌多因溫度升高，線路阻力下降導(dǎo)致。在出現(xiàn)脹軌時(shí)可采用澆水或噴灑液態(tài)二氧化碳來降低軌道溫度，降溫順序?yàn)槊涇墐啥讼蛑虚g，待軌道降溫后進(jìn)行撥道恢復(fù)原位置，然后夯實(shí)道床。無縫線路軌道斷裂和脹軌是影響列車運(yùn)行的關(guān)鍵，目前，我國在預(yù)防無縫線路斷裂和脹軌方面采取的措施主要有：（1）了解和掌握無縫線路鋼軌斷裂和脹軌發(fā)生的主要影響因素，將冬夏兩季作為管理的重中之重；（2）在進(jìn)行無縫線路鋪設(shè)時(shí)，正確掌握鎖定軌溫，及時(shí)調(diào)整實(shí)際鎖定溫度，嚴(yán)禁違章、違規(guī)作業(yè)；（3）按照既定標(biāo)準(zhǔn)施工道床和鋪設(shè)道渣，確保道床穩(wěn)固，道渣均勻。飽滿和堅(jiān)實(shí)；（4）在保養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)軌向、軌道高低不符合設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，及時(shí)采取防脹軌措施；（5）加強(qiáng)無縫鋼軌的防爬觀測檢查工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無縫線路鋼軌爬行異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理；（6）在進(jìn)行無縫線路扣件松開作業(yè)時(shí)，施工溫度盡量接近鎖定軌溫，當(dāng)與鎖定軌溫相差超過10℃時(shí)嚴(yán)禁起道、撥道等。6結(jié)論我國城市軌道目前形成了多種無縫線路穩(wěn)定性技術(shù)理論，通過對(duì)“無縫線路不等波長理論”等相關(guān)理論研究分析可知，無縫線路的穩(wěn)定性與線路的曲線半徑、道床阻力、軌道框架剛度、軌道初始不平順、鋼軌類型等因素有關(guān)。在R=300~600m的小半徑曲線地段，當(dāng)曲線半徑每增加50m，其允許溫升上升3℃左右，同時(shí)隨著曲線半徑的不斷擴(kuò)大