一 前言
無縫線路（continuously welded rail track）是將許多根標(biāo)準(zhǔn)長度鋼軌焊接成相當(dāng)長的軌條并鋪布在軌枕上的線路。它比普通線路接縫少，列車沖擊振動(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)展方向，是鐵路現(xiàn)代化的主要內(nèi)容之一。無縫線路被公認(rèn)為是20世紀(jì)軌道結(jié)構(gòu)最突出的改進(jìn)與創(chuàng)新。
1.1無縫線路基本原理
在普通軌道上，鋼軌長度一般只有12.5 m或25 m，在接頭處都留有軌縫，鋼軌隨軌溫的變化可以伸縮。無縫線路上，鋼軌長度在1 000m以上，這種軌道是被“鎖定”著的，當(dāng)軌溫發(fā)生變化時(shí)，鋼軌不能自由伸縮，在內(nèi)部產(chǎn)生一種力，稱為溫度力。夏天軌溫升高，鋼軌欲伸長，但因受阻力影響而不能實(shí)現(xiàn)，從而轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)變，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。冬季軌溫降低，鋼軌欲收縮，但因受阻力影響而不能實(shí)現(xiàn)，從而轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)變，在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。這是無縫線路區(qū)別于一般線路的根本特點(diǎn)。
由理論計(jì)算和運(yùn)營實(shí)踐表明：無縫線路內(nèi)部的溫度力的大小與軌溫的變化幅度成正比關(guān)系，而與鋼軌的長度無關(guān)，所以，在一定的溫度變化條件下，只要軌道的強(qiáng)度與穩(wěn)定能夠得到保證，無縫線路的長度可以不受限制。但在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到自動(dòng)閉塞區(qū)段絕緣接頭的設(shè)置，橋梁、隧道、道叉的銜接及施工、維修的方便，無縫線路的長度一般為1～2km，兩端還鋪有短軌作為“緩沖區(qū)”，致使此種無縫線路中尚有10%左右的有縫線路。
1.2無縫線路鎖定軌溫
將焊接長鋼軌鋪在軌枕上，并予以鎖定時(shí)的鋼軌溫度。當(dāng)鋼軌全部被鎖定時(shí)，鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力等于零，所以又稱“零應(yīng)力軌溫”。選擇鎖定軌溫的原則是以冬季鋼軌不折斷，夏季不發(fā)生脹軌跑道，并根據(jù)各個(gè)地區(qū)的軌溫變化情況進(jìn)行檢算和調(diào)整，一般以高于本地區(qū)的中間軌溫比較適宜。例如，中國北京地區(qū)最高軌溫為62.6℃，最低軌溫為－22. 8℃，中間軌溫就是19. 9℃，而設(shè)計(jì)鎖定軌溫一般采用24℃。每一根焊接長鋼軌的鎖定軌溫各不相同，必須如實(shí)記錄，作為技術(shù)資料，以便今后計(jì)算軌溫升降變化幅度時(shí)的依據(jù)。
由于軌溫時(shí)刻在變化，而鋪軌工作需要一定的時(shí)間才能完成，所以將鋪軌軌溫范圍定為T±5℃。無縫線路的施工，必須在這個(gè)軌溫范圍內(nèi)完成鋪設(shè)鎖定工作，并把當(dāng)時(shí)測量的軌溫定為這一段無縫線路實(shí)際的鎖定軌溫。它是重要的技術(shù)資料，是計(jì)算軌溫變化幅度的依據(jù)。
1.3無縫線路溫度力的分布及組成
無縫線路內(nèi)部的溫度力，是由焊接長鋼軌的自由伸縮受限制而產(chǎn)生的，而限制長鋼軌自由伸縮的因素是阻力。在無縫線路焊接長鋼軌的兩端，限制其自由伸縮的阻力是接頭阻力，在無縫線路的全長范圍內(nèi)，限制其自由伸縮的阻力是道床縱向阻力。
溫度力沿鋼軌長度的縱向分布圖稱為溫度力分布圖，圖中橫坐標(biāo)表示焊接長鋼軌的長度，縱坐標(biāo)表示溫度力。由圖可見，溫度應(yīng)力式無縫線路分為固定區(qū)、伸縮區(qū)和緩沖區(qū)。固定區(qū)是長鋼軌不因軌溫變化而伸縮的區(qū)段；伸縮區(qū)在長鋼軌的兩端，一般長約50～100m；緩沖區(qū)有2～4根標(biāo)準(zhǔn)長（12.5m或 25m）鋼軌組成，以便于設(shè)置軌縫。普通無縫線路的固定區(qū)及其兩端伸縮區(qū)的總長，一般為1 000～2 000m，如因其他設(shè)備或施工條件限制時(shí)，不短于300m。
無縫線路溫度力分布及組成圖：
1.4無縫線路發(fā)展
隨著列車軸重和速度的增加，對軌道平順性的要求越來越高。超長軌節(jié)無縫線路在不少國家得到較快發(fā)展，截至1992年底止，德國有92.3%的線路鋪設(shè)了這種軌道，西歐許多國家也得到了廣泛的采用。中國1997年全路鋪設(shè)的無縫線路已占正線里程的31%，并且鋪設(shè)了幾公里至上百公里的超長軌節(jié)無縫線路。在秦皇島—沈陽客運(yùn)專線鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。
1.5無縫線路的鋪設(shè)
無縫線路的鋪設(shè)主要工程項(xiàng)目，由鋼軌焊接、裝運(yùn)與鋪設(shè)三項(xiàng)作業(yè)組成。
1.5.1鋼軌焊接
分廠焊與工地焊。①廠焊是由焊軌廠將無孔的標(biāo)準(zhǔn)軌，用氣壓焊法或接觸焊法焊成長250～500m的長鋼軌。經(jīng)質(zhì)檢合格后，由長鋼軌運(yùn)輸列車運(yùn)至鋪設(shè)現(xiàn)場。廠焊的工藝流程見下圖2。 ②工地焊是在鋪設(shè)工地用小型氣壓焊機(jī)按設(shè)計(jì)長度將長鋼軌焊聯(lián)成長軌條。工地焊接亦稱聯(lián)合接頭焊接。焊接時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在0℃以上，焊后探傷并熱處理。
（圖2）
1.5.2長鋼軌的裝運(yùn)
承軌臺上存放的長鋼軌，裝運(yùn)時(shí)應(yīng)注意①每根長鋼軌的起吊、橫移、下落的操作要保持同步；②下落就位要準(zhǔn)確到位；③每裝好一層，要立即上好長鋼軌間隔鐵，同時(shí)緊固長鋼軌鎖定裝置，嚴(yán)防列車運(yùn)行中長鋼軌橫向移位或縱向串動(dòng)；④列車的押運(yùn)人員，要作好監(jiān)護(hù)，途中停車要進(jìn)行檢查，確保運(yùn)行安全。長鋼軌運(yùn)至工地后，卸軌操作人員，按卸軌操作工藝，將長鋼軌卸下，放在軌枕兩側(cè)端部。
1.5.3 封鎖前的準(zhǔn)備
①方正長軌條始終端；②埋設(shè)位移觀測樁；③撥順并串動(dòng)長軌條，放散初始應(yīng)力，使始端撥入時(shí)能與線路上鋼軌吻合；④備齊終端龍口軌和鋸軌機(jī)等工具；⑤散布扣件及橡膠墊板、墊片。在封鎖前的慢行時(shí)間，軌枕扣件隔一卸一，卸下始終端各兩套接頭螺栓。
1.5.4 長軌條的鋪設(shè)
在封鎖時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。用Ⅰ型或Ⅱ型換軌車作業(yè)，從長軌條一端向另一端依次撥入新軌撥出舊軌，換軌車行進(jìn)速度（即作業(yè)效率）每小時(shí)1～2km。Ⅱ型換軌車提高了走行的平穩(wěn)性和作業(yè)效率，并克服了新軌撥入與舊軌撥出時(shí)的交叉干擾。施工領(lǐng)導(dǎo)人要準(zhǔn)確記錄長軌始、終端落槽時(shí)軌溫，其平均值為鎖定軌溫，如鎖定軌溫不在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)，鋪后必須進(jìn)行應(yīng)力放散或調(diào)整，并重新鎖定。低溫鋪設(shè)時(shí)，要配備鋼軌拉伸器張拉鋼軌，提高鎖定軌溫值，使之符合設(shè)計(jì)規(guī)定。終端落槽合攏時(shí)，嚴(yán)禁用氧乙炔焰切割鋼軌或撞軌合攏。長軌條鎖定后應(yīng)立即做好位移觀測標(biāo)記。線路開通后應(yīng)全面按標(biāo)準(zhǔn)復(fù)緊扣件、調(diào)整軌距、整正線路。
1.6跨區(qū)間或全區(qū)間長軌條的鋪設(shè)
按每段長度為1500m左右依次鋪設(shè)，以一個(gè)封鎖點(diǎn)鋪設(shè)鎖定的軌條長度為管理單元，鋪設(shè)方法分為連入法鋪設(shè)和插入法鋪設(shè)。
1.6.1 連入法鋪設(shè)
軌溫處在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍以內(nèi)或以下，適用此法。進(jìn)行換軌作業(yè)時(shí)，如軌溫適度，先將新鋪單元長軌條始端與已鋪的相鄰單元長軌條終端直接焊連。如軌溫低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫的下限，新軌落槽后，每15 m左右支墊一滾筒，先拉伸后焊連，使鎖定軌溫符合設(shè)計(jì)要求。焊連時(shí)采用具有拉伸功能的小型氣壓焊機(jī)焊接，便于拉伸到位后立即施焊。電氣化區(qū)段采用不停電換軌作業(yè)方法施工，用待鋪的單元長軌條作為接觸網(wǎng)的臨時(shí)回流線，遇有膠結(jié)絕緣接頭，必須設(shè)置臨時(shí)接續(xù)線。
電化區(qū)段不停電換軌作業(yè)，必須解決因拆出舊軌鋪入新軌而中斷的接觸網(wǎng)回流通道問題。為此，利用了待換的長軌條作為接觸網(wǎng)回流通道。長軌條兩端各采用長度分別為30m和4m截面積為70mm2 的銅線兩根，采用新舊鋼軌交替連接的方法，解決了鋪軌時(shí)新舊軌進(jìn)出換軌車龍口時(shí)回流通道不中斷的問題。具體做法：①線路封鎖后，在長軌條的連入端（始端）用兩條各長30m的銅線，將線路上已換入的新軌與待軌長軌條連接起來，連接點(diǎn)見圖3之（a），A，B和A1，B1；在長軌條的合攏端用兩條各長4 m的銅線，將待換長軌條與線上舊軌連接起來，連接點(diǎn)見圖3 之（a），C，D和C1，D1；連好后拆除舊軌始終端的接續(xù)線。②將新舊長軌條引進(jìn)各自的龍口后，換軌車即可前進(jìn)，待新軌落槽換軌車暫停，用兩條各長4 m的銅線將合攏軌連接起來，連接點(diǎn)見圖3 之（b），E，F(xiàn) 和E1，F(xiàn)1，連好后拆除長30 m的銅線，換軌車啟動(dòng)作業(yè)。③換軌車臨終端之前停車，用始端拆下的30 m長銅線，將換軌車龍口之后鋪設(shè)中的長軌條與線路上合攏端的舊軌連接起來，連接點(diǎn)見圖3之（c），G，H和G1，H1,連好后立即拆除4 m長的連接銅錢，換軌車?yán)^續(xù)前進(jìn)，直至新舊軌合攏。
