铁路线路论文：区域铁路线路设计问题诌议

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作者：李建强 单位：铁一院兰州铁道设计院有限公司

由于大何线列车牵引质量为10000t，存在站前长大坡道地段(重车13‰制动地段)，且存在平面最小曲线半径等情况，因此，在设计过程中应充分考虑线路的实际特点，对该地段的锁定轨温进行单独设计，合理确定锁定轨温。轨道结构加强保持轨道结构稳定性的轨道阻力包括道床纵向阻力、道床横向阻力和扣件扭矩等方面。为保持轨道几何状态的稳定，应在曲线外侧对道床进行加宽、加高，内侧保持道床饱满，同时注意轨道框架的加强，确保轨道几何方向的良好。在大何线无缝线路设计中，充分考虑重载铁路的受力特点，采用重型预留特重型轨道结构标准，铺设Ⅲ型混凝土轨枕及相应弹条扣件，双层碎石道床;800m及以下曲线半径地段采取外侧道床加宽、加高并设置轨道加固桩(必要时)等措施，确保轨道整体框架结构状态的稳定，同时建议在后期轨道维修、更换轨枕和清筛道床等过程中，采取限制行车速度，利用重载列车的自重使道床达到稳固状态的措施。列车的动荷载作用轨道初始弯曲(包括初始塑性弯曲和初始弹性弯曲)是影响无缝线路稳定性最敏感、最直接的原因。钢轨的初始塑性弯曲大多是在轧制、运输、焊接和铺设过程中形成，初始弹性弯曲是在轮轨之间相互作用，特别是横向力作用下形成的。在轨道方向不良地段，轮轨的相互作用会进一步加剧轨道几何形位的变化，在竖向荷载作用下会引起轨道上浮，使得轨道局部横向阻力减少，从而引发胀轨跑道。可以说，温度压力过大、轨道几何状态不良(尤其是道床的饱满及密实程度)、列车的动荷载作用是造成重载线路胀轨跑道的主要原因。温度压力的增加是造成无缝线路锁定轨温升高的主要因素，道床的饱满和密实是道床纵向、横向阻力满足要求的主要保障，而列车的动荷载作用则会对锁定轨温、横向位移和横向阻力产生影响。因此，需要综合考虑以上因素，分析重载铁路无缝线路的胀轨机理，分不同路段确定合理温升，确保行车安全。

影响重载铁路无缝线路允许温降的主要因素有断缝允许值、钢轨焊缝强度和特殊地段附加纵向力等因素。钢轨断缝允许值列车低速行驶时，断缝允许值可适当加大，据铁科研的研究结果分析，列车以85km/h时速通过138mm断缝时，车辆、轨道的各项力学和几何参数均在安全范围内，目前建议的断缝允许值8cm在低速行驶下是安全的。钢轨焊缝强度随着科技的不断进步，国内的钢轨生产工艺和焊接工艺得到不断发展，焊接接头部位的强度可以得到充分保证，焊接强度可达钢轨母材的95%～105%，各项性能指标均可以达到铁路行业要求，钢轨焊缝处发生断轨的可能性不大。特殊地段附加纵向力采取式(1)计算所得中和轨温，可能会给无缝道岔等特殊地段带来不利影响，由于在基本轨限位器附近产生较大附加纵向力Pa(其值约为区间无缝线路的1/3)，无缝道岔锁定轨温偏低会引起基本轨和尖轨弯曲变形，威胁行车安全。同时，在确定无缝线路的锁定轨温时，也要考虑道岔、桥梁等特殊地段附加纵向力的影响。由于大何线所处地区的极端历史最低气温可达－34.5℃，在设计过程中必须进行断缝允许值和特殊地段附加纵向力检算(连续梁桥及无缝道岔地段)，如果轨温变化幅度太大，单一锁定轨温已不能满足轨道结构的安全运营要求，可在桥梁、无缝道岔等地段设置钢轨伸缩调节器，以满足运营需求。

合理确定锁定轨温只是保障重载铁路运营安全的基本要求，运营过程中更应该保持日常锁定轨温的准确性，加强轨温监控。对由于线路爬行或其它原因引起的锁定轨温变化路段，要及时做好应力放散工作，并使线路轨温保证在设计锁定轨温范围内。同时，要求对铺设无缝线路的长钢轨的初始顺直度进行检查，保证线路的初始方向圆顺，各项几何尺寸偏差在限制范围内。设计时对小半径曲线地段应在线路外侧对道床进行加宽、加高，增加道床横向阻力，特殊区段还应设置钢轨加固桩和线路防爬设备，保障线路状态良好，提供充足的抵抗轨道弯曲变形和保持稳定的能力。通过计算得到曲线半径800m区段允许温升［Δtc］为50.86℃，由断缝决定的允许温降［Δtd］为65.11℃，所得设计锁定轨温为(17±5)℃，其温升、温降幅度均在允许范围内。但据此计算伸缩区长度及预留轨缝发现，因温差较大，预留轨缝难以取值，故最终确定设计锁定轨温为(17±3)℃，同时要求加强伸缩区的轨道结构阻力，并注意位移观测桩的设置与观测。本文结合大何线重载铁路无缝线路的设计问题，通过重载铁路无缝线路稳定性和强度的主要影响因素的分析，提出无缝线路设计应注意的一些关键问题及解决办法，并在实际设计过程中得到运用，确保设计符合要求，保障后期的运营安全。