跨区间无缝线路设计及其养护维修毕业设计 1.docx
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跨区间无缝线路设计及其养护维修毕业设计1
跨区间无缝线路技术及养护维修
毕业设计任务书
跨区间无缝线路技术的探讨目的在通过研究其所运用的主要技术，以此来更好的对跨区间无缝线路的设计及其养护维修提供技术支持。
跨区间无缝线路的养护维修目的在于保障、恢复甚至提高原运营能力，进一步提高铁路运输能力，加强线路技术条件，综合提高线路的设备质量，提高行车速度和承载能力。
跨区间无缝线路是轨道结构的一项重要技术，是世界铁路线路未来的必然发展趋势，是提高列车运营速度的技术保证措施之一。
一、毕业设计的主要内容
1、开题报告（按有关要求填写）
2、探讨跨区间无缝线路的优势及其发展的条件
3、跨区间无缝线路的基本结构与基本原理
4、跨区间无缝线路设计
5、跨区间无缝线路养护维修方法
6、专题研究（常见病害及处理维修措施）
二、线路资料及主要技术指标
根据你单位工务部门的实际资料，选取一段10公里多的线路，该段线路要含桥梁。
需要掌握以下数据。
（仅供参考，以你单位工务部门的实际资料为准）
设计地区：
1、铁路等级为Ⅰ级，正线数目为双线，闭塞类型为自动。
2、牵引种类为电力，机车类型为客车动车组及SS（Vmax=160Km/h），货车为SS（Vmax=80Km/h），到发线有效长为850m/1050m。
3、直线线间距为4.4m，最小曲线半径为3000m，困难为2800m，限制坡度为4‰，最小坡段长度一般不小于400m，个别困难条件下不小于200m，竖曲线半径15000m。
4、限制坡度：
12‰。
5、钢轨：
60Kg/m（U71Mn）,D（夏季）=35000N/mm,D（冬季）=45000N/mm。
6、轨枕：
Ⅱ型混凝土枕，1840根/Km，弹条Ⅱ型扣件。
7、道床：
最小厚度为30cm，肩宽40cm。
8、轨温：
Tmax=60.5℃，Tmin=-21℃。
9、其它所需资料查阅有关资料。
三、主要采用的技术路线
1、收集现有线路设计资料，了解其设计原理和方法，研究概况。
2、明确线路大修的目的、意义及内容和设计原则，按技术标准要求和设计目标要求进行平、纵断面设计。
3、依据工程的情况及特点，综合考虑跨区间无缝线路及其养护维修的相关技术。
四、其他需要说明的问题
1、论文要求和格式、日期按学校要求完成
2、运用相关资料，对设计要从全局上把握，思路清晰，有个人独到得见解。
3、培养综合分析问题的能力。
五、前期工作
查询资料，准备设计参数，写出开题报告（文献综述、选题目的及意义、研究方案、进度计划）；
补充学习必要的计算机和绘图语言；
建立和规定好自己的工作计划；
初步进行对应题目的研究设计工作。
开题报告完成后要让教师审阅。
六、参考文献
AutoCAD使用手册
中国铁道出版社出版的相关资料，如：
《铁道工程教材》
《铁路施工技术设计手册—线路分册》
《铁路线路大修工程》（王其昌）
《铁路无缝线路》（广钟岩）等
摘要
跨区间无缝线路是同重载高速铁路相适应的轨道结构，由于彻底实现了线路的无缝化，提高了轨道结构强度，优化了行车条件，改善了线路工况，减少了养护维修材料和劳力消耗，突出了无缝线路的优越性，已成为了我国铁路线路的主要发展方向。
论文对跨区间无缝线路的发展进行了综述，介绍了我国在这方面所进行的多次试验，总结了大量的实践经验，认为钢轨焊接质量的提高，胶接绝缘接头的成功，可动心轨道岔的研制，是推广跨区间无缝线路的根本保证。
阐述了无缝线路的基本结构和基木原理。
由于跨区间无缝线路要与道岔焊在一起，而且道岔本身也应焊连成无缝道岔，为适应高速重载运输，对轨道结构有较高的要求。
认为使用6Okg/m及以上钢轨、Ⅱ、Ⅲ型混凝土轨枕，Ⅱ、Ⅲ型弹条扣件，胶接钢轨绝缘接头、优质道砟、无缝道岔是与跨区间无缝线路相适应的轨道结构。
研究了跨区间无缝线路的两项关键技术，即钢轨绝缘接头的处理和可动心轨无缝道岔的应用,研制了两种钢轨绝缘接头胶接技术，比较了厂制胶接轨与胶接绝缘夹板的使用效果，认为胶接绝缘夹板是一种可以替代厂制胶接轨的实用技术，更便于跨区间无缝线路的推厂应用。
总结可动心轨无缝道岔的结构特点，养护维修技术条件，认为该道岔是实现无缝线路跨区间的重要结构保证。
着重论述了跨区间无缝线路的养护维修技术条件、技术标准及方法。
提出跨区间无缝线路铺设前，应对线路进行整修，铺设初期仍要继续整修，是发挥无缝线路优越性的基础工作：
在日常养护维修中，要严格控制锁定轨温变化，使无缝线路经常保持稳定状态;无缝道岔更是养护维修中的重点，加强岔区锁定，确保岔区的大平大向，及早处理基础问题，达到“下部稳、上部准”，提高岔区的质量，可以延长跨区间无缝线路设备使用寿命。
关键词：
跨区间无缝线路、胶接绝缘钢轨、胶接绝缘夹板、可动心轨、无缝道岔、维修养护
Abstract
InterregionalLWRisakindoftrackstructurewhichappliesforhighspeedandheavyhauloperation.Becauseofjointfreerail,trackstructureisstrengthen,ridingconditionisoptimized,railwayconditionisimproved,materialofmaintenanceandconsumeofstaffisreduced,andadvantageofLWRisobvious.SoLWRhasbeentrendofrailtrackdevelopmentinchina.
ThedevelopmentofinterregionalLWRissummarized,manytestinthisdomaininourcountryisintroduced,andagreatdealofpracticeexperienceissummedupinthispaper.Accordingtotheseexperience,Ithinkthatimprovingthequalityofrailweld,successofgluedinsulatedjointanddevelopingswingnosefrogarepreconditionofgeneralizinginterregionalLWR.
BasicstructureandtheoryofLWRareelaboratedinthispaper.Inordertomeettherequirementofhighspeedandheavyhauloperation,interregionalLWRandturnoutshouldbeweldedtogether,andturnoutmustbeweldedintojointfreeturnout.Itcanbeconcludedthat60Kilogrampermeterorheavierrail,modelⅡandⅢconcreteties,modelⅡandⅢfastenings,gluedinsulatedjoint,highqualityballast,andjointfreeturnoutaretrackstructureswhichaccordtointerregionalLWR.
TwokindsofkeytechnologyforinterregionalLWR,disposalofgluedinsulatedjointandapplicationofswingnosefrogturnout,areresearchedinthispaper.Twokindsoftechnologyforgluedinsulatedjoint,gluingrailinfactoryandgluedinsulatedbar,arealsodeveloped.Comparingeffectofgluingrailinfactorywithgluedinsulatedbar’s,Ithinkthattechnologyofgluedinsulatedbarismoreappliedandmoreconvenienttogeneralizeonthespot.Characterofstructureandconditionofmaintenanceforswingnosefrogturnoutaresummarized,then,itcanbeconcludedthatturnoutisakeypointofpavinginterregionalLWR.
Maintenancetechnicalspecifications,technicalstandardandmethodsofgluedinsulatedjointandapplicationofswingnosefrogturnout,areresearchedinthispaper.Twokindsoftechnologyforgluedinsulatedjoint,gluingrailinfactoryandgluedinsulatedbar,arealsodeveloped.Comparingeffectofgluingrailinfactorywithgluedinsulatedbar’Ithinkthattechnologyofgluedinsulatedbarismoreappliedandmoreconvenienttogeneralizeonthespot.Characterofstructureandconditionofmaintenanceforswingnosefrogturnoutaresummarized,then,itcanbeconcludedthatturnoutisakeypointofpavinginterregionalLWR.
Maintenancetechnicalspecifications,technicalstandardandmethodsofinterregionalLWRaredissertedinthispaper.ItcanbebroughtforwardthatthetrackshouldberebuildbeforepavinginterregionalLWR,andinearlydays,thetrackshouldalsoberepaired,InordertokeepLWRstable,preferredraillayingtemperaturemustbecontrolledstrictlyindailymaintenance.Maintenanceofjointfreeturnoutisemphasesintrackmaintenance.InordertoextendservicelifeofequipmentsforinterregionalLWR,theturnoutshouldbelockedstrengtheningly,andproblemsofbaseshouldbesolvedintime.
Keywords：
interregionalLWR;gluedinsulatedrail;gluedinsulatedbar;swingnoseturnout;maintenance
绪论
中国地大物博人口众多，因此我国对运量大、速度快、能耗小、成本低、环境污染小、安全性高、舒适性高、可靠性高的铁路需求很高。
而铁路作为连接我国的大动脉在拉动中国经济飞速发展方面又起到了决定性的作用。
铁路线路设备是铁路运输业的基础设备。
它常年裸露在大自然中，经受着风雨冻融和列车荷载的作用，当线路运营时间过长时，线路各项技术指标都会发生变化，线路的方向、高低、道床厚度等等轨道几何尺寸不断变化，路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，因而使线路设备的技术状态不断地发生变化。
这些情况的发生将威胁到铁路运行的安全，必须及时根除。
为满足运输要求，我们需要对线路进行维修,以使其恢复原设计运行能力。
甚至提高铁路的运营能力。
此外线路从铺设之初就应当对其进行必要的养护，对于线路我们应当始终坚持养护为主维修为辅的策略。
无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。
无缝线路是将许多根标准长度钢轨焊接成相当长的轨条并铺布在轨枕上的线路。
在普通线路上，由于采用的是标准长度钢轨，每公里线路上就要有160个（12.5m钢轨）或80个（25m钢轨）接头。
钢轨接头是铁路线路的薄弱环节，由于轨缝的存在，列车通过时发生冲击和振动，其冲击力最大可达非接头区的3倍以上。
这种冲击力影响列车的平顺和旅客的舒适，并促使道床硬结、溜坍、混凝土轨枕损坏破裂，加速钢轨和联结零件的磨耗和伤损。
接缝的存在也降低了钢轨和机车车辆的使用寿命，并增加它的养护维修费用。
无缝线路由于消灭了大量的接头，因而冲击振动少，运行平稳，旅客舒适；降低轨道养护维修费用；延长钢轨和机车车辆使用寿命；减轻机车车辆冲击轨缝的噪声，有利于环境保护；是轨道结构的发展趋势，是铁路现代化的主要内容之一。
跨区间无缝线路是轨条长度跨区间且轨条与道岔直接连接的无缝线路。
它最大程度地减少了钢轨接头，实现了线路的无缝化，消除了缓冲区和伸缩区的影响，是当代无缝线路的重要发展。
跨区间无缝线路用胶接绝缘接头替代了原有缓冲区的绝缘接头。
整体性好、强度高、刚度大、绝缘性能好、寿命长、养护少的胶接绝缘接头研制成功是跨区间无缝线路得以发展的重要保证。
跨区间无缝线路在现场的焊接和施工。
跨区间无缝线路由于施工技术条件和运营条件所限，不可能在一个天窗时间内一次铺设完成，只能把跨区间无缝线路分成若干单元轨条。
通常把一次铺设的轨条叫单元轨条。
道岔区及前后约200m的线路作为一单元。
要求每单元长轨在焊联后的锁定轨温相同。
为保证跨区间无缝线路锁定轨温一致，在铺设施工中，如何组织施工、安排施工程序，使得铺设、焊接、放散应力、锁定等工作有序进行，是一个关键问题。
跨区间无线线路的维修养护方法：
跨区间无缝线路的基本原理与普通无缝线路是一致的，因此原有的普通无缝线路维修养护方法仍然适用。
但现有的普通无缝线路存在缓冲区，如对无缝线路进行较长区段的破底清筛，或抽换轨枕作业，尤其进行大修作业或出现温度力不均匀等情况时，往往可以放散应力后施工。
对于跨区间无缝线路，实施起来就比较困难，这时作业的轨温条件可能就会控制得很严，同时应配备有快速切割、换轨方便、焊接简便等相应的施工设备，便于处理各种应急情况。
道岔区轨道受力情况：
道岔里侧轨两端的受力状况不同，其一端承受巨大的温度力，而另一端近似为自由端（尖轨或可动心轨），相当于普通无缝线路的伸缩区。
为了控制尖轨或可动心轨的位移以便保证转换要求，通常在尖轨及心轨跟端设置相应的传力部件，与岔枕等部件一起，使里侧轨的温度力向基本轨传递，基本轨承受附加温度力。
因此无缝道岔内各轨条间存在极为复杂的承力、传力和位移关系。
第一章跨区间无缝线路技术
1.1跨区间无缝线路的发展
各种轨道结构的应用和发展，主要取决于运营的效果。
现代铁路为实现重载、高速运输，而改善轨道结构的最佳措施，当属超长无缝线路的发展与应用。
在二十世纪的50～60年代，无缝线路开始在干线上大量应用，当时主要采用50kg/m级的钢轨，其中50%铺设在木枕和钢枕上。
焊接和铺设技术都不够完善，因而长轨条的长度不可能很长。
直至70年代以前，欧美等国无缝线路的长轨条长度如下图所示：
70年代以前欧美等国无缝线路长轨条长度（m）
国家
德国
美国
澳大利亚
加拿大
匈牙利
波兰
长轨条长度
440
440
600
440
600
600
国家
前苏联
意大利
英国
法国
比利时
印度
长轨条长度
800
600
800
800
800
800
表1-1-1
70～80年代多使用60kg/m级钢轨焊接长轨条。
高强度合金轨、耐磨轨的问世，提高了无缝线路在重载、高速铁路上的应用效果。
世界各国基地焊接基本上以接触焊为主，焊接接头的各项机械性能和外观检查均能达到钢轨母材的检查标准。
铺设与养护技术也日臻完善。
这一时期，无缝线路的结构型式以温度应力式为主，长轨条长度等于自动闭塞分区的长度，约为1000～2000m，相邻长轨条之间设置缓冲区或伸缩调节器联接。
80年代以来，高强度、高韧性、长寿命的胶接绝缘接头在国外铁路上广泛应用。
同时，法国在巴黎东南高速铁路和大西洋沿岸高速铁路使用感应式无绝缘轨道电路，德国在汉诺威——维欠茨堡和曼海姆——斯图加特两线使用音频式无绝缘轨道电路，为取消（或减少）缓冲轨，发展超长无缝线路创造了条件。
目前欧洲铁路无缝线路的轨条设计，除了临近小半径曲线或桥隧建筑物，轨条不得不断开外，一般区间都焊联成一体。
就文献资料介绍，英、法、德及日本的无缝线路最长长度如下：
英国最长的一段无缝线路从尤斯敦至格拉斯哥645km;法国在巴黎——里昂——马赛，巴黎——勒芒，巴黎——莫城高速铁路上，大量无缝线路贯穿区间，其中最长的一段无缝线路长达50km;德国区间无缝线路与车站道岔焊接，与无缝线路直接焊联的道岔达11万组;日本在全长53.83km的青函隧道内12‰的坡度上，铺设了一段轨条长度达53.78km的无缝线路。
各国铁路铺设超长无缝线路大多是客运为主的铁路线上，俄罗斯铁路在货运密度110Mt·km/km货运为主的干线上也铺有超长无缝线路。
在国内，60年代曾在广深、胶济线试铺长度8km的无缝线路，1980一1981年北京铁路局在京山线试铺两段长度各为7.68km和7.64km的无缝线路，后因焊接接头折断数量太多，胶接绝缘接头短期失效，不得不终止试验。
近年来，随着我国铁路现代化的发展，铁道部有关单位在经过较长时间技术准备的基础上，于1993年至1994年分别在京广、京山、大秦线上试铺了4段长达20余km的超长无缝线路，并于1995年10月在北京茶坞召开了“全路超长无缝线路学术研讨会”，同时铁道部在制定《铁路工务主要技术装备政策》时，明确规定在继续扩大无缝线路铺设范围的同时，要“大力发展超长无缝线路，在京广、京哈、京沪等主要干线和广深、大秦等高速、重载线路要优先发展跨区间超长无缝线路”。
从此，我国主要干线加快了铺设超长无缝线路的步伐。
1.2跨区间无缝线路的优点
1、提高轨道结构强度
由于跨区间无缝线路轨条长度贯通区间，并与车站道岔焊联，取消或减少了缓冲区，最大限度地消除了作为轨道薄弱环节的钢轨接头，减少了钢轨接头病害的发生和发展，同时又推动了无缝道岔技术的开发应用，从而全面提高了轨道的整体结构强度和平顺性。
2、优化行车条件
跨区间无缝线路由于大量消除了普通钢轨接头，尤其是道岔的无缝化，进一步优化了列车运行的工况。
据铁道科学研究院轨道结构室在京广、成昆线测得，旅客列车速度V=80～100km/h通过不同的钢轨连接接头，车辆簧下质量的垂直振动加速度如下表所示。
在跨区间无缝线路上，由于钢轨接头的消除，因而优化了列车运行条件。
车辆簧下质量的垂直振动加速度
接头类型
焊接接头
伸缩调节器
有缝钢轨接头
加速度（g）
2.5～5.0
7.0～8.0
10～20
表1-2-1
3、改善无缝线路工况
由于跨区间无缝线路的长轨条在相当长距离内，没有伸缩区和缓冲区，轨条之间可以直接传递纵向力和位移，因此伸缩区和缓冲区的缺点自然不复存在。
尤其是伸缩区与固定区交界处因温度循环而产生的温度力峰，以及由于道床的弹塑性特征，而造成伸缩区因过量伸缩不能复位而产生的温度力峰，都由于伸缩区的消失而消失，从而有利于轨道的稳定。
也由于轨条长度的延长，提高了轨道防爬能力，减少了引起纵向力分布不均的因素。
锁定轨温比较容易保持，从而改善了无缝线路工作状态，提高了轨道的安全性和可靠性。
4、减少养护维修材料和劳力消耗
在运营线上的整段无缝线路中，缓冲区的轨料配件伤损和投入养护维修的劳力占了相当大的比例，铺设跨区间无缝线路，由于取消（或减少）了缓冲区，因而轨料消耗、养护维修工作量将显著减少，产生明显的经济效益。
缓冲区的轨料消耗及养护维修用工
统计铁路
前苏联南乌拉尔
日本山崎
保线分区
中国长大线
统计项目
钢轨伤损
（P65型）
轨枕
破损
橡胶垫层破损
养护维修
用工
养护维修
用工
占整段无缝
线路（%）
65
48
28
45
40
表1-2-2
1.3发展跨区间无缝线路的有利条件
我国铁路正大力发展重载、高速运输，与之相适应工务必须实现轨道结构现代化，加速发展无缝线路。
为此，我国铁路科研、设计、施工、养护等部门经过艰苦努力，为在主要干线大量铺设跨区间无缝线路创造了极为有利的技术、物质条件。
1.3.1无缝线路四个难题的突破
经过科技工作者的大量研究试验，在我国寒冷地区、小半径曲线、大坡道及桥上“四大禁区”铺设无缝线路，取得了突破性进展，扩大了无缝线路铺设范围，并为广泛应用跨区间无缝线路奠定了基础。
1、允许铺设的最大轨温幅度
1984～1986年铁科院的环行试验基地进行了无缝线路动态稳定性试验及计算理论的研究，建立了稳定性计算公式，于1987年通过鉴定，并对我国铺设无缝线路允许轨温幅度进行了计算。
按照我国轨道结构标准、行车及线路条件，经计算得到允许铺设无缝线路最大轨温幅度，扩大了无缝线路铺设范围。
个别寒冷地区、小半径曲线及运行电力机车的线路，若当地最大轨温幅度超出了允许铺设范围，可采用极限强度等级等于或高于883MPa的钢轨，增加轨枕配置根数等技术措施。
允许铺设无缝线路最大轨温幅度
轨道结构类型
机车
类型
列车最高速度/km·h-1
混凝土枕配置根数km·cm-1
钢轨
允许铺设无缝线路最大轨温幅度/℃
类型
/kg·cm-1
极限强度级别/MPa
直线及R≥2000m曲线
曲线半径/m
800
600
400
特重型
东风9
东风11
≤140
≥1680
75
≥785
116
107
95
81
≥883
—
—
—
—
韶山5
韶山8
≤140
≥1680
75
≥785
106
96
81
72
≥883
120
112
97
88
重型
东风9
东风11
≤140
≥1680
60
≥785
108
99
88
76
≥883
—
—
—
—
韶山5
韶山8
≤140
≥1680
60
≥785
95
87
76
64
≥883
升级会员 