中铁十七局集团有限公司铺架分公司 030000
摘要：目前，高铁仍为发展趋势，特别以无砟无缝高速线路为代表。无砟无缝线路建设初期钢轨铺设为有缝线路，待钢轨焊接锁定后成为无缝线路。其钢轨铺设时的预留轨缝为临时轨缝，因此轨缝临时的特点，其预留宽度不能按照有缝线路的轨缝预留宽度计算，需根据施工现场的铺设轨温及预测应力放散时的锁定轨温计算预留轨缝宽度。
关键词：铺设500m长钢轨、预留轨缝、计算方法
500m长钢轨铺设施工时要求：铺轨施工时伸缩区范围内的钢轨扣紧全部紧固，固定区内采用《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》（TZ216-2007）中10.2.5规定：长钢轨落槽后，宜每隔5-8根枕安装一组扣件，接头前后两根枕的扣件应安装齐全。但因外界气温影响钢轨的轨温，既而使铺设后的500m长钢轨伸长或收缩，导致预留的轨缝引起相应的变化。因此预留轨缝在放散锁定前需满足一定的技术条件，即需在铺设500m长钢轨时合理的预留轨缝。保证低温条件下引起的钢轨收缩不超过构造轨缝，高温条件下预留轨缝的两头钢轨不严顶。
1.预留轨缝的分析和计算方法
1.1调查和预测钢轨锁定日期内的轨温峰值
500m长钢轨铺设时，需掌握此段钢轨的放散锁定施工计划日期，需调查以前的当地轨温资料，预测锁定施工日期内的最高轨温和最低轨温。
1.2根据轨温变化计算最大温度力
设某地的铺轨近期内的最低轨温为Tmin，最高轨温为Tmax，铺设轨温为T。
当轨温降低时最大温度力
Pmax低=2.48*Δt*F=2.48×（T-Tmin）×F
当轨温升高时最大温度力
Pmax高=2.48*Δt*F=2.48×（Tmax-T）×F
1.3伸缩区长度计算
受力分析：伸缩区钢轨受到轨端的温度力和扣件扣压力引起的摩擦力，还受到扣件未扣上的钢轨与橡胶垫板的直接摩擦力，因钢轨与橡胶垫板的直接摩擦力相对于扣件扣压力引起的摩擦力很小，受力时不计钢轨与橡胶垫板的直接摩擦力。根据力的平衡，当温度力等于伸缩区内的各组扣件合力时的断面，即为伸缩区与固定区的分界断面点。
扣件紧固时的等效分布力γ=15000÷0.65≈230（N·cm）
宁杭客专正线轨道板采用CRTSⅡ型无砟轨道板，其存轨槽线间距为65cm。《WJ-7、WJ-8型扣件纵向阻力现场试验与研究》中结果：wJ一7、wJ一8型常阻力扣件纵向阻力的弹塑性临界点在2～3 mm，每组扣件的滑移阻力为14～15 kN，最大可达24kN，这里取15 kN。
可得伸缩区长度Ls
Ls低=Pmax低÷γ
Ls高=Pmax高÷γ
施工500m钢轨两端扣件紧固时，取Ls=Max（Ls低，Ls高），即Ls=Max[2.48×（T-Tmin）×F/γ，2.48×（Tmax-T）×F/γ]。
1.4预留轨缝计算
根据λ=γLs2/（2EF）=Pmax2÷（2γEF）
式中 E---钢轨的弹性模量（MPa），取值为2.1×105
F---钢轨的截面面积（mm²），60kg/m钢轨取值为7745mm²
可得，轨温降低引起的最大收缩长度：
λ低=γLs低2/（2EF）=Pmax低2÷（2γEF）
轨温升高引起的最大伸长的长度：
λ高=γLs高2/（2EF）=Pmax高2÷（2γEF）
按低温轨缝不超过构造轨缝аg为条件，可算得预留轨缝上限а上为：
а上=аg-2λ低
按高温轨缝不顶严为条件，其下限а下为：
а下=2λ高
则预留轨缝а0为：
式中：ag---最大构造轨缝，取值为1.8cm
E---钢轨的弹性模量（MPa），取值为2.1×105
F---钢轨的截面面积（mm²），60kg/m钢轨取值为7745mm²
以上公式认为以钢轨铺设连续性为前提，可认为轨缝前一对钢轨铺设和后一对钢轨铺设的轨温一致；如钢轨铺设不连续时，轨缝前后铺设轨温相差大，但因其锁定日期基本一致，即需分别求出轨缝前后一对钢轨的伸缩最大长度，设前一对钢轨末端低温时的最大伸缩量为λ低前、后一对钢轨起端低温时的最大伸缩量λ低后、后一对钢轨起端高温时的最大伸缩量λ高后、前一对钢轨末端低温时的最大伸缩量λ高前，同理可求出λ低前、λ低后、λ高后、λ高前。
再按低温轨缝不超过构造轨缝аg为条件，可算得预留轨缝上限а上为：
а上=аg-λ低前-λ低后
按高温轨缝不顶严为条件，其下限а下为：
а下=λ高后-λ高前
则预留轨缝а0为：
3.总结
以上方法可用于区间500m长钢轨铺设施工时预留轨缝的计算及轨缝的预留，可保证钢轨在应力放散前轨温达到最高轨温时轨缝大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防止温度压力太大而胀轨跑道，轨温达到最低轨温时，轨缝小于或等于构造轨缝，满足轨道车辆运行要求，保证施工期间站后各单位的轨道车辆的轨道运行的安全。此计算原理及方法可指导500m长钢轨无缝线路钢轨铺设时钢轨两端的扣件紧固长度和预留轨缝宽度。此计算原理和方法不足之处在于需调查有关的轨温资料，预测当地在铺轨至应力放散锁定期间的轨温峰值，以至数据结果不一定很精确，但计算时可合理的增大轨温峰值或增加扣件紧固长度，增大安全系数。当然钢轨铺设施工过程中存在许多的特殊情况，如站场与区间间的预留轨缝设置、道岔间短轨铺设的预留轨缝设置也可参考此计算原理计算，用于指导施工生产。
参考文献
《高速与客运专线铁路施工工艺手册》 科学技术文献出版社 杜永昌
《轨道》 西南交通大学出版社 李成辉
《铁路轨道设计规范》TB10082--2005 中国铁道出版社
《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》TB10754-2010 中国铁道出版社
《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》TZ216-2007 中国铁道出版社
《WJ-7、WJ-8型扣件纵向阻力现场试验与研究》 杨艳丽
论文作者:蒋美龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/11
标签：钢轨论文; 扣件论文; 伸缩论文; 轨道论文; 摩擦力论文; 低温论文; 紧固论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;