阜淮线铺设跨区间无缝线路设计探讨

肖 虎 上海铁路局工务处

阜淮线西起阜阳，经颖上、凤台跨越淮河至淮南，是我国南北铁路第二通道，年通过总重大于100 Mt·km/km。淮河特大桥是淮河上第一座公路、铁路两用桥，桥上铺设无缝线路是跨区间无缝线路设计中的技术重点和难点。桥上钢轨除了承受温度力作用外，还承受梁轨相互作用引起的附加纵向力。为减小梁轨间相互作用，桥上往往铺设小阻力扣件，但过小的扣件阻力可能导致钢轨爬行，而且钢轨一旦在低温下折断，将产生过大断缝，威胁行车安全。特别在年温差大、低温天气多的地区，这一问题显得尤为突出。因此，需要合理设计桥上钢轨的扣件布置方式。

1 既有线桥概况

阜淮线下行K93+000～K124+900，碎石道床，P60钢轨。曲线8处，最小半径400 m。混凝土岔枕P60单开道岔24组，状态良好，部分道岔未无缝化。混凝土梁有碴桥21座，跨度≤24 m，桥长≤160 m；混合梁桥1座，为特大桥。路基线路上以Ⅱ型砼枕为主，有碴梁面上为Ⅱ型桥枕，配置数1760根/km（半径≤600 m的曲线地段为1840根/km）。

淮河公路桥覆盖在双线铁路桥上方。铁路桥里程：K109+717.3～K113+164.8，全长3 447.5 m，并设有护轨。桥跨组成：（阜阳台）26 m-31.7 m预应力混凝土简支梁+（96+96+96）m连续钢桁梁+（96+96+96）m连续钢桁梁+61 m-31.7 m预应力混凝土简支梁（淮南台），固定支座在阜阳方。线路最大纵坡4.3‰，桥梁两端曲线半径R=1 000 m，其余为直线。钢桁梁桥上每线设置了3组60 kg/m单向温度调节器。31.7 m梁上为弹条Ⅰ型调高扣件、轨下为带不锈钢板的复合胶垫，钢桁梁上为木枕明桥面，K型分开式扣件。其余地段为弹条Ⅱ型扣件、普通胶垫。

2 设计依据及参数

TB/T2098-2007《无缝线路铺设及养护维修方法》；

TB10082-2005《轨道设计规范》；

钢轨类型60 kg/m，钢种采用U75V不淬火钢轨，截面积F=7745 mm2，弹性模量E=2.1×105MPa，胀缩系数α=1.18×10-5/℃，有碴轨道容许断缝值[λ]=8 cm。线路所处地区最高轨温Tmax=61.0℃，最低轨温Tmin=-20.6℃。

3 设计计算

3.1 锁定轨温

3.1.1 一般地段锁定轨温

当采用标准轨道结构的情况，可按TB/T2098-2007标准中所列允许温降[ΔTd]、允许温升[ΔTu]来计算中和温度Te，由此确定设计锁定轨温幅度，公式参照TB10082-2005标准。考虑到无缝线路在轨道弯曲变形纵向力分布不均匀及经过长期运行后锁定轨温的衰减，应对计算锁定轨温予以修正。按行驶东风4型内燃机车，依据线路平面不同，查表并计算，如表1所示。

表1 一般地段锁定轨温

3.1.2 特大桥上锁定轨温

TB/T2098-2007标准中，对允许温升考虑了纵向力不均的影响，但允许温降未考虑这种影响。由于淮河大桥的温度跨度较大，因此桥上无缝线路允许温降应考虑梁端处长钢轨应力峰ΔF的影响，取ΔF=150 kN，换算成温差ΔtF=ΔF/FEα=8℃。因此，允许温降[ΔTd]=66-ΔtF=58℃。

经现场调查，淮河大桥混凝土梁上均设置了挡碴板，但部分挡碴板过低，桥枕外露。为使碴肩道碴充填充分，要求结合道床清筛施工，更换或加高L型挡碴板。根据广深线石龙大桥道床横向阻力测试结果，设置挡碴板的道床横向阻力比不设挡碴板的平均增加12.5%，桥上无缝线路稳定性也将提高。因此，允许温升会适当提高，计算仍取允许温升[ΔTu]=46℃。

取修正值ΔTk=1.8℃，则Te=28℃。设计锁定轨温幅度为28±5℃。

最大温降幅度：ΔTdmax=Tm-Tmin=33-(-20.6)=53.6℃≤[ΔTd]=58℃；

最大温升幅度：ΔTumax=Tmax-Tn=61-23=38℃≤[ΔTu]=46℃，满足要求。

3.2 特大桥上轨道结构设计

为避免桥上钢轨折断时断缝过大，同时考虑结构简单、养护维修方便等因素，将31.7 m梁上原有的弹条Ⅰ型调高扣件均更换为与60 kg/m钢轨相配套的弹条Ⅱ型扣件，并保留原有带不锈钢板的复合胶板，扣件钮矩保持（80～150）N·m，线路纵向阻力r=8.8 kN/m/轨。

钢桁梁上温度调节器之间用长轨条焊联，温调器基本轨始端外至钢梁梁端范围内K型扣件按“1-5-1”进行布置，其余按“1-2-1”布置。如图1所示。

桥台两端路基上不小于300 m范围内长钢轨加强锁定，扣件扭矩（120～150）N·m。

图1 淮河大桥无缝线路轨道结构示意图

3.3 断缝检算

低温时，桥上钢轨存在温度拉力和伸缩力，钢轨一旦折断，应力按纵向阻力梯度在折断处放散，形成较大断缝。断缝的大小与线路纵向阻力、温度拉力及钢轨折断位置有关。低温时，活动端桥台处钢轨产生最大伸缩拉力，固定端桥台处产生最大伸缩压力。但伸缩力所引起的钢轨位移很小，可略去不计。

混凝土梁上轨条最大温度力Pt=FEαΔTdmax=19.2×53.6=1029 kN/轨。钢轨断缝值λ=Pt2/rEF=7.4cm≤[λ]=8cm，检算合格。

钢桁梁上由于设置温度调节器，且有公路桥面遮盖，桥梁与钢轨温差较小，经观测，其值不超过5℃。这里取Δt=5℃计算，温调器之间的轨条最大温度力P′t=FEαΔt=96 kN/轨。图1中，钢桁梁左起第1联连续梁上长钢轨温度力得到放散，第2联连续梁温度力按96 kN/轨计。因此，钢桁梁上可不检算断缝。

4 无缝线路铺设方案

4.1 无缝线路前期工程

无缝线路铺设前，应对线路进行综合整治，以达到铺设条件。要求路基稳定、无翻浆冒泥，线路排水状态良好。该区段同步安排道床清筛，优化线路纵断面，使用一级碎石道碴，道床饱满清洁、密实均匀，道床横断面尺寸符合《铁路线路修理规则》的规定。有碴桥上安装L型挡碴板，道岔范围内道床肩宽应达到450 mm。更换线路上的失效轨枕，并对锈蚀严重及失效的螺杆进行改锚。

4.2 轨条方案

长轨条在工厂用60 kg/m百米定尺新钢轨制作，运输至施工现场后进行焊联。联合接头避开道口、桥墩台或不作单独设计的桥上，距桥台边墙不小于2m。位于桥上时应布置在1/4～1/2桥跨处，并避开边跨。线下采用焊轨车进行大型移动闪光焊；线上宜采用移动闪光焊，条件不足时，可采用法（德）铝热焊，铝热焊焊缝距轨枕边不得小于40mm。轨条铺设时，应在设计的锁定轨温范围内进行作业，相邻单元轨条的施工锁定温差≯5℃，区间内施工锁定轨温最高、最低差≯10℃。

4.3 道岔及前后处理

道岔全部进行无缝化处理。道岔直股所有接头全部焊接或冻结，绝缘接头全部胶接；曲股接头与岔后侧线接头全部冻结。道岔前后引导轨与长轨条进行焊联。岔间线路长度大于50 m时应采用厂焊长轨条，其余配轨采用25 m无孔轨。

4.4 位移观测桩

线路及道岔的位移观测桩设置应符合《修规》，桥上设置于固定支座附近稳固的桥面挡碴墙上。必须预先埋设牢固，在单元轨节两端就位后立即进行标记，标记必须稳固、耐久、可靠，便于观测。

5 结论及建议

（1）R=400 m小半径曲线上，允许温差值较低。对此，建议采取一系列加强措施：

①从提高钢轨的强韧性出发，曲线上宜采用全长淬火钢轨；

②从提高轨道稳定性出发，一是设法提高道床横向阻力。根据北京交大在京广线许昌段对Ⅱ、Ⅲ型砼枕线路在相同线路条件且彼此邻近的情况下的道床横向阻力的测试结果，Ⅲ型枕比Ⅱ型枕的道床横向阻力值提高29%。因此，可将曲线上轨枕更换为Ⅲ型砼枕。同时，要求道床石碴饱满，按《修规》加宽道床肩宽及堆高碴肩。二是设法提高轨道整体框架刚度，可在曲线上设置轨距拉杆及安装轨撑。三是加设横向位移观测桩，加强对线路横向变形的定期观测。

（2）淮河大桥有碴梁上采用弹条Ⅱ型扣件并铺设带不锈钢板的复合胶垫，将线路纵向阻力设定在合理值，避免了冬季断轨时产生过大轨缝，并减少了养护维修工作量。理论与实践均证明，在我局温差大、低温天气多的地区，这是合理的。

（3）TB/T 2098-2007标准中允许温降系考虑了铝热焊焊缝的强度。为使由钢轨强度条件决定的允许温降达到设计要求，必须严格控制铝热焊质量。

运营实践证明，以上设计满足阜淮线跨区间无缝线路的强度、稳定性要求，亦对施工及养护维修提供了理论依据。