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既有线升级改造中桥上无缝线路的检算
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摘 要：随着无缝线路的应用与发展，既有线改造中越来越多的选择将原有缝线路升级为无缝线路，但既有线存在曲线半径小、年轨温差大等问题。尤其是桥上无缝线路受力复杂，无缝线路设计检算过程断缝值超限，本文结合实例阐述通过降低锁定轨温、采用常阻力扣件或设置钢轨伸缩调节器等形式解决。
关键词：桥上无缝线路；锁定轨温；稳定性计算；断缝值
无缝线路既是轨道结构技术进步的重要标志，也是高速、重载轨道结构的最优选择。与有缝线路相比，其有效消除钢轨接头这一轨道结构的薄弱环节，不仅节省了大量的接头零件和线路维修工作量，而且减少列车的接缝震动，运行平稳，降低噪声；另一方面，由于减少了在接头处的振动，又能延长线路设备和机车车辆的使用年限。因此，近年许多既有铁路提速改造过程中，将原有缝线路升级为无缝线路。但改造过程中存在曲线半径较小，大温差地区断缝检算超限等问题，特别是桥上无缝线路的检算成为无缝线路设计重点。本文结合准池线下行轻车线更换无缝线路工程对桥上无缝线路的设计进行总结。
一、桥上无缝线路检算内容与方法
1. 桥上无缝线路检算项目
桥上无缝线路检算中包含钢轨强度检算、稳定性检算、钢轨断缝值、梁轨快速相对位移等指标。
（1） 钢轨强度检算
桥上无缝线路钢轨强度应满足：
（3） 断缝值
《铁路无缝线路设计规范》要求一般情况下钢轨断缝宽度不得超过70mm，困难情况下断缝不得超过90mm。
（4） 梁轨快速相对位移
在制（启）动力作用下，根据《铁路无缝线路设计规范》规定：
1）无伸缩调节器时，梁轨快速相对位移不得大于4.0mm；
2）有伸缩调节器时，梁轨快速相对位移不得大于30mm。
2. 桥上无缝线路检算思路
第一步：按给定的轨道设计资料，并检算钢轨强度、轨道稳定性、断缝值、梁轨快速相对位移等是否满足要求；
第二步：若第一步计算结果不满足要求，视情况调整设计锁定轨温，计算钢轨附加力，并检算钢轨强度、轨道稳定性、断缝值、梁轨快速相对位移等是否满足要求；
第三步：若第二步计算结果不满足要求，考虑设置钢轨伸缩调节器，本着少设、尽量不设、曲线地段不能设的原则对钢轨伸缩调节器的设置进行计算；同时若钢轨受力相对限值富余量较小或固定墩受力很大，可视情况设置伸缩调节器或小阻力扣件。
二、桥上无缝线路计算方法
桥上无缝线路的受力情况和路基上不同，除受到列车动载、温度力、制动力等的作用外，还受到由于桥梁的伸缩或挠曲变形位移而产生额外的纵向附加力作用。
1. 模型介绍
基于ANSYS建立桥上无缝线路线－桥－墩一体化计算模型。将梁、轨、道床和墩台四者作为一个整体系统，用梁单元模拟梁体和钢轨，用非线性弹簧模拟梁轨之间相互作用，用线性弹簧模拟桥墩，用带刚臂的钢架模拟桥梁的挠曲。桥上无缝线路考虑其边界效应，桥梁两端分别向路基延伸100m，并考虑线路纵向阻力作用。
2. 计算参数
（1） 钢轨设计参数
钢轨钢的弹性模量E=210000 N/mm2；
钢轨钢的线膨胀系数α=0.0000118 /℃；
60kg/m轨道钢轨横断面面积F=7745mm2。
（2） 线路阻力
改建线路桥上铺设III型桥枕，按1667根/公里布置，扣件采用弹条V型小阻力扣件。有砟轨道扣件竖向静刚度取55～75kN/mm，轨枕间距a=600mm，等效道床横向阻力取115N/cm。铺设常阻力扣件时线路纵向阻力按图1取值。铺设弹条V型小阻力扣件时线路纵向阻力按图2取值。
三、桥上无缝线路计算
1. 检算基础资料
（1） 准池线下行线桥上为60kg/m、100m定尺长、U78GrVH无孔钢轨；轨枕采用III型桥枕，1680根/km，扣件采用弹条V型小阻力扣件；道床顶面宽度3.5m，道床厚度为0.5m。
（2） 牵引和机车类型：列车牵引采用电力牵引，机车主型SS4，允许最高速度100km/h；
（3） 主要地区的气象资料见表3。检算钢轨强度稳定性时准池线按最高轨温56℃，最低轨温-40.4℃进行计算。检算断缝值时按所在地区实际轨温检算。
2. 检算范围
既有准池线轻车线60kg/m轨有缝线路改造成60kg/m轨无缝线路。考虑到准池线桥梁很多，选其曲线半径最小、跨度最大的桥梁进行桥上无缝线路检算。选取的工点准池线欧家村河特大桥 （63—32m）简支梁，曲线半径800m.
3. 检算过程
（1） 钢轨强度、稳定性、梁轨相对位移
从表4中可知，准池线轻车线60kg/m轨桥上无缝线路检算，钢轨强度、稳定性和梁轨相对位移满足要求。
（2） 断缝值
锁定轨温降低后，代入反算桥上无缝线路钢轨强度、稳定性和梁轨相对位移仍能满足要求。
4. 检算结果
准池线位于北方地区，年轨温差大，按给定的60kg/m锁定轨温22±5℃，钢轨强度、稳定性、梁轨相对位移能满足要求，但断缝值不能满足要求，必须降低锁定轨温。
四、结论及建议
1. 建议既有准池线桥上换铺无缝线路工程采用常阻力扣件，以增大线路纵向阻力，减小断缝值，并能提高设计锁定轨温。
2. 若采用弹条V型小阻力扣件，结合所搜集到的气象资料，在换铺无缝线路时，建议按下表的锁定轨温进行设计，其他地区的设计锁定轨温参照执行。
3 以上结论在新建轨道标准基础上得出，考虑到既有线道床和轨枕等结构状态，改建后的无缝线路稳定性、断缝值等可能较新建更为不利。
4. 在铺设无缝线路的过程中，道床的肩宽、堆高、道砟级配、密实度及纵横向阻力等均要严格遵守无缝线路的铺设要求，道床处于稳定状态才能进行钢轨焊连，注意保证焊接质量，严格按照锁定轨温进行铺设、维护。
5. 在施工和运营过程中，加强对小半径曲线地段及附近区域钢轨纵横向几何形位的关注，防止轨排偏移造成钢轨纵横向几何形位变形超限，影响行车安全性。尤其对右玉县地区必须加强观测，对于小半径曲线地段采取轨道加强措施。
参考文献：
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[2]广钟岩，高慧安．铁路无缝线路[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[3]肖庆彬，蔡小培．桥上有砟轨道无缝线路设计与检算[J].城市建设理论研究（电子版），2013（9）.
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