第五章 无缝线路

CWR TRACK

Continuous Welded Rail Tr

ack

5.1 概述

5.1.1 铺设无缝线路的意义5.1.2 无缝线路类型5.1.3 无缝线路发展简介5.1.4 无缝线路关键技术的发展趋势

5.1 概述

5.1.1 铺设无缝线路的意义– ① 钢轨接头破坏轨道连续性— 轨缝、折角、台阶– ② 钢轨接头受力特点

5.1 概述

5.1.1 铺设无缝线路的意义– ③ 常见接头病害

钢轨打塌、剥离掉块钢轨轨腰螺栓孔裂纹夹板断裂轨枕砸碎道床板结，翻浆冒泥接头弹碴

5.1 概述

5.1.1 铺设无缝线路的意义– ③ 常见接头病害

钢轨打塌、剥离掉块钢轨轨腰螺栓孔裂纹夹板断裂轨枕砸碎道床板结，翻浆冒泥接头弹碴

5.1 概述

5.1.1 铺设无缝线路的意义– ④ 无缝线路的技术经济效果

无缝线路可延长钢轨使用寿命 :40%

无缝线路可减少养护维修劳力和材料

无缝线路可减少列车运行能耗

铺设无缝线路的附加费用较少

5.1.2 无缝线路类型

1 、按处理温度应力的方式分：– 1 ）温度应力式无缝线路：长轨条 + 两端标准– 2 ）放散应力式无缝线路：钢轨伸缩调节器 EJ

（ Expanson Joint ） 2 、按长轨条长度分：

– 1 ）普通无缝线路：温度应力式（有缓冲区）– 2 ）超长无缝线路：跨区间无缝线路

5.1.2 无缝线路类型 概念区分

因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在 1—2km 以内的无缝线路。

　使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的 1—2km 延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。

　使用无缝道系将焊接长钢轨穿越车站道系，从而使一条焊接长钢轨将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。

超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称

普通无缝线路普通无缝线路

区间无缝线路区间无缝线路

跨区间无缝线路跨区间无缝线路

5.1.2 无缝线路类型

钢轨伸缩调节器 EJ （ Expanson Joint ）– 当在跨超过 120m 的连续梁上铺设无缝线路时，由于梁、轨

的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨道的安全性、稳定性，危及行车安全。解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。

– 主要用于无缝线路所跨越的长大连续梁桥上、以及道岔附近。– 目前在无缝线路采用的 EJ 包括单向和双向两种。– 钢轨伸缩调节器平面线型采用的是缓和曲线型。

5.1.3 无缝线路发展简介

最早发展的是德国 我国目前最长：沪昆线金华——株洲区间，全

长 730.158km

5.1.4 无缝线路关键技术的发展趋势

跨区间无缝线路

钢轨的强韧化

钢轨焊接是无缝线路的关键技术

钢轨胶接绝缘接头也是铺设跨区间无缝线路的关键技术之一

区间线路长钢轨与道岔相的焊联问题

5.2 无缝线路的焊接

无缝线路钢轨焊接方式– 焊接

接触焊 移动气压焊 铝热焊

– 胶结– 冻结

5.2.1 冻结接头

利用钢轨轨腔上下颚两个张口斜面，将夹板上下面也加工成同样斜度的斜面，然后使用 10.9 级高强度专用大六角螺栓，利用 1.3 ～ 1.4kN·m 紧固扭矩，产生较大的接头阻力，实现钢轨接头的有效冻结。

冻结接头夹板采用 B7 钢制作，在工厂专用模具内将钢轨胶结绝缘材料和夹板胶结在一起，到现场组装使用，减少了养护维修成本和养护维修工作量。　　

最大接头阻力为 1300 kN ，远远超过一般钢轨接头阻力 600 kN 。

5.2.2 胶结接头

无缝线路的有绝缘轨道电路和无缝道岔的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。

这类接头分为胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板。 胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板均采用特制夹板

和绝缘胶板由工厂按各自的工艺制成。 胶接绝缘钢轨与长轨条和无缝道岔钢轨的联

接采用焊接。

5.2.2 胶结接头

　钢轨胶接绝缘材料以热胶为主，大多数采取工厂生产。胶接绝缘接头由以下部件组成：钢轨、全断面夹板、绝缘胶板、绝缘套管、绝缘端板、高强度螺栓、平垫圈，经加温、加压固化而成。目前我国在干线上铺设的钢轨胶接绝缘接头数量已超过 1 ．5 万个。有的区段累积通过总重超过 400Mt ，未发生破损和绝缘失效。

5.2.3 气压焊

专用设备：压机、加热器、直轨机。

通用设备：氧化瓶、乙炔、液化石油器瓶、减压器。

冷却设备：冷却水泵、液压设备、油泵。

钢轨 钢轨

5.2.3 气压焊接缺陷的原因及防治

钢轨的焊接，有时会产生外形或内在的缺陷。– 一、外形缺陷 外形缺陷主要有：前后不直，如硬弯、错牙、扭曲等；打磨不平，如不圆顺、打磨过量、打磨欠量等。 外形缺陷产生的原因有二：

(1)挑选钢轨不严，使对接钢轨断面的尺寸误差大于规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，对接时形成较大偏差。

(2)对锉头、打磨、调直的工艺掌握不严，没有达到规定标准。

5.2.3 气压焊接缺陷的原因及防治

钢轨的焊接，有时会产生外形或内在的缺陷。– 一、外形缺陷 外形缺陷主要有：前后不直，如硬弯、错牙、扭曲等；打磨不平，如不圆顺、打磨过量、打磨欠量等。 外形缺陷产生的原因有二：

(1)挑选钢轨不严，使对接钢轨断面的尺寸误差大于规定标准，或对接时未严格执行工艺要求，对接时形成较大偏差。

(2)对锉头、打磨、调直的工艺掌握不严，没有达到规定标准。

5.2.3 气压焊接缺陷的原因及防治

二、内在缺陷 内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。

– 1 ．光 斑 – 光斑属未焊透现象，它是常见的一种缺陷。光斑处手感光滑，呈银灰色，焊道出现光斑的钢轨抗冲击性能显著下降。另一种光斑呈半焊接状，其断面呈灰色，手感不光滑，且有一定强度。产生光斑的原因如下：

(1) 钢轨端面处理不洁，或受油、烟、水、尘、锈污染； (2)顶锻力不足或过大，顶锻与加热温度配合不当等； (3) 加热器火孔不标准或摆动偏移，以致加热不均匀； (4)火焰使用不当，有烟或氧化火焰； (5)火孔受堵，气流不正常或不稳定，或气体中含有杂质； (6)对接的钢轨材质不同。

5.2.3 气压焊接缺陷的原因及防治

二、内在缺陷 内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。 – 2 ．过 烧 – 过烧多出现在轨底两脚，严重者可烧穿。其外形呈裂缝或蜂窝状，重者可目视分辨，轻者用放大镜观察。轨脚处产生缺陷，将使钢轨强度显著降低。其成因如下：

(1) 加热器局部火孔扩大，超出标准； (2) 加热器安装不正，加热时间过长； (3)火焰气流调节不当，形成气化性火焰或气体压力过

大。

5.2.3 气压焊接缺陷的原因及防治

二、内在缺陷 内在缺陷主要有：光斑、过烧、凹陷等。

– 3 ．轨底脚凹陷 轨底凹陷既影响外观又影响强度。产生的原因如下：

(1) 加热时间过长； (2) 加热器位置不正，或火孔不正常； (3)对接时钢轨不平直，原钢轨有低头未经调直。

– 4 ．其他缺陷 如热裂、气孔、切亏、横纹、焊道晶粒粗大等。产生原因如下：

(1) 工艺不严格，打磨操作不当等； (2) 加热温度高、时间长，加热器位置不正，或火孔不正常； (3)正火工艺掌握不严，如时间不正常、正火温度过高或未达变态温度就进行了正火等 。

5.2.4 接触焊

接触焊又叫电阻焊，是利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后施加一定的压力形成焊接接头的焊接方法。

对焊分为电阻对焊和闪光对焊两种。如图 (c)所示。

闪光对焊是依靠两焊件间的接触电阻来加热焊件 ，然后迅速断电施加压力，两者即被焊合在一起 。

5.2.4 接触焊接头

一、几何形状不良 – 机械磨损、安装不正、支承轨不平、焊机刚度不足因顶锻

而变形、顶锻力不在同一轴线上、导轨松弛等，均有导致接头几何形状不良的可能。

二、未焊透– 1 ．钢轨预热温度不够；– 2 ．连续闪光过程不稳定；– 3 ．顶锻速度过低或顶锻时断电过早；– 4 ．顶锻力不足或顶锻时钢轨在钳口内有滑动– 5 ．变压器的级数过高。

5.2.4 接触焊接缺陷及形成的原因

一、几何形状不良 – 机械磨损、安装不正、支承轨不平、焊机刚度不足因顶锻

而变形、顶锻力不在同一轴线上、导轨松弛等，均有导致接头几何形状不良的可能。

二、未焊透– 1 ．钢轨预热温度不够；– 2 ．连续闪光过程不稳定；– 3 ．顶锻速度过低或顶锻时断电过早；– 4 ．顶锻力不足或顶锻时钢轨在钳口内有滑动– 5 ．变压器的级数过高。

5.2.4 接触焊接缺陷及形成的原因

三、夹 渣 – 闪光过程不稳定、烧化不够、顶锻力不足或速度过低，均

有导致焊缝夹渣的可能。

四、过烧或局部烧伤 – 加热过量、焊接时间过长、有电流顶锻时间太长，均能导致过烧。

– 局部烧伤多发生在钢轨与电极接触的部位，尤其轨底容易烧伤。形成的原因是：电极清扫不彻底、有残渣残留、电极磨损不均匀、钢轨打磨不平、夹紧力不足等，导致接触不良，接触电阻增大，以致局部烧伤。

5.2.4 接触焊接缺陷及形成的原因

五、无光泽斑点

– 无光泽斑点是常见缺陷，它严重影响焊接强度。在焊接过程中，顶锻力过小、闪光过程中产生的火坑不能封闭、连续闪光过程不正常、空气侵入而氧化或火口过大引起氧化等，都能导致这类缺陷的形成。

六、疏松– 疏松一般发生在焊缝两边 1－ 2mm 的半熔化区。起因于

钢轨加热过量、焊接时间过长、高温加热区过宽等。

5.2.5 铝热焊

Fe2O3 + 2 AI = 2Fe + AI2O3 + 热量

5.2.5 铝热焊连入焊接施工要点

采用铝热焊连入焊接，要区分三种不同的施工过程中的轨温情况。– 　 a ．施工过程中轨温比较稳定

预留轨缝宁小勿大。新钢轨拨入后，先锁定轨端 25m ，然后将轨端多余的长度锯掉，准备焊接。

– b ．在升温情况下进行连入焊接施工过程中，轨温处于上升阶段，此时预留轨缝值可以稍

大一些。新轨拨入后，轨端 25m 一段锁定。若预留轨缝过大，可用撞轨法调整，然后进行铝热焊。

– 　 c ．在降温情况下连入焊 施工过程中，预留轨缝值可稍小些。用拉伸机拉伸到位，

并在保压状态下进行施焊。

5.2.6 三种焊接方式对比

方式 质量

成本

效率

设备

场地要求

天气影响

行车影响 适用性

接触焊 最好 最低 高 专用设备 大 无 无 工厂焊

气压焊 好 低 低 专用设备 小 大 无 现场焊

铝热焊 差 高 低 专用设备 小 大 有 原位焊

5.3 无缝线路铺设

普通无缝线路– 新线

换铺法 直接铺设法

– 既有线换铺法

– 超常无缝线路插入法 连入法

步骤：

１、先将２００m或４００m 的长轨条由运轨小车运到线路两边。

２、长轨条在现场实地焊接成需要的有限长的长轨条。

３、焊好长轨条后，封锁线路（开天窗），用换轨车来完成旧钢轨的转移和新轨条的搬入。

４、锁定。

5.3 无缝线路铺设

换轨车

5.3.1 跨区间无缝线路的铺设

连入铺设法

铺设作业轨温与设计锁定轨温范围相符合时，所采用的铺设方法。本次正要铺设的单元长钢轨的锁定和上次已铺设的单元长钢轨的焊连同时完成，因此又叫“一步法”。

施工质量：温度力分布均匀。施工天窗：时间较长。施工季节性：适宜春、秋季，轨温状态稳定，容易获得适宜的施工天窗。

插入铺设法

在任意轨温下施工。本次铺设的单元长钢轨的锁定与上次已铺单元长钢轨的焊连分别进行，因此又叫“两步法”

施工质量：温度力分布不均。施工天窗：总时间加长，行车也大为干扰。施工季节性：夏、冬两季。

　　

　　 无缝线路养护维修，坚持预防为主修养并重的原则，贯彻状态修的方针，采取大型养路机械综合维修 +季节性重点工作 +临时补修的维修管理模式。

5.4 无缝线路养护维修管理

轨道质量的检测，其主要内容包括轨道整体状态和轨道零部件状态。 轨道整体状态主要是指轨道几何尺寸，如轨距、水平及三角坑、方向、高低。　　轨道零部件主要是钢轨状态，包括轨头磨耗、轮廓尺寸、轨面短波不平顺 (波磨和接头不平顺 ) 以及轨头内部核伤和外表伤损等。　　轨道检测按检测时的工况分为静态检测和动态检测。静态检测沿用于手工检测工具进行；而动态检测则以轨道检测车，波磨测量车或钢轨探伤车对轨道几何尺寸，钢轨波磨以及钢轨伤损等定期对轨道检测。　　

5.4.1 轨道动静态检测

　　纵向力检测的方法，大致可分为两类，一类是应变法，一类是应力法。应变法　　１、观测桩法

　　观测桩法是应变法的一种，是在长轨条铺设之前，先期按长轨条设计位置，即普通无缝两端、伸缩区终点、长轨条中点及距伸缩区终点 100m处的路肩上埋设 5—7对位移观测值，使用光学准直仪和对中器来进行观测．

5.4.1 轨道动静态检测——纵向力的测定

２、 测标法　　测标法是标定轨长法的演进，它克服了钢轨与普通钢尺的线胀缩系数差异和其它人为误差等缺点。

　　在焊轨厂的配轨车间，对处于自由状态的 25m标准轨设标距为 24m ，测标是打在轨头非工作边侧面，直径不大于 0.5mm 的冲眼，然后将设标轨焊于长轨条中，每250m 设测标一组。现场铺设后，仍用原设标钢尺或经检验的钢尺，检测施工锁定轨温。当轨温变化到 T 时，测定 24m 的尺长与钢轨标距之差，可视作钢轨未实现的伸长量，同理可计算得锁定轨温。

5.4.1 轨道动静态检测——纵向力的测定

应力法 　　钢轨锁定轨温是零应力轨温，那末通过检测钢轨中的温度应力即可监控锁定轨温的情况。

　　目前，如何能直接准确测量钢轨温度应力，仍然是个技术难题，各种直接检测温度力的仪器设备，至今仍很少能达到实用水平。因此，应力法检测锁定轨温，尚未进入阶段。

5.4.1 轨道动静态检测——纵向力的测定

预防胀轨的主要措施

遵循“一准、二清、三测、四不超、五不走”的原则一准：准确掌握实际锁定轨温。

二清：综合维修、成段保养作业半日一清，零星保养、临时补修一撬一清。

三测；作业前、作业中、作业后测量轨温。

四不超：作业不超温，扒碴不超长，起道不超高，拨道不超量

五不走：拔开道床不回填不走；作业后道床未夯拍不走；未组织回检不走；线路质量未达到作业标准不走；发生异常情况未处理好不走

5.4.2胀轨跑道的预防与处理

无论作业中或作业后，发现线路轨向不良，用10m弦测量两股钢轨的轨向偏差，当偏差矢度平均值达到 10mm时，必须设置慢行信号，并采取夯拍道床、填满枕盒道碴和堆高碴肩等措施。

当两股钢轨的轨向偏差平均值达到 12mm，在轨温不变情况下，过车后线路弯曲变形突然扩大，必须立即设置停车信号，及时通知车站，并采取钢轨降温等紧急措施，消除故障后放行列车。

5.4.2胀轨跑道的预防与处理

发生胀轨跑道后，可采取浇水或喷洒液态二氧化碳的办法降低钢轨温度。

轨温降低后方可拨道。

曲线地段拨道只能上挑，不宜下压。拨道后必须夯拍道床，限速放行列车，并派专人看守，待轨温降至接近锁定轨温时，再整正线路和恢复正常行车速度。

无缝线路发生胀轨跑道时，应对胀轨跑道情况做好登记。

5.4.2胀轨跑道的预防与处理

　通常经探伤检查发现重伤，即锯切钢轨破损部分，插入不短于 4 ． 5m 长的同类型钢轨，用接头夹板连接，在短轨两端各 50m范围内拧紧扣件。

5.4 .2 钢轨折断的预防与处理

钢轨折断修复　　目前我国无缝线路钢轨折断修复沿用紧急处理—临时处理—永久性修复的模式。　　

　　　在高速铁路上不能采用这种插入短钢轨进行临时修复。

　　欧洲、日本高速铁路上推广采用“原位焊复”。

　　所谓“原位焊复”是对伤损钢轨进行永久性修复的一种新方法，当轨温低于实际锁定轨温，发现钢轨重伤或折断，锯切伤损钢轨，插入短轨或不插入短轨，用钢轨液压拉伸器张拉钢轨，使已经收缩的任意钢轨截面恢复原位，然后进行重焊。

　　钢轨折断原位修复最基本的要求是保证无缝线路锁定轨温不改变。

5.4 .2 钢轨折断的预防与处理

1 ．不插入短轨原位修复

　　当探伤检查发现焊接接头有重伤或沿着焊瘤垂直断裂，可采取不插入短轨原位修复。

　　不插入短轨原位焊接前，在焊接接头前后各 200m范围，每隔 50m 作钢轨纵向位移标态，量测轨温。重焊作业时，切除重伤焊接接头 (宽约 50mm) ，将前后各 200m 的扣件拆除，钢轨抬上滚筒，用液压钢轨拉伸器张拉钢轨，并在锯口左右各 100m处用撞轨器辅助撞轨，当钢轨张拉达到铝热焊预留焊缝时，则进行钢轨焊接。

5.4 .2 钢轨折断的预防与处理

２、插入短轨原位焊复　　当发现钢轨或焊接接头斜裂，则按照下述程序插入短轨修复重焊：

　　（ 1 ）在伤损焊接头一定距离的轨头非工作边上作控制点标记； （ 2 ）在两控制点间，标上锯切断面位置，并丈量两断面的距离；

5.4 .2 钢轨折断的预防与处理

（３）配置备焊钢轨

（４）焊复作业

用两套铝热焊工具和液压钢轨拉伸器同时作业，进行钢轨焊复。

插入短轨焊复作业可不必拆除或拧松扣件。

（５）焊复作业完成，推除焊瘤，焊后热处理，打磨钢轨，最后再量测修复作业前在钢轨上作的控制点标记。其距离若等于Ｌ，则意味着经过钢轨焊复，无缝线路原锁定轨温保持不变。

5.4 .2 钢轨折断的预防与处理

一、温度力计算 温度力：由于温度变化，伸缩受到限制而转化为温度力，作用在

钢轨纵向上。

温差。轨温变化幅度，或称轨

）；钢轨长度（

钢轨线膨胀系数，取式中

自由伸缩时的伸缩量：

t

ml

C

tll

/108.11 6

5.5 无缝线路温度力计算

）钢轨的截面积（

温度力2

65

248

48.2

108.11101.2

cmF

FtFP

Mpat

t

tEl

tlE

l

lEE

tt

t

5.5 无缝线路温度力计算

一、温度应力计算。

5.5 无缝线路温度力计算

最低气温。

最高气温；

最低轨温；

最高轨温；式中

min

max

min

max

minmin

maxmax 20

t

t

T

T

tT

CtT

全国各地最高、最低气温，见 P120 ，表 5-1

二、轨温与气温的关系

设计锁定轨温，用 表示。线路《铁路线路修理规则》规定：

eT

kud

e tttTT

T

2

][][

2

minmax

5.5 无缝线路温度力计算

5.6 无缝线路纵向阻力

接头阻力

扣件阻力

道床阻力

5.6.1 无缝线路纵向阻力——接头阻力

由钢轨与夹板之间的摩擦阻力提供

动态影响系数。

螺栓直径；

；转矩系数，

转矩；

钢轨轨底顶面倾角；

正压力与合力的夹角；

螺栓个数；

摩擦系数；

钢轨接头阻力；式中：

1

1

23.0~18.0

cos

cos2

K

D

KK

T

n

f

R

DK

T

K

nfR

j

j

5.6.1 无缝线路纵向阻力——扣件阻力

由钢轨和扣件之间的摩擦力提供

是指扣件和防爬器提抗钢轨沿轨枕纵向移动的阻力

要求中间扣件阻力大于道床阻力，否则装防爬器

5.6.1 无缝线路纵向阻力——道床纵向阻力

道床阻止轨排纵向移动的阻力；

由轨枕底部、轨枕侧面的摩擦力以及枕木道碴盒内道碴抗剪力组成。

以轨枕位移小于 2mm为依据。

max拉

伸缩区 固定区

拉

伸缩区

5.6.2 无缝线路温度力图——单向降温

FTTpLRP，TT当

F）TT（pxRP，TT当

FΔTRP，使TTΔT当,P时TT当

mine拉jmaxt拉min

ejt拉j

jjt拉jej

te

248

248

248

0

TFPt 248

x

p拉L

拉拉 拉

拉

5.6.2 无缝线路温度力图——轨温升高，钢轨开始伸长

反向道床阻力起作用，克服 2倍道床阻力

pxRpLFTTP jsft 2248 －拉温度压力峰

5.6.2 无缝线路温度力图——当轨温升高到最高轨温 Tmax时

FTTP sft max248

压

峰

峰

拉

拉

压

拉拉 拉

拉

2maxmax 压拉

峰＝tt PP

P

5.6.2 无缝线路温度力图

呼吸区 呼吸区稳定区拉

伸缩区 固定区 伸缩区

峰

压

max峰

max拉

max压