无缝线路稳定性分析及加强措施
重载铁路无缝线路稳定性分析
无 缝破 坏 ，俗称 胀 轨 跑 道 。 当轨 温 开 始 高 于 零 应 力轨 温
时 ， 轨 内 已产 生温 度 压 力 ， 轨 道 仍 能 保持 初 始状 钢 但 态， 并不 变 形 ， 时轨 道 增 加 的能 量 以压 缩 变 形 能 的 这
主要 因素 是 温 升 幅值 、 始 不 平顺 、 道 框架 的抗 弯 初 轨 茶 坞 工 务 段 管 辖 大 秦 正 线 Ｄ ６ ＋０ 一 Ｋ ４ Ｋ１４ ０ ０ Ｄ ６２
＋ ０ 一ｌ ００ 二 下行 共 计 ９ ６ ｍ， 占大 秦 线 全 长 的 ２３ 所 ５ｋ 约 ／， 管辖 的大 秦 下 行 正线 全 部 为 跨 区 间无 缝 线 路 ，上 行 刚度 和道 床横 向分布 阻 力 。 １１ 温 升 幅值 ． 温 升 引起 钢 轨 轴 向 温 度压 力 增 高 ，是 影 响无 缝 线路 稳定 的根本 原 因 。一 般来 说 ， 轨温 度 压力 偏 高 钢 地段 的无 缝 线路 易丧 失 稳 定性 。为 降 低 长 轨 条 的温 度压 力 ， 选择 适宜 的 锁定 轨 温 （ 需 零应 力轨 温 ） 。如果 实 际锁 定 轨 温 比设 计 锁 定 轨 温低 很 多 ，有 可 能 导致 无 缝 线 路 丧 失 稳定 性 ， 生胀 轨 跑 道 ， 至 酿成 列 车 发 甚
部 分 薄弱 路 段 ２ ０ 换 铺 无 缝 线 路 ， 缝 线 路 的养 ０８年 无
护 和管 理 是 工 作重 点 。无 缝线 路 轨 道 结 构 的突 出 问 题 是 限制 了钢 轨 的伸 缩 ， 升较 大 时 ， 温 钢轨 内部 积 存
巨大 的温 度 压 力 ，可能 造 成 轨 道臌 曲 ，危 及 行 车 安
全 。 因此 ， 对无 缝线 路 稳定 性 分 析具 有重 要 意 义 。
无缝线路的稳定性
能量法和静力平衡法
▲能量法
弹性理论的能量变分原理
▲势能驻值原理
结构物处于平衡状态的充要 条件是在虚位移过程中，总 势能取驻值
二. 影响无缝线路稳定性因素
1、保持稳定的因素
道床横向阻力 轨道框架刚度
2、丧失稳定的因素
钢轨温度压力 轨道初始弯曲
1、保持稳定的因素
道床抵抗轨道框架横移的阻力
v0
30°
v
你知道吗？
3．一物体以10m/s的初速度水平抛出，落地 时速度与水平方向成45°，求： （1）落地速度 （2）开始抛出时距地面的高度 （3）水平射程（g=10m/s²)
你知道吗？
• 4．滑雪运动员以20m/s的水平速度从一山 坡飞出，问经过多长时间又落到斜坡上。 已知斜坡与水平面成45°角，取g=10m/s²。
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H——轨枕埋入道床深度； Φ——道砟内摩擦角，一般取35°~50°。
§.道床横向阻力影响因素
在道床肩部堆高道砟，加大了道砟滑动体的 重量，增加了道床横向阻力，道床肩部的堆 高形式（如下图）中的堆高形式可增加道床 横向阻力分别为29%、34%和40%。
道床肩部堆高示意图
§.道床横向阻力影响因素
c、轨枕：枕底压花、宽轨枕、框架 轨枕、双块式轨枕
失稳（胀轨跑道）过程
持稳阶段（AB段）
小半径曲线无缝线路的稳定性分析及病害整治
钢轨纵 向温度应 ， 要保持轨道 的稳定 ， 轨道框 架一般不足 以 的 无疑 是机 车 车 辆 作 用 在 小 半 径 曲线 上 的 附加 力 。在 同 等运 营
抵抗轨道变形 ， Ｆ 常 需要 道 床 的横 向约 束来 保 证 轨 道 的 稳 定 。 条件下， 小半 径 曲线 无 缝 线 路钢 轨将 承 受 更 大 的 径 向力 。如 果 但 由于道床是 由散体介质构 成 ， 道 床 结 构 易 于 发 变 化 ， 因 而 线 路 局 部 不 平 顺 ， 将 加 剧 曲 线 上 股钢 轨 的 磨 耗 和 下 股 钢 轨 的 压 道 床 约 束 阻 力 受 到 削弱 或 被 破 坏 是 轨 道 失 稳 的 直接 原 因 。为保 溃 ， 钏 轨 的磨 耗 和 压 溃 会 减 弱 轨 道 的框 架 刚度 并 且 会 使 线 路 轨 证线路稳定性 ， 日前 基 本 上 采 用 Ｉ Ｉ Ｉ 型轨枕、 Ｉ Ｉ 型弹条扣件、 优质 距 扩大 ， 不 但 会 加 大 其 他 零 配 件 的磨 损 程 度 ， 而 且 会 使 该 处 不 道 砟 并 保 持 足够 的道 床 厚 度 、 加 大道 砟 肩 宽 和 保 持 外 股 １ ５ ０ ｍｍ 平顺程度加剧， 使 轨 道 状 态 恶 化 。 因此 ， 保 持 线 路 的平 顺 性 ， 以 道砟堆高、 加轨距杆 、 上地 锚 拉 杆 等 措 施 。 二、 小 半径 曲线 无 缝 线 路 的稳 定性 分析
时， 对 钢 轨 的横 向和 竖 向冲 击 作 用 ， 使 对 钢 轨 出现 伤 损 异 常 的 曲线 要 做 重 点监 测 。３ ） 小
的变形 ， 将导致 列车在 曲线上 的摇摆 ， 增加 作用于轨道上 的横 半径 曲线轨距 易变 化 ， 需进行常 态化调整 以达到要求 的轨距 。
8无缝线路稳定性分析、普通无缝线路设计、超长无缝线路及特殊地段无缝线路.
K C
f0+f
f0 2mm
3 无缝线路稳定性计算的主要目的
无缝线路稳定性计算的主要目的是研究轨道 胀轨跑道的发生规律，分析其产生的力学条件及 主要影响因素的作用，计算出保证线路稳定的允 许温度压力。
因此，稳定性分析对无缝线路的设计，铺设 及养护维修具有重要的理论和实践意义。
4 影响无缝线路稳定性的因素
3）稳定性安全储备
轨道结构的工作特点是荷载的重复性与随机性， 加上自然条件的影响，使得轨道存在各种不平顺， 不得不对线路进行经常或定期的修理，线路状态的 变化会降低无缝线路的稳定性。
因此，在上述稳定性计算的基础上，还需要对 稳定性的安全储备量进行分析，即要考虑一定的安 全储备量。
4）稳定性计算
（自学）
为此，要求钢轨与轨枕间的扣件阻力，大于轨 枕与道床间的纵向阻力。即
P防＋nP扣≥nR
式中 P防——一对防爬器提供的阻力(N)，见表5-3； P扣——一根轨枕上扣件的阻力(N)，见表5-3； R——一根轨枕提供的道床纵向阻力(N)，见表5-4； n——配置一对防爬器的轨枕数。
缓冲区的防爬设备与伸缩区相同。采用弹 条Ⅰ、Ⅱ型扣件时，一般可不装防爬器。
跨区间无缝线路需要在多次“天窗”中铺设，各段
轨节铺设温差较大，为了使各段轨节锁定轨温相近，需要使 用钢轨拉伸器，使钢轨能锁定在设计的锁定轨温范围内，同 时，在不同季节铺设无缝线路时，也需要使用钢轨拉伸器。
3 无缝道岔
超长无缝线路中的道岔应当是没有任何轨缝的道岔， 道岔中所有的钢轨接头都应焊接或胶接起来，道岔两端 也需要与直股或侧股的无缝线路长轨条焊接在一起，这 样的道岔称为无缝道岔。
④ 无缝线路结构计算
i) 轨条长度
轨条长度应考虑线路平、纵面条件、道岔、 道口、桥梁、隧道所在位置，原则上按闭塞区间 长度设计，一般长度为1 000～2 000 m。
无缝线路稳定性及有效保证措施研究
无缝线路稳定性及有效保证措施研究发布时间：2022-10-26T02:50:56.627Z 来源：《科学与技术》2022年第6月第12期作者：段红伟[导读] 随着时代的不断发展，段红伟中国铁路沈阳局集团有限公司沈阳工务机械段辽宁沈阳 110025摘要：随着时代的不断发展，我国交通基础设施也在逐步建设，现在高铁已经成为人们出行的重要交通工具，因此工作人员如何稳定列车的运行状态，成为人们比较关注的内容。
无缝线路是近些年出现的一种技术，对于列车的安稳运行起到了一定的促进作用，所以本文主要分析了无缝线路的稳定性，并且提出了一定的保证措施，希望可以给工作人员提供一些帮助和思考。
关键词：无缝线路；稳定性；保证措施引言：社会经济发展下，传统的列车运行模式已经无法满足人们的出行需求，尤其是之前列车在运行中一般会伴有相应的噪音，对多数人已经造成了严重的困扰。
所以为了解决这种难题，无缝线路技术开始应用到列车轨道建设中，因此工作人员可以对这种技术进行综合分析，保证列车的健康运转。
一、影响无缝线路的因素想要保证无缝线路在实际应用中维持自身的稳定性，需要工作人员对无缝线路进行综合分析，保证线路在实际建设的过程中，可以将自身的价值发挥到最大。
在无缝线路进行建设互动式，容易产生相应的温升幅值，这种因素的出现，对无缝线路稳定性的提升带来了一些不利作用。
现在列车在运行中，无论是在运行速度还是在运行的里程数当中，同传统的列车运行具有较多的不同。
高速运行下，容易提高轨道的自身温度，在这种运行方式下，轨道承载的压力也比较大，高温环境容易导致无缝线路技术难以达到具体的运行要求。
轨道框架外的抗弯刚度也是影响无缝线路的重要因素，列车目前承载的重要比较大，对于弯道建设的承载力度具有较大的影响，工作人员在分析时，需要对这种因素展开多方面分析。
此外，道床的横向也具有一定的阻力，列车分速运转时，轨道往往会因为自身的温度急剧升高，导致工作人员在实际建设的过程中，难以满足列车的运行需求，需要道床在实际工作中，利用横道的阻力来进行约束，保证铁路的稳定性。
第十一讲无缝线路
120% 100% 80% 60% 40% 20%
0% 作业前 扒碴
捣固
回填
夯拍 逆向拔道
7
四、无缝线路稳定性分析
➢ 4、道床横向阻力*
✓ 反映其自身抵抗弯曲能力的参数 组成
✓ 无缝线路稳定性统一公式 1977年提出，假定变形曲线波长与初始波长相等，并取变形为
2mm时对应的温度压力，除以安全系数，即为保证线路稳定的允 许温度压力。 ✓ 不等波长稳定性计算公式
1990年开始实施，假定变形曲线波长与初始弯曲波长不相等的 计算公式 ✓ 国外计算公式 美国kerr、英国、法国、俄罗斯、日本均有相应的计算公式
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步骤1：f＝0.2 cm，计算l 步骤2：波长不等，计算f0e 步骤3：安全系数取1.3，计算[P]
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f 0e 4002
[P] PN K
17
➢ 4、道床横向阻力*
✓ 道床抵抗轨道框架横移的阻力
道床 钢轨 扣件 10%
25%
65%
枕端抗推力30% 枕侧摩擦力20%~30% 枕底摩擦力50%
6
四、无缝线路稳定性分析
➢ 4、道床横向阻力*
✓ 表示方法
单根轨枕的横向阻力Q 道床单位横向阻力q
无缝线路稳定性11
三、无缝线路胀轨跑道 无缝线路胀轨跑道的三个阶段
P
胀轨阶段
跑道阶段
B
N
持 稳 阶 0 段0
S
S
0+
oe+ op
=2mm
什么叫无缝线路的胀轨图 跑道3-9
四、影响CWR稳定性的因素
促使无缝线路失稳的因素（或称有利因素）： 钢轨的温升幅度 轨道原始不平顺
保持无缝线路稳定性的因素： 道床横向阻力 轨道框架刚度
oe00p图390bssnop2mm三无缝线路胀轨跑道持稳阶段胀轨阶段跑道阶段什么叫无缝线路的胀轨跑道无缝线路胀轨跑道的三个阶段四影响cwr稳定性的因素促使无缝线路失稳的因素或称有利因素钢轨的温升幅度轨道原始不平顺保持无缝线路稳定性的因素道床横向阻力轨道框架刚度五提高cwr稳定性的措施提高无缝线路稳定性的主要措施有控制钢轨温升幅度的增长减小轨道原始弯曲增大道床横向阻力增强轨道框架刚度第4节普通cwr设计普通无缝线路设计主要指区间内的无缝线路设计其主要内容为确定中和温度和结构计算
伸缩力——因温度变化梁伸缩引起的相互作用力 挠曲力——因列车荷载梁的挠曲而引起的相互作用力 ●桥上无缝线路的设计要求 设计桥上无缝线路时，为保证安全，必须考虑在各项纵向 力的组合作用下，保证钢轨、桥跨结构及墩台满足各自的强度 条件、稳定条件以及钢轨断缝条件。
第3节 CWR稳定性分析
一、一般稳定性的物理概念
稳定平衡状态
不稳定平衡状态线路轨道易于发生横向位移，形成 线路方向不良，影响列车行驶的平稳性，甚至引发列车脱轨事 故。因此，无缝线路轨道稳定性成为铁路运输业普遍关注的问 题之一。
无缝线路轨道稳定性主要研究高温条件下轨道横向位移与 钢轨温度力的变化规律，并针对轨道及其运营环境条件，确定 相应的轨温变化幅度及横向变形位移容许值，制定相应的轨道 设计标准及线路维修标准。因而，无缝线路轨道稳定性不应视 为单纯的稳定理论问题，而是一个工程技术问题，并应根据普 遍的力学原理结合工程实际要求加以处理。
影响无缝线路稳定性的因素.
阻力 kN/根 混凝土宽枕
混凝土枕 木枕
三、无缝线路的稳定性
2.允许温差的确定
在无缝线路上存在不确定因素，因此不能将稳定计算得到的临界温差 作为允许温差使用，应当考虑一定安全储备量。采用安全系数K0作为安全 储备量的评价，安全系数K0包括基本安全系数KA和附加安全系数 A KC
基本安全系数的确定，主要考虑下列影响因素：
三、无缝线路的稳定性
• 道砟材料：不同材质的道砟提供的阻力也不一样。距国外资料，砂砾石 道床比碎石道床阻力低30～40％；道床粒径较大提供的横向阻力也较大， 如粒径由25～65 mm减小到15～30 mm，横向阻力将降低20～40％。 • 道床饱满程度：根据美国和英国铁路的试验研究，在同类轨道的条件下，
比砟肩加宽效果更明显，并可节约道砟。这项措施为国内外无缝线路
广泛采用。我国铁路砟肩一般堆高15 cm；法国铁路堆高10 cm，呈三 角形，阻力值增加10%～15%；日本铁路堆高10 cm，呈三角形，每根
轨枕的横向阻力由6 000～7 000 N提高到10 000 N；英国和法国的砟肩
堆高已列为无缝线路道床断面标准。英国还规定：凡半径小于800 m的 曲线，肩宽35～60 cm，并堆高砟肩。
1.初始弯曲的影响
在相同线路结构和同等状态下，轨道变形量一定时，对于不同的初弯波 长，相应的临界温度力和轨温差是不同的，即存在最不利初弯波长，相 对应的轨温差为最小值。 计算时考虑一定的安全性，根据初弯有关参数计算钢轨最不利初始弯曲 波长 l0，对于60、50 kg/m钢轨无缝线路的最不利初始弯曲波长 l0 分别 为720 cm和700 cm。
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无缝线路稳定性分析及加强措施
无缝线路在钢轨内部巨大的温度力作用下，容易引起轨道的横向变形，在列车动力或人工作业等干扰下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象常称为胀轨跑道，在理论上称为丧失稳定。
这对列车运行的安全是个极大威胁。
无缝线路的稳定性分析主要目的是研究轨道臌曲的发生规律，分析产生轨道臌曲的力学条件和主要影响因素。
通过分析这些因素，制定相应的预防措施，提高无缝线路的稳定性。
标签：无缝线路稳定性措施
一、无缝线路稳定性影响因素
1.道床横向阻力对无缝线路稳定性的影响
道床的约束阻力主要受到维修的扰动和其他原因的影响而发生改变。
道床纵向阻力系指道床抵抗軌道框架纵向位移的阻力。
它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。
道床抵抗轨道框架纵向阻力的位移是由轨道与道床的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力组成的。
道床横向分布阻力是指道床抵抗轨道框架的横向阻力。
它是防止胀轨跑道，保持轨道稳定的重要原因。
道床横向阻力是由轨道两侧及底部与道碴接触面之间的摩阻力和轨枕端头阻止横移的阻力组成。
道床横向阻力对于无缝线路横向稳定性的影响很敏感，是保持无缝线路稳定的主要因素。
有关资料结果表明，保持轨道的稳定性，道床横向阻力起65%的作用。
道床的饱满程度，道床肩宽，道床肩部堆高，道砟种类及粒径尺寸，线路维修作业影响，行车条件和轨枕类型是影响道床横向阻力的主要因素[1]。
在无缝线路轨道沉降段，由于路基沉降引起轨枕和道床接触减小，道床横向阻力降低。
由“统一公式”，道床横向阻力减小，即等效道床阻力Q值降低，轨道允许温度力[P]降低，无缝线路稳定性减低[2]。
由不等波长稳定性计算公式，初始道床横向阻力降低，无缝线路处于平衡状态的温度力降低，稳定性降低。
即沉降段中，由于道床横向阻力的降低，无缝线路稳定性降低。
2.轨道框架刚度对无缝线路稳定性影响
轨道框架刚度在水平面内等于两股钢轨的水平刚刚度（即横向刚度）以及钢轨与钢轨结点间的扣件阻矩之和。
两股钢轨水平面内的刚度之和（为一根钢轨对竖直轴的惯性矩）。
本文中采用的是单根钢轨模型计算分析，轨道框架远比实际情况小，但不影响其他因素的分析。
由“统一公式”和不等波长公式可知，钢架刚度EI直接影响值容许温度压力
[P]的大小。
因此，增大轨道框架刚度有利于无缝线路稳定性的提升。
3.轨道初始不平顺对无缝线路稳定性影响
3.1初始弯曲是影响轨道稳定性的直接原因，胀轨跑道一般都发生在轨道的初始弯曲处。
初始弯曲一般可分为弹性初始弯曲和塑性初始弯曲。
塑性初始弯曲矢度约占总初始弯曲矢度58%。
通过统一无缝线路稳定性计算公式分析初始弯曲对无缝线路稳定性的影响。
分析在初始弹性弯曲矢度为0.3cm，重载无缝线路曲线半径800m，轨道等效道床值84N/cm。
改变初始塑性弯曲矢度，计算得到无缝线路容许温度压力。
塑性初始弯曲矢度与容许温度压力的曲线关系如图3.1.1所示。
图1塑性初始弯曲与容许温度压力关系曲线
由计算可得，随着塑性初始弯曲矢度的增大，无缝线路容许温度压力逐渐减小，即线路稳定性降低。
所以要提高无缝线路的稳定性就要控制钢轨的初始弯曲，提高钢轨在制造过程的工艺，保证在制造、运输过程中的平顺。
3.2 沉降段无缝线路稳定性分析和加强措施
在重载无缝线路中，沉降多发生在病害较多的路桥过渡段处。
由于桥上和路基上轨道的轨下支承条件不同，其轨下基础乃至轨道整体刚度及其变形就不会相同，致使路桥连接部分产生不均匀沉降等现象。
在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段，可使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减少路基与桥梁之间的沉降差，达到降低列车与线路的振动，减缓线路结构的变形，提高无缝线路稳定性，保证列车安全，达到平稳、舒适运行的目的[3，4]。
朔黄铁路昼夜温差变化较大，因此需要我们特别注意线路的稳定性问题，需要采取多种措施来保证线路的稳定性。
无缝线路除了要承受的温度力和列车荷载外，还要承受桥梁、道岔等结构物体等所产生的附加力。
因为长轨经历的线路、气候和环境条件变化大，承受的轨温变化幅度不相同，温度力分布也会不均匀。
因此保持无缝线路稳定应该预防为主。
路桥过渡段由于桥墩与路基之间的刚度差异，造成在列车荷载下路基沉降[5]，路桥过渡段稳定性分析对于重载铁路无缝线路至关重要。
沉降差对无缝线路稳定性的影响：
根据所建的ANSYS有限元模型计算结果，不同沉降差对无缝线路纵向力值的大小影响如图2所示。
图2不同沉降差下纵向力变化曲线
由图可得，在正常情况下，轨道未发生沉降，轨道纵向阻力逐渐减小，传递到道床路基上；一旦发生沉降，导致道床纵向阻力减小引起钢轨纵向力的重分布。
由计算结果得，沉降差导致无缝线路的纵向力增大，沉降差越大，纵向力相对越大。
这对无缝线路的稳定性是不利的，沉降差越大，在较高纵向力的作用下，无缝线路有可能发生胀轨跑道等失稳问题。
沉降段长度对无缝线路稳定性的影响：
根据所建的ANSYS有限元模型计算结果，不同沉降段长度对无缝线路纵向力值的大小影响如图3所示。
图3不同沉降段长度纵向力变化曲线
当沉降段长度越长时，纵向力相对较大，使得无缝线路越趋于不稳定状态，使无缝线路发生失稳的情况可能发生，对无缝线路的安全运行不利。
即沉降长度影响路桥过渡段无缝线路稳定性，沉降段越长，路桥过渡段稳定性越差。
对于以上两类沉降情况，由计算结果此可见，相同的温度力作用下，沉降使得钢轨纵向力增加。
当钢轨纵向力增加的时候，由稳定性理论，温度压力越大，无缝线路越趋于不稳定，且压力随着轨道沉降的增加而增加，随沉降度长度增长。
即不均匀沉降越大，无缝线路稳定性越低；沉降度长度越长，无缝线路稳定性越低。
對于更为严重的轨枕完全空吊情况，轨枕完全失效，钢轨纵向力相对增大，并且此时道床横向阻力为0，在这种情况下极易发生无缝线路的失稳。
所以要防止这样严重病害的产生。
三、结语
由以上的稳定性分析可知，无缝线路稳定性影响因素主要包括四个：温度力、轨道不平顺、道床阻力、框架刚度。
1.对于温度力，选择适合的锁定轨温，使轨道的升温、降温幅度在满足轨道稳定性范围之内。
在轨道的设计和维护过程中，重视轨温的变化，维持无缝线路的稳定性。
2.轨道不平顺有曲线半径、初始弯曲矢度等。
曲线半径越小，无缝线路容许温度压力越小，轨道稳定性越差。
因此，在路基沉降段要控制轨道的曲线半径，特别是在路桥过渡段中，最好使用直线的过渡段，以增强轨道稳定性。
3.道床阻力是控制线路稳定性的主要因素。
沉降对于线路的稳定性危害极大，在沉降段的道床横纵向阻力均减小，无缝线路稳定性降低。
4.在路桥过渡段，过渡段的沉降差和沉降段长度均是影响无缝线路稳定的重要因素。
通常采用刚度渐变的路基处理方法来降低沉降差值，使列车能顺利过渡到路基地段。
针对该沉降路段的特殊环境提出了相关的预防措施，通过铺设钢轨时合理锁定轨温，保证无缝线路具有稳定的路基，减少和严格控制初始弯曲矢度，保证钢轨具有较强的刚度，以及严格而又及时的维修保养等预防措施来提高无缝线路的稳定性。
参考文献
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