王品化 上海铁路局阜阳工务段

无缝线路稳定性计算的目的是研究温度力，道床横向阻力及轨道框架刚度之间的关系，研究在后两者已给定的条件下，温度压力必须限制在多大范围内才能保证线路的稳定。设计无缝线路时，必须经过稳定性计算以确定其锁定轨温；在养护维修时，依据稳定性计算来限制作业轨温及作业量；在轨道日常检查时，如发现方向不良，可测量其矢度，按稳定性理论或查阅有关资料，判断钢轨受力状态。因此，稳定性计算对无缝线路的设计、铺设及维修都是十分重要的。

1 基本概念

无缝线路锁定后，如果轨温不高，温度压力很小时，轨道将保持原来的状态。随着温度压力的继续增大，轨道就会在一些薄弱地段（钢轨有原始弯曲或道床横向阻力被削弱处）出现较大的弯曲变形。变形矢度 随温度压力的增大而逐渐增加。这一现象称为无缝线路的胀轨。在胀轨阶段，如轨温不继续升高，并无外力干扰，轨道弯曲变形一般不会增加，且有可能随温度压力的下降而逐渐减少，直至恢复到无缝线路原始状态。此时，轨道处于稳定平衡状态。但温度压力达到某一临界力РK时，轨温稍有升高或稍受外力干扰时，轨道弯曲变形就会突然显著增大，导致轨道完全被破坏。这一现象称为无缝线路的跑道。因此，胀轨是无缝线路丧失稳定的过程，而跑道，则是丧失稳定结果。跑道能使积蓄于轨道中的能量被突然释放，引起大量位移，并能使钢轨形成塑性弯曲，使轨枕劈裂，石蹅抛散，甚至颠覆列车，造成严重后果。

应当指出，现行无缝线路稳定性计算方法并不是要求取从稳定平衡转为补稳定平衡的临界力PK值，因为线路在跑道之前胀轨就已相当严重，威胁行车安全。目前的做法是把温度压力限制在小于 РK的PN点，如图1所示，从而使横向位移不超过一定的允许值。此值现定为2mm，以保证线路既不产生变形积累，又不致于过分限制温度力，从而适当扩大可铺无缝的范围。将相应于轨道产生2mm横向位移的温度力PN除以安全系数 K后得出的[P]，即为保证无缝线路稳定的允许温度力。

图1

2 影响无缝线路稳定性的因素

对无缝线路大量调查后得出这样的结论:很多次的胀轨跑道事故并非温度力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作用的因素认识不足，在养护维修中破坏了这些因素而发生的。因此，我们必须研究丧失稳定与保持稳定两方面的因素，注意发展有利因素，克服、限制不利因素，防止胀轨跑道事故，以充分发挥无缝线路的优势。

2.1 道床横向阻力

道床抵抗轨道框架横向位移的阻力称道床横向阻力，它是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。据苏联经验，稳定轨道框架的力，65%是由道床提供的，而钢轨为25%，扣件为10%。

道床横向阻力的构成是：道床肩部占 20～30%，轨枕两侧占 20～30%，轨枕底部占50%，且混凝土轨枕和枕木尚有不同。无缝线路地段的道床断面不仅要符合标准尺寸，还应捣固紧密（详见图2）。

图2

轨道框架刚度 是反映其本身抵抗弯曲能力的参数。轨道框架刚度愈大，弯曲变形愈小，所以是保持轨道稳定的因素。轨道框架刚度，在水平面内，等于两股钢轨水平刚度及钢轨与轨枕节点间的阻矩之和。节点阻矩与轨枕类型、扣件类型、扣件压力及钢轨相对于轨枕的转动有关。中间扣件的扣压力愈大，钢轨与轨枕联结愈紧密，轨道框架的水平刚度就愈大。

轨道框架的水平刚度可取为：式中 β-轨道框架刚度的换算系数；

2.2 丧失稳定因素

（1）温度力。

（2）轨道原始不平顺（原始弯曲）。

钢轨在制作过程中或在外力作用下，难免存在一些原始弯曲。如钢轨轧制出厂允许有1/2200的弯曲；线路方向允许有10m弦量矢度不超过4mm的弯曲等。这些原始的微小弯曲对无缝线路的稳定性影响很大。通过实验发现：原始弯曲愈小，丧失稳定的临界压力越高；原始弯曲愈大（不超过弯曲限度），丧失稳定的临界压力愈小。

轨道原始弯曲通常包括塑性原始弯曲和弹性原始弯曲。塑性原始弯曲是钢轨在轧制、运输、焊接和铺设过程中形成。弹性原始弯曲是在温度力和列车横向力的作用下产生的。

3 计算模型及应对措施

3.1 确定一条最近实际情况的变形曲线

这在直线地段和曲线地段是不尽相同的。经调查发现，直线轨道的变形，发生在轨道的薄弱处，一般成"S"形碎弯。碎弯的矢度随温度压力的增加而增大，但半波长度变化不大，一般为3.5～5.0m，如图 3 中的(a)、(b)、(c)所示。

图3

曲线轨道的变形曲线，由许多个单波组合而成，波长无规律，基本上是中部出现一个主半波，波长为7～10m，最大矢度为300～350mm，两侧则为矢度及半波长均很小的副半波，如图3中（d）所示。不论直线轨道或曲线轨道，变形曲线均非常接近于正弦曲线。又因为曲线计算比较简单，故常用作无缝线路的变形曲线。

3.2 为控制无缝道岔的稳定性，应根据其稳定性的各种因素，制定相应控制措施

（1）控制轨道框架的稳定。

①根据既有轨道设备，严格按照有关标准对道床进行控制，首先要使道床饱满，几何尺寸达到要求。其次，在高温季节，应加强道床夯拍，确保稳定。

②在日常养护作业中，加强扣件作业，在易发生胀轨季节，应及时补齐缺失扣件，并相应对扣件进行复拧，使扣件扭力矩满足 120～150N·m。

（2）加强线路检查，对一些大的钢轨硬弯，及时娇直。

（3）为了监控无缝线路的爬行，还要在一定位置设置位移观测桩，通过采集一定的数据，分析轨道的伸缩变形，使其控制在一定的范围内。区间无缝线路在伸缩区及缓冲区桩的布置应密一些，而在固定区相对稀疏。道岔范围内桩一般布置在岔头和岔尾处，间隔一般为50m。位移观测桩应埋设牢固，标记要明显、耐久。