城市轨道交通无缝线路是轨道结构的一项重要新技术,是与城市轨道交通发展相适应的新型轨道结构。
在以往普通的城市轨道交通线路上,钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头轨缝的存在,列车通过时发生冲击和振动,并伴随有打击噪声,所产生的冲击荷载最大可达到非接头区3倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和乘客的舒适,并促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件的使用寿命缩短、养护维修费用增加等。为改善钢轨接头的工作状态,在城市轨道交通线路中引入了无缝线路技术。无缝线路由于消灭了大量的接头,因而具有行车平稳、乘客乘坐舒适、机车车辆和轨道的维修费用少、使用寿命长等一系列优点。
无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同,可分为温度应力式和放散温度应力式两种。由于城市轨道交通自身的特点,基本上均采用温度应力式无缝线路。温度应力式普通无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两端2~4根缓冲轨或伸缩调节器组成,可采用多种接头方式。无缝线路锁定后,焊接长钢轨因受钢轨接头阻力、扣件或道床纵向阻力的抵抗,两端自由伸缩受到一定的限制,中间部分完全不能伸缩。因此,温度应力式无缝线路包括固定区、伸缩区和缓冲区3部分(见图)。固定区长度根据线路及施工条件确定;伸缩区长度根据计算确定,一般为100~200米;缓冲区一般由2~4对标准轨或厂制缩短轨组成。
无缝线路组成示意图
根据城市轨道交通无缝线路铺设位置、设计要求的不同,可分为桥上无缝线路、地面无缝线路、地下无缝线路等。根据无缝线路轨条长度、是否跨越车站,可分为普通无缝线路和跨区间无缝线路。根据长钢轨接头的联结形式,可分为焊接无缝线路和冻结无缝线路。铺设城市轨道交通无缝线路时,除在长大桥上为减小墩台和轨道的受力、变形而设置伸缩调节器外,在一般线路上则应更多地采取轨条与轨条、轨条与道岔直接焊联的形式即跨区间无缝线路。跨区间无缝线路是城市轨道交通无缝线路结构的发展方向。
为防止钢轨断裂,城市轨道交通无缝线路应具有足够的强度。无缝线路强度计算的要求是:在环境温度和列车动力的共同作用下,焊接长钢轨所受的动弯应力、温度应力及制动应力的总和,不超过钢轨钢料的容许应力。高架桥上铺设的城市轨道交通无缝线路,还应考虑附加应力(包括温度应力和挠曲应力)的作用。城市轨道交通无缝线路除需满足强度要求外,铺设于小半径曲线地段时必须满足稳定性要求,铺设于大坡道上时必须满足防爬要求。此外,高架线上铺设的城市轨道交通无缝线路还应该给桥梁专业反馈桥墩附加力,以进行相应的检算。
锁定轨温是城市轨道交通无缝线路设计中最重要的参数之一,锁定轨温又称零应力轨温,是指无缝线路钢轨被锁定时的轨温,此时钢轨内部的温度力为零,指导施工的重要依据。设计锁定轨温的计算应考虑城市轨道交通无缝线路所在城市的历史最高和最低轨温,通过检算满足强度、稳定性和断缝值的要求。
有砟轨道无缝线路设计锁定轨温宜按照下式计算:
…(1)
无砟轨道无缝线路设计锁定轨温宜按照下式计算:
…(2)
式中
、
为铺轨地区的历史最高、最低轨温;
、
为根据强度、稳定性检算得到的允许温降和允许温升;
为设计锁定轨温修正值,可根据当地具体情况取0~5℃。