浅谈无缝线路位移观测及应力放散
摘要：目前，无缝线路已被广泛应用于铁路建设当中，当无缝线路位移异常时，我们如何正确的采取措施也尤为重要；文章针对以上两个问题，以青藏线西格段跨区间无缝线路为例介绍了无缝线路位移观测分析方法及应力放散施工。
关键词：无缝线路 锁定轨温 应力放散 位移观测
1.无缝线路位移观测的意义
无缝线路锁定轨温指的是把长轨条扣接于轨枕时的轨温，即锁定时的轨温。锁定轨温不是一直不变的，无缝线路的不均匀爬行，即长钢轨被局部的压缩或拉伸会改变无缝线路纵向力的分布，相对的改变长钢轨的锁定轨温。如果实际锁定轨温比原锁定轨温高很多，在冬季由于气温降低，钢轨内部温度拉力增大，可能发生断轨，反之可能发生胀轨。因此，掌握无缝线路的位移量即实际锁定轨温的变化规律，对保证无缝线路的运营安全具有重要意义。
2.位移观测桩法
在无缝线路长轨条铺设锁定之前，在线路两侧同样里程处按照一定的原则布设观测点，称为位移观测桩。长钢轨可能由于各种原因发生纵向位移，因此，可利用位移观测桩对长钢轨位移量进行测量，利用长钢轨位移量掌握温度力分布、实际锁定
轨温及其变化规律。位移观测桩法是当前我国规范所规定必需采用的检测无缝线路温度力分布和锁定轨温变化的重要手段。
3.应变法概述
对于某一特定长度为L的钢轨，当轨温变化幅度为∆t时，其自由伸缩量为
∆L=aL∆t，∆t=T-T0
当轨温升高∆t时，相当于被压缩了一个∆L。这一∆L，亦可称之为未能实现的伸长量，用∆Lr来表示。它在量值上等于∆L ，但符号相反，所以有
∆Lr =－∆L=-aL∆t
从而可得用应变法求锁定轨温T0的严格理论公式，即T0＝T+∆Lr
aL
式中，
a－钢轨的线膨胀系数，11.8⨯10-6mm/℃；
∆Lr－未能实现的伸缩量；
∆t－相对零应力轨温的轨温变化幅度（℃），以升温为正，反之为负；
T0－零应力轨温，即长度被固定的钢轨，当温度力为零时的轨温（℃）。
对于未能实现的伸长量，或者说钢轨处于受压状态时，只有轨温下降，才能达到零应力轨温，因此上式中∆Lr应取负值。相反的情况则取正值。
如已知∆Lr，则在轨温为T时钢轨未能实现的应变为εr=∆LrL。由此可知，如轨温变化-εra，则钢轨的温度应力将变为零，或者说温度应力为零。因此，零应力轨温等于T+εra。这就是应变法的基本原理。
4.“零应力”综合放散法简介
“零应力”综合放散法是重新设定无缝线路锁定轨温的一种放散方法。先将单元轨条的约束力解除，并放置在滚筒上，通过撞轨，使钢轨充分自由伸缩，处于“零应力状态”时，测量的轨温为“零应力轨温”，如果“零应力轨温”不在设计锁定轨温范围内，再根据单元轨条长度、设计锁定轨温计算钢轨的伸长量，使用长度控制法将单元轨条锁定轨温设定在设计锁定轨温范围内。该方法主要适用于锁定轨温不明、不准或长轨伸缩变形或线路不均匀爬行，改变了锁定轨温。
5.位移观测及“零应力”综合放散的应用
5.1 位移观测桩设置及观测数据
例如：青藏线某段单元轨条长2Km，设计锁定轨温15±5℃，技术资料中实际锁定轨温左股15.3℃，右股15.5℃。观测到的位移量如下：
注：以里程增加方向的位移量为“+”，反之“-”，“-”时说明两桩之间钢轨被压缩锁定轨温降低，反之，锁定轨温升高。
根据“应变法”分析结果表明：1.1#-2#桩间左股锁定轨温降低5.9℃，右股锁定轨温升高1℃，且左右股锁定轨温相差7.1℃；
2. 5#-6#桩间左股锁定轨温升高2.2℃，右股锁定轨温降低
2.3℃，且左右股锁定轨温差4.3℃；3. 6#-7#桩间左股锁定轨温降低4.2℃，右股锁定轨温降低5.9℃，右股锁定轨温为9.6℃。 以上数据表明此单元轨节1#-2#桩间左股锁定轨温已达到
9.4℃低于设计锁定轨温，且左右股锁定轨温差超限；5#-6#桩间左右股锁定轨温差接近超限；6#-7#桩间右股锁定轨温达到9.6℃低于设计锁定轨温。鉴于以上观测分析此单元轨节应力不均匀，需进行应力放散。
5.2 “零应力”综合放散法放散过程
5.2.1 施工工艺
该单元轨节设计锁定轨温15±5℃，根据现场施工条件及该单元轨条实际锁定轨温不能准确判断，确定该无缝线路放散及锁
定方式采用“零应力”综合放散法施工工艺。
1）“零应力”综合放散法就是在单元轨条在零应力状态下通过计算钢轨准确的实际锁定轨温后计算放散量配合拉伸器及滚筒的应力放散方法。
2）基本工艺流程如下：施工准备一设置临时位移观测点—单元轨条中部切开钢轨一拆卸扣件一轨下垫滚筒一撞轨、钢轨自由伸缩一轨温测量—在单元轨条中部龙口处测量钢轨位移量一计算确定钢轨拉伸量—钢轨拉伸、撞轨一落轨一锁定线路一设置位移观测标志。
5.2.1 放散施工
1)放散应力时，应每隔100m左右设一临时位移观测点，观测钢轨的位移量，及时排除影响放散的障碍，达到应力放散均匀、彻底。
2)此单元轨节长度为2km，龙口设在单元轨节中部1km位置处，在单元轨节100m、500m、1500m、1900m处安置撞轨器向单元轨节中部撞击。在单元轨节的中部每股钢轨设置一台拉伸器拉伸钢轨使拉伸量传递均匀。钢轨拉伸量由下式计算：
现场单元轨节中部龙口处轨温5℃时通过撞轨自由伸缩拉开轨缝值为100mm，由此可以推算现场钢轨原锁定轨温高于5℃，且温差为∆t=∆L100==4.2℃，此单元轨节的实际锁定轨温aL0.0118⨯2000
为9.2℃，低于设计锁定轨温15±5℃。
本次放散计划将单元轨节锁定为16℃，计算拉伸量，锁定轨
温提升值=16℃-9.2℃=6.8℃，根据公式
∆L=aL∆t=0.0118⨯2000⨯6.8=160mm，将锁定轨温提升6.8℃需拉伸钢轨160mm。由于龙口处采用铝热焊接技术，实际锯轨量=拉伸量+预留焊缝宽度（25mm），最终确定锯轨量为185mm。
钢轨拉伸量达到预留焊缝宽度后，拉伸器保压，撤出滚筒，安装扣件，锁定线路，焊接龙口。
3)线路锁定后，应立即在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记，按规定开始观测并记录钢轨位移情况。
4)两股钢轨宜同步锁定，线路锁定后才能撤出拉伸器。
6.总结
通过此次无缝线路位移观测及应力放散施工的实践，说明该施工技术是可行的，为无缝线路应力放散及日常检查积累了经验。该段无缝线路竣工后，线路质量得到有效提高，因此此种放散方式是可靠地。其主要优点在于：1.在锁定轨温未知的情况下准确的完成线路的重新锁定；2.将单元轨节中间位置设为龙口拉伸钢轨、并在龙口两侧进行撞轨其撞击力分布更加科学。
浅谈无缝线路位移观测及应力放散
摘要：目前，无缝线路已被广泛应用于铁路建设当中，当无缝线路位移异常时，我们如何正确的采取措施也尤为重要；文章针对以上两个问题，以青藏线西格段跨区间无缝线路为例介绍了无缝线路位移观测分析方法及应力放散施工。
关键词：无缝线路 锁定轨温 应力放散 位移观测
1.无缝线路位移观测的意义
无缝线路锁定轨温指的是把长轨条扣接于轨枕时的轨温，即锁定时的轨温。锁定轨温不是一直不变的，无缝线路的不均匀爬行，即长钢轨被局部的压缩或拉伸会改变无缝线路纵向力的分布，相对的改变长钢轨的锁定轨温。如果实际锁定轨温比原锁定轨温高很多，在冬季由于气温降低，钢轨内部温度拉力增大，可能发生断轨，反之可能发生胀轨。因此，掌握无缝线路的位移量即实际锁定轨温的变化规律，对保证无缝线路的运营安全具有重要意义。
2.位移观测桩法
在无缝线路长轨条铺设锁定之前，在线路两侧同样里程处按照一定的原则布设观测点，称为位移观测桩。长钢轨可能由于各种原因发生纵向位移，因此，可利用位移观测桩对长钢轨位移量进行测量，利用长钢轨位移量掌握温度力分布、实际锁定
轨温及其变化规律。位移观测桩法是当前我国规范所规定必需采用的检测无缝线路温度力分布和锁定轨温变化的重要手段。
3.应变法概述
对于某一特定长度为L的钢轨，当轨温变化幅度为∆t时，其自由伸缩量为
∆L=aL∆t，∆t=T-T0
当轨温升高∆t时，相当于被压缩了一个∆L。这一∆L，亦可称之为未能实现的伸长量，用∆Lr来表示。它在量值上等于∆L ，但符号相反，所以有
∆Lr =－∆L=-aL∆t
从而可得用应变法求锁定轨温T0的严格理论公式，即T0＝T+∆Lr
aL
式中，
a－钢轨的线膨胀系数，11.8⨯10-6mm/℃；
∆Lr－未能实现的伸缩量；
∆t－相对零应力轨温的轨温变化幅度（℃），以升温为正，反之为负；
T0－零应力轨温，即长度被固定的钢轨，当温度力为零时的轨温（℃）。
对于未能实现的伸长量，或者说钢轨处于受压状态时，只有轨温下降，才能达到零应力轨温，因此上式中∆Lr应取负值。相反的情况则取正值。
如已知∆Lr，则在轨温为T时钢轨未能实现的应变为εr=∆LrL。由此可知，如轨温变化-εra，则钢轨的温度应力将变为零，或者说温度应力为零。因此，零应力轨温等于T+εra。这就是应变法的基本原理。
4.“零应力”综合放散法简介
“零应力”综合放散法是重新设定无缝线路锁定轨温的一种放散方法。先将单元轨条的约束力解除，并放置在滚筒上，通过撞轨，使钢轨充分自由伸缩，处于“零应力状态”时，测量的轨温为“零应力轨温”，如果“零应力轨温”不在设计锁定轨温范围内，再根据单元轨条长度、设计锁定轨温计算钢轨的伸长量，使用长度控制法将单元轨条锁定轨温设定在设计锁定轨温范围内。该方法主要适用于锁定轨温不明、不准或长轨伸缩变形或线路不均匀爬行，改变了锁定轨温。
5.位移观测及“零应力”综合放散的应用
5.1 位移观测桩设置及观测数据
例如：青藏线某段单元轨条长2Km，设计锁定轨温15±5℃，技术资料中实际锁定轨温左股15.3℃，右股15.5℃。观测到的位移量如下：
注：以里程增加方向的位移量为“+”，反之“-”，“-”时说明两桩之间钢轨被压缩锁定轨温降低，反之，锁定轨温升高。
根据“应变法”分析结果表明：1.1#-2#桩间左股锁定轨温降低5.9℃，右股锁定轨温升高1℃，且左右股锁定轨温相差7.1℃；
2. 5#-6#桩间左股锁定轨温升高2.2℃，右股锁定轨温降低
2.3℃，且左右股锁定轨温差4.3℃；3. 6#-7#桩间左股锁定轨温降低4.2℃，右股锁定轨温降低5.9℃，右股锁定轨温为9.6℃。 以上数据表明此单元轨节1#-2#桩间左股锁定轨温已达到
9.4℃低于设计锁定轨温，且左右股锁定轨温差超限；5#-6#桩间左右股锁定轨温差接近超限；6#-7#桩间右股锁定轨温达到9.6℃低于设计锁定轨温。鉴于以上观测分析此单元轨节应力不均匀，需进行应力放散。
5.2 “零应力”综合放散法放散过程
5.2.1 施工工艺
该单元轨节设计锁定轨温15±5℃，根据现场施工条件及该单元轨条实际锁定轨温不能准确判断，确定该无缝线路放散及锁
定方式采用“零应力”综合放散法施工工艺。
1）“零应力”综合放散法就是在单元轨条在零应力状态下通过计算钢轨准确的实际锁定轨温后计算放散量配合拉伸器及滚筒的应力放散方法。
2）基本工艺流程如下：施工准备一设置临时位移观测点—单元轨条中部切开钢轨一拆卸扣件一轨下垫滚筒一撞轨、钢轨自由伸缩一轨温测量—在单元轨条中部龙口处测量钢轨位移量一计算确定钢轨拉伸量—钢轨拉伸、撞轨一落轨一锁定线路一设置位移观测标志。
5.2.1 放散施工
1)放散应力时，应每隔100m左右设一临时位移观测点，观测钢轨的位移量，及时排除影响放散的障碍，达到应力放散均匀、彻底。
2)此单元轨节长度为2km，龙口设在单元轨节中部1km位置处，在单元轨节100m、500m、1500m、1900m处安置撞轨器向单元轨节中部撞击。在单元轨节的中部每股钢轨设置一台拉伸器拉伸钢轨使拉伸量传递均匀。钢轨拉伸量由下式计算：
现场单元轨节中部龙口处轨温5℃时通过撞轨自由伸缩拉开轨缝值为100mm，由此可以推算现场钢轨原锁定轨温高于5℃，且温差为∆t=∆L100==4.2℃，此单元轨节的实际锁定轨温aL0.0118⨯2000
为9.2℃，低于设计锁定轨温15±5℃。
本次放散计划将单元轨节锁定为16℃，计算拉伸量，锁定轨
温提升值=16℃-9.2℃=6.8℃，根据公式
∆L=aL∆t=0.0118⨯2000⨯6.8=160mm，将锁定轨温提升6.8℃需拉伸钢轨160mm。由于龙口处采用铝热焊接技术，实际锯轨量=拉伸量+预留焊缝宽度（25mm），最终确定锯轨量为185mm。
钢轨拉伸量达到预留焊缝宽度后，拉伸器保压，撤出滚筒，安装扣件，锁定线路，焊接龙口。
3)线路锁定后，应立即在钢轨上设置纵向位移观测的“零点”标记，按规定开始观测并记录钢轨位移情况。
4)两股钢轨宜同步锁定，线路锁定后才能撤出拉伸器。
6.总结
通过此次无缝线路位移观测及应力放散施工的实践，说明该施工技术是可行的，为无缝线路应力放散及日常检查积累了经验。该段无缝线路竣工后，线路质量得到有效提高，因此此种放散方式是可靠地。其主要优点在于：1.在锁定轨温未知的情况下准确的完成线路的重新锁定；2.将单元轨节中间位置设为龙口拉伸钢轨、并在龙口两侧进行撞轨其撞击力分布更加科学。