青藏鐵路格拉段鋪設橋上無縫線路關鍵問題研究

韓 峰 王保成(蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州730070)

青藏鐵路格拉段具有高海拔、高寒、大溫差的特點，在該地段鋪設無縫線路尚無成熟的經(jīng)驗可以借鑒。但為了更好的適應我國的經(jīng)濟發(fā)展和列車提速改造的要求，近年來已陸續(xù)在非常年凍土區(qū)鋪設無縫線路已陸續(xù)展開。橋上鋪設無縫線路，可以改善橋梁受力條件，減少軌道維修工作量，延長線路設備和橋梁的使用壽命。但橋上鋪設無縫線路除了受到列車動載、溫度力等的作用外，還受到由于橋梁的伸縮或撓曲變形而產(chǎn)生額外的縱向附加力作用[1]，其鋪設范圍尤其是溫度范圍較普通路基地段收到更大限制[2]。

1 高寒、大溫差地區(qū)橋上無縫線路鋪設關鍵問題

高寒、大溫差鋪設無縫線路需要針對不同橋梁型式，采用不同阻力模型進行了伸縮附加力、撓曲附加力、斷縫及斷軌力計算，得出了相應附加力的分布規(guī)律和影響因素。進而對高寒、大溫差地區(qū)不同橋型無縫線路的軌道強度及穩(wěn)定性進行研究分析，提出了滿足該類地區(qū)溫度應力式橋上無縫線鋪設要求的設計方法。由于青藏線格拉段橋梁結(jié)構(gòu)類型較為復雜，涉及到的大的橋梁結(jié)構(gòu)形式各不相同，既有墩高達52m 三岔河特大橋，也有拉薩河大橋預應力混凝土連續(xù)箱梁+連續(xù)梁鋼管拱組合體系+預應力混凝土連續(xù)箱梁以及連續(xù)鋼構(gòu)等多種橋梁結(jié)構(gòu)。而且多處特大橋部分區(qū)段位于曲線上，加之該地區(qū)高海拔、嚴寒、日溫差大的特點，鋪設橋上無縫線路據(jù)更需要從鎖定軌溫設計入手，研究擴大鋪設范圍的具體措施，保障其運營安全。

2 提高軌道允許升溫幅度

提高軌道允許升溫幅度，實質(zhì)上是提高軌道穩(wěn)定性的容許溫差。通過對不同跨度橋梁的計算分析，采用不同的橋型、不同的固定支座位置、不同的加載方式、墩臺不同的線剛度，對鋼軌附加力的影響是不一樣的。降低鋼軌附加力的極值可以有效的降低軌道壓力，從而提高軌道允許升溫幅度。

但實踐證明，軌道結(jié)構(gòu)的各種特性參數(shù)，除鋼軌的EF 值外，在運營條件下，隨機性很強。如道床的分布阻力，扣件的結(jié)點阻力等多有變化，不易控制，因此，不能簡單地以計算結(jié)果來判定容許升溫的幅度。理論計算結(jié)果，只是設計的基本參考數(shù)據(jù)，同時還要認真研究和運用運營中積累的經(jīng)驗，結(jié)合起來合理地加以確定。由于青藏鐵路格拉段的鎖定軌溫普遍較低，但由于長大坡道的頻繁制動，造成鋼軌表面溫度大于最高氣溫+20℃的經(jīng)驗值，因此提高允許溫升對于確定合理鎖定軌溫具有十分重要的意義。

3 增大軌道允許降溫幅度

提高軌道允許降溫幅度，實質(zhì)上是提高軌道強度的容許溫差。通過文獻可知P50 鋼軌允許應力為330MPa，P60 鋼軌如果采用淬火軌或耐磨鋼軌允許應力可達489MPa，容許溫差增大很多[3,4]。同樣采用的橋型、固定支座的位置、加載方式、墩臺線剛度對降低鋼軌附加應力也非常有效，進而提升了容許溫差。這些對擴大橋上無縫線路鋪設范圍提供了技術保證。但軌道允許降溫幅度的增大，相應鋼軌斷縫值會隨之增大，當斷縫到一定程度，會影響到行車的安全，加速軌道惡化。因此在提高線路縱向阻力減小斷縫值的同時，降溫幅度會有一極值，如超過極值，同樣不能滿足無縫線路的要求，需設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，采用放散溫度應力式的結(jié)構(gòu)。

4 合理確定鎖定軌溫及其容許范圍

合理確定鎖定軌溫及其容許范圍，在是高寒、大溫差地區(qū)以擴大鋪設溫度應力式無縫線路范圍為目標，可以從以下幾個方面進行研究：

4.1 提高軌道結(jié)構(gòu)的整體強度

采用高強度鋼軌，如U75V、U76NbRE 鋼軌抗拉強度≥980 MPa，U70M、U71M 鋼軌抗拉強度≥880 MPa，軌道允許降溫幅度非常大。青藏鐵路采用60kg/m U75V 鋼軌，允許應力富余量達100 MPa，可以再適應更大的溫度應力和附加應力。

Ⅲ型混凝土枕，Ⅱ、Ⅲ型扣件，特級、一級碎石道床可以提供更大的線路縱橫向阻力，從而提高允許升、降溫幅度，對設計鎖定軌溫的確定及其容許范圍可以有較大的空間。

線路鋪設后的整修作業(yè)使用大型養(yǎng)路機械，可強化軌道幾何形位，加速道床穩(wěn)定，提高無縫線路容許升溫和容許降溫的幅值。

4.2 軌條合理布置

不同橋型的最大附加力產(chǎn)生的位置是有一定規(guī)律的，如簡支梁發(fā)生在活動支座橋臺處，連續(xù)梁、剛構(gòu)發(fā)生在梁的兩梁端。由于鋼軌焊接無論是接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊，焊接強度都不及母材強度，因此在這樣一些位置及斷縫伸縮范圍如遇到長軌焊頭，會降低軌道的強度和穩(wěn)定性。現(xiàn)今我國大力發(fā)展的百米定尺鋼軌，可有效減少焊頭數(shù)量，加之在設計、施工中合理布置軌條，可減小在強度及穩(wěn)定性檢算中的安全系數(shù)，提高容許升、降溫幅值，擴大鎖定軌溫確定及其容許范圍。

4.3 盡量縮小設計鎖定軌溫的范圍

在可能的條件下盡量縮小設計鎖定軌溫的范圍，實質(zhì)是讓施工鎖定軌溫更接近于設計鎖定軌溫中間值，以擴大容許升、降溫幅度，適應更極端的現(xiàn)場環(huán)境。因此可以在偏低軌溫下采用長軌條拉伸法施工，一次拉伸到中間鎖定軌溫進行鎖定。

4.4 采用二次鎖定法鎖定線路

二次鎖定法指的是無縫線路鋪設時先按常規(guī)方法予以鎖定，待線路通過一定噸數(shù)后，進行一次應力放散，把因列車輾壓而降低的軌溫放散出來，再進行最終鎖定。從而使鎖定軌溫更可靠準確，充分利用原設計的容許溫升和容許溫降。

5 輔助措施

青藏鐵路格拉段橋上無縫線路采用60kg/mU75V 鋼軌、ⅢQ 型橋枕，彈條及道床滿足無縫線路要求的軌道結(jié)構(gòu)，合理確定鎖定軌溫的前提下，軌道強度、穩(wěn)定性、斷縫及斷軌力基本能夠滿足要求。但是在施工時應夯實道床，扣件螺帽扭矩應保持在80 ～150N·m，以提高道床縱向阻力。另外考慮到總壓力已接近容許壓力，在不增加軌枕數(shù)量的情況下，可以增設枕端擋板、曲線拉桿、橫向阻力器或道床肩部注入瀝青等材料，以提高道床橫向阻力。

6 結(jié)語

在青藏鐵路，采用上述方法有效地擴大了橋上無縫線路的鋪設范圍，在強化的軌道結(jié)構(gòu)條件下，采用60kg/mU75V 鋼軌、ⅢQ 型橋枕并對兩側(cè)擋砟塊進行加高，成功地在60 余座不同類型的橋梁鋪設了無縫線路，有效地改善了線路條件，目前各橋上無縫線路運營狀況良好。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設函[2003]205 號新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社.2003.

[2] 馬戰(zhàn)國.中小跨度長聯(lián)連續(xù)梁橋橋上無縫線路縱向力的研究.中國鐵道科學,2003,24(1)：59 ～64

[3] 張向民,陳秀方.無縫線路穩(wěn)定性可靠度計算及參數(shù)敏感性分析[J].鐵道學報.2007,29(4):70-73

[4] 中華人民共和國鐵道部.無縫線路鋪設及養(yǎng)護維修方法(TB/T 2098-2007)[S].北京：中國鐵道出版社.2007