摘要：在高原鐵路鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路技術(shù)難度大，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文以青藏鐵路格拉段鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的實(shí)踐為背景，介紹了青藏鐵路格拉段實(shí)施道岔無(wú)縫化的現(xiàn)實(shí)需求和論證過(guò)程。選取了望昆站、唐古拉北站、那曲站、達(dá)瓊果站4個(gè)車站作為試驗(yàn)車站，進(jìn)行了道岔無(wú)縫化方案設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)了約一年的試運(yùn)行，無(wú)縫道岔狀態(tài)穩(wěn)定，維護(hù)次數(shù)及工作量大幅減少，線路綜合TQI值整體呈下降趨勢(shì)。本文研究成果可為高原鐵路跨區(qū)間無(wú)縫線路實(shí)施提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：高原鐵路；跨區(qū)間無(wú)縫線路；無(wú)縫道岔；試驗(yàn)研究

青藏鐵路格拉段2001年6月開(kāi)工建設(shè)，2006年7月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線路延展長(zhǎng)1 434.450 km，為單線60 kg/m區(qū)間無(wú)縫線路。格拉段連續(xù)穿越昆侖山、可可西里、藏北無(wú)人區(qū)，平均海拔4 429 m，穿越海拔4 000 m以上路段960 km，多年凍土地段550 km，最高海拔唐古拉山埡口5 072 m。

跨區(qū)間無(wú)縫線路消除了區(qū)間線路及道岔區(qū)的鋼軌接頭，顯著提升了接頭強(qiáng)度，降低了接頭位置的輪軌沖擊，提高了行車平順性，也延長(zhǎng)了線路設(shè)備的使用壽命，跨區(qū)間無(wú)縫線路已被廣泛采用。青藏高原地區(qū)由于環(huán)境條件復(fù)雜，單日溫差大、溫度變化快、冬季低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，跨區(qū)間無(wú)縫線路的實(shí)施難度較大。

目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)在高海拔地區(qū)實(shí)施跨區(qū)間無(wú)縫線路的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文以青藏鐵路格拉段跨區(qū)間無(wú)縫線路的應(yīng)用為背景，論述高原鐵路車站無(wú)縫化技術(shù)方案及應(yīng)用成果。

1青藏線格拉段線路設(shè)備條件

青藏鐵路格拉段在設(shè)計(jì)階段考慮到線路運(yùn)量較小，采用了50 kg/m鋼軌Ⅱ型混凝土枕有縫線路，建成開(kāi)通后隨著線路運(yùn)量的增加，由于50 kg/m鋼軌自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，軌排幾何尺寸不易保持且線路鋼軌接頭位置輪軌沖擊明顯，造成有砟道床反復(fù)出現(xiàn)道砟粉化、道床斷面破壞等病害。線路接頭位置需要經(jīng)常開(kāi)展搗固、清篩、起撥道等維修作業(yè)，極大地增加了后期維護(hù)的工作量。

青藏鐵路格拉段按照單線鐵路設(shè)計(jì)，雙向行車占用區(qū)間時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致用于檢修的天窗作業(yè)時(shí)間不足，同時(shí)由于高海拔地段的工作環(huán)境降低了勞動(dòng)效率，增大了格拉段線路修理工作。

基于上述原因，自2011年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)多項(xiàng)論證分析、監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究，將格拉段正線逐步改為60 kg/m鋼軌區(qū)間無(wú)縫線路^［1-5］，道岔區(qū)、到發(fā)線仍保留有縫線路，岔區(qū)與區(qū)間正線設(shè)置了3～4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)定尺鋼軌作為緩沖區(qū)，消除了無(wú)縫線路伸縮區(qū)鋼軌爬行對(duì)道岔的影響。

青藏鐵路格拉段初期采用的道岔主要為混凝土枕50 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔，圖號(hào)：專線4198，轉(zhuǎn)換設(shè)備采用CTS2軌枕一體化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在后期格拉段改造時(shí)，缺少適用于既有轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔，因此岔區(qū)仍保留了既有50 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔，僅在擴(kuò)能改造的新建站中采用了提速型60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔，轉(zhuǎn)換設(shè)備為國(guó)內(nèi)通用的電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)和GW鉤型外鎖閉裝置。但由于國(guó)內(nèi)外缺少高海拔地區(qū)鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)研究支持，后期改造時(shí)道岔區(qū)均保留有縫線路，道岔與正線通過(guò)異型鋼軌連接。在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)狀況下，道岔鋼軌接頭壓潰、掉塊、低塌等病害日益突顯，如圖1和圖2所示，鋼軌接頭常態(tài)化檢查和道岔區(qū)接頭病害仍是工務(wù)養(yǎng)護(hù)維修的重點(diǎn)工作，增加了維修工作量。其次，接頭輪軌沖擊較大，線路幾何狀態(tài)保持困難，列車由岔區(qū)過(guò)渡到緩沖區(qū)時(shí)平順性顯著降低，添乘有明顯晃車感覺(jué)。

因此，在青藏鐵路格拉段實(shí)施道岔無(wú)縫化技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)跨區(qū)間無(wú)縫線路，降低線路病害對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊?，延長(zhǎng)鋼軌服役壽命，提高鐵路運(yùn)行品質(zhì)具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)需求。

2跨區(qū)間線路無(wú)縫化可行性論證

為在高原地區(qū)成功實(shí)施跨區(qū)間無(wú)縫線路，青藏集團(tuán)公司、蘭州交通大學(xué)和鐵科院等單位開(kāi)展了探索性工作，先后在青藏鐵路玉珠峰站（海拔4 100 m）^［6-8］、拉林鐵路熱當(dāng)站（海拔2 800 m）實(shí)施了道岔無(wú)縫化的探索，對(duì)軌溫和位移等數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果表明，無(wú)縫道岔使用狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)脹軌、斷軌、轉(zhuǎn)換卡阻等病害，有效減少了養(yǎng)護(hù)維修的工作量，初步驗(yàn)證了道岔無(wú)縫化的可行性。

基于青藏鐵路格拉段鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的需求，2021年國(guó)鐵集團(tuán)科信部立項(xiàng)《高原鐵路跨區(qū)間無(wú)縫線路適應(yīng)性研究》，由國(guó)鐵集團(tuán)工電部牽頭，青藏集團(tuán)公司、鐵科院等4家單位共同承擔(dān)研究任務(wù)。從理論技術(shù)研究和工程技術(shù)應(yīng)用兩個(gè)方面，研究在海拔4 000 m以上的高原鐵路實(shí)施跨區(qū)間無(wú)縫線路所需的設(shè)計(jì)、鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。

項(xiàng)目組調(diào)研了青藏鐵路玉珠峰、望昆、昆侖山、桑雄等海拔超過(guò)4 000 m的車站線路設(shè)備，收集了全國(guó)歷史氣溫?cái)?shù)據(jù)和青藏鐵路軌溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合我國(guó)鐵路多年來(lái)跨區(qū)間無(wú)縫線路運(yùn)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析青藏地區(qū)鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的可行性。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，青藏地區(qū)最大年軌溫差約為90 ℃，而我國(guó)已運(yùn)用跨區(qū)間無(wú)縫線路的區(qū)域中，蘭新鐵路阿勒泰站（新疆北部）年軌溫差達(dá)到100 ℃，濱洲線呼倫貝爾站（內(nèi)蒙古東北部）年軌溫差達(dá)到105 ℃，這兩個(gè)區(qū)域均采用現(xiàn)有的60 kg/m鋼軌跨區(qū)間無(wú)縫線路，使用狀態(tài)良好。根據(jù)分析研究結(jié)果，對(duì)比單日軌溫差，青藏鐵路最大單日軌溫差約為48 ℃，蘭新鐵路最大單日軌溫差為46 ℃，濱洲鐵路最大單日軌溫差為47 ℃。綜上所述，青藏鐵路的年軌溫差明顯小于目前已實(shí)踐跨區(qū)間無(wú)縫線路的鐵路，最大單日軌溫差略大于其他地區(qū)，初步認(rèn)為具備在高原鐵路鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的可行性^［9］。

2022年5月，在青藏鐵路昆侖山站（海拔4 600 m）開(kāi)展了道岔區(qū)膠接無(wú)縫化試驗(yàn)，利用現(xiàn)有設(shè)備條件，將道岔區(qū)及緩沖區(qū)接頭全部?jī)鼋Y(jié)，消除接頭軌縫，根據(jù)初期無(wú)縫道岔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，凍結(jié)接頭滿足岔區(qū)無(wú)縫化需求。綜合理論與試驗(yàn)的探索，可以擴(kuò)大青藏鐵路跨區(qū)間無(wú)縫線路的適用范圍，全面驗(yàn)證了跨區(qū)間無(wú)縫線路的適應(yīng)性。

為保障高海拔區(qū)段跨區(qū)間無(wú)縫線路的可實(shí)施性，2021年由國(guó)鐵集團(tuán)科信部立項(xiàng)，鐵科院、青藏集團(tuán)公司承擔(dān)了《高原鐵路鋼軌鋁熱焊接機(jī)理、材料及工藝研究》重點(diǎn)項(xiàng)目，先后開(kāi)展了跨區(qū)間無(wú)縫線路運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀的相關(guān)調(diào)研、高原氣候環(huán)境與線路設(shè)備情況調(diào)研、無(wú)縫道岔初步試驗(yàn)、高原地區(qū)焊接接頭運(yùn)用現(xiàn)狀調(diào)研等項(xiàng)目，并針對(duì)現(xiàn)有鋼種研究了適用于高原地區(qū)的鋁熱焊劑及焊接工藝，為道岔無(wú)縫化實(shí)施積累了良好基礎(chǔ)。

3跨區(qū)間無(wú)縫線路試驗(yàn)車站選取

為進(jìn)一步論證高原鐵路鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的適應(yīng)性，補(bǔ)全不同高原鐵路鋪設(shè)環(huán)境與跨區(qū)間無(wú)縫線路的試驗(yàn)工況，結(jié)合青藏鐵路格拉段擴(kuò)能改造工程，選取格拉段望昆站、唐古拉北站、那曲站、達(dá)瓊果站4個(gè)車站作為試驗(yàn)車站。其中唐古拉北站海拔最高，為4 955 m，歷史記錄氣溫最低，約為-45 ℃，那曲站和望昆站為4 500 m左右，達(dá)瓊果站海拔4 300 m左右。車站的選取考慮了不同自然地理環(huán)境與線路運(yùn)營(yíng)條件，可以一次性驗(yàn)證不同氣候、不同海拔地區(qū)跨區(qū)間無(wú)縫線路的適應(yīng)性，4個(gè)試驗(yàn)車站的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4試驗(yàn)車站鐵路無(wú)縫化技術(shù)方案

（1）道岔無(wú)縫化型式分為全鋁熱焊接，以及凍結(jié)、鋁熱焊接相結(jié)合兩種型式。其中唐古拉北站、達(dá)瓊果站采用全鋁熱焊接型式；望昆站和那曲站采用尖軌、轍叉凍結(jié)，基本軌鋁熱焊接的型式。道岔與區(qū)間插入由氣壓焊連接的長(zhǎng)軌條，道岔移位鋪設(shè)后，與兩端連接軌采用鋁熱焊連接。

為避免鋁熱焊失效導(dǎo)致道岔尖軌、基本軌、轍叉無(wú)法使用，在道岔配軌設(shè)計(jì)中，要求鋁熱焊接接頭位置延長(zhǎng)600～1 200 mm，允許每個(gè)接頭焊接失效1～2次，最終在道岔兩端與連接軌焊接時(shí)取齊，凍結(jié)接頭采用延長(zhǎng)配軌長(zhǎng)度消除既有軌縫的結(jié)構(gòu)型式。

（2）試驗(yàn)車站道岔型號(hào)。唐古拉北站、那曲站、達(dá)瓊果站無(wú)縫道岔采用道岔圖號(hào)為“專線4249”的60 kg/m鋼軌12號(hào)道岔，與其他改造車站采用的道岔相同；望昆站采用道岔圖號(hào)為“研線16122”的60 kg/m鋼軌12號(hào)道岔，為國(guó)鐵集團(tuán)工電部立項(xiàng)研發(fā)的新型客貨共線道岔。望昆站2號(hào)岔位及前后連接線路采用了彈性岔枕，其枕底增加一層橡膠墊，可進(jìn)一步提高軌道彈性，保護(hù)岔區(qū)有砟道床。

（3）試驗(yàn)車站道岔的設(shè)計(jì)鎖定軌溫經(jīng)檢算與區(qū)間一致。道岔鋪設(shè)采用移位法，先在線下組裝，并完成岔內(nèi)接頭焊接或凍結(jié)，再將道岔整組鋪設(shè)入岔位。道岔施工時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)鎖定軌溫±3 ℃范圍內(nèi)鎖定，且相鄰單位軌節(jié)鎖定軌溫差不應(yīng)大于5 ℃。

（4）岔后側(cè)股連接到發(fā)線或夾支線大于100 m時(shí)，岔后配置2×25 m定尺60 kg/m鋼軌，通過(guò)凍結(jié)組成側(cè)股伸縮區(qū)，優(yōu)化無(wú)縫道岔結(jié)構(gòu)受力，伸縮區(qū)后設(shè)置一根6050異型鋼軌，異型鋼軌60 kg/m鋼軌一端采用凍結(jié)接頭，另一端采用普通接頭聯(lián)結(jié)，過(guò)渡至站線。60 kg/m鋼軌區(qū)段軌枕按照1 660根/km配置。

（5）無(wú)縫線路單位軌節(jié)布置相鄰道岔夾直線長(zhǎng)度≤200 m時(shí)，按照同一單元軌節(jié)管理，同屬一個(gè)單元軌節(jié)的道岔應(yīng)在同一施工鎖定軌溫鎖定，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力放散或調(diào)整；夾直線長(zhǎng)度≤50 m時(shí)，可取消一端的觀測(cè)樁，與夾直線另一端共用一個(gè)。

5試驗(yàn)車站線路無(wú)縫化實(shí)施效果

唐古拉北站、達(dá)瓊果站在2022年8月完成無(wú)縫化施工，望昆站和那曲站在2022年10月完成無(wú)縫化施工。其中那曲站個(gè)別岔位無(wú)縫化時(shí)實(shí)測(cè)軌溫低于鎖定軌溫，無(wú)縫化時(shí)采用低溫拉伸鎖定技術(shù)措施。

鐵科院對(duì)各無(wú)縫化車站無(wú)縫線路服役狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

目前4個(gè)試驗(yàn)車站均經(jīng)歷了由冬季至夏季的冷熱循環(huán)，無(wú)縫道岔狀態(tài)穩(wěn)定。從近一年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，最大年軌溫差約為80 ℃，出現(xiàn)在那曲站，可能受監(jiān)測(cè)時(shí)間較短等因素影響，實(shí)際年軌溫差較?。挥捎阪i定軌溫一般考慮防脹軌，設(shè)計(jì)鎖定軌溫略高于中和鎖定軌溫，監(jiān)測(cè)到的最大溫升差值為36 ℃，最大溫降差值為49 ℃；單日最大溫差分布在41～45 ℃，與前期調(diào)研分析結(jié)果接近，出現(xiàn)季節(jié)無(wú)明顯規(guī)律。鋼軌溫度力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大為940 kN，小于按照溫差50 ℃檢算時(shí)基本軌最大溫度力（約為1 200 kN），從受力情況看，具有較大的安全裕量。

2023年7月對(duì)試驗(yàn)車站再次進(jìn)行了調(diào)研，線路設(shè)備整體良好。4個(gè)試驗(yàn)車站自2022年改造跨區(qū)間無(wú)縫線路完成后，通過(guò)約一年的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)，較原有區(qū)間無(wú)縫線路取得了顯著成效，主要集中在以下幾個(gè)方面。

（1）線路綜合TQI值整體呈下降趨勢(shì)。各車站TQI值下降約1～2 mm，采用凍結(jié)、焊接相結(jié)合型式，既可以有效防止軌道在低溫下的收縮和變形，又可以確保軌道連接的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為后期穩(wěn)步提升設(shè)備質(zhì)量奠定了良好的基礎(chǔ)。

（2）日常養(yǎng)護(hù)維修頻次大幅減少。改造完畢前，每周需對(duì)站場(chǎng)緩沖區(qū)進(jìn)行2次設(shè)備養(yǎng)護(hù)，改造完畢后設(shè)備穩(wěn)定期每15日養(yǎng)護(hù)1次，養(yǎng)護(hù)維修頻次減少，明顯降低了用工成本。

（3）日常養(yǎng)護(hù)維修用料較原來(lái)減少。改造后，岔區(qū)消除普通接頭，接頭病害減少，有效節(jié)約了道砟、基本墊、鋼軌等材料支出；提升了道岔鋼軌的服役性能和壽命，顯著降低了養(yǎng)護(hù)維修成本。

（4）日常檢查工作量大幅減少。改造后，消除了普通接頭，日常檢查不再對(duì)普通夾板接頭進(jìn)行重點(diǎn)檢查，有效減少了檢查工作量，還提高了工作效率。

6結(jié)語(yǔ)

在高原鐵路實(shí)施跨區(qū)間無(wú)縫技術(shù)對(duì)于提高線路質(zhì)量，降低鐵路養(yǎng)護(hù)維修頻率具有重要意義。在望昆站、唐古拉北站、那曲站、達(dá)瓊果站4個(gè)車站實(shí)施跨區(qū)間無(wú)縫線路試驗(yàn)的結(jié)果表明，實(shí)測(cè)軌溫與受力滿足要求，無(wú)縫線路狀態(tài)穩(wěn)定，在高原鐵路鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路具有很強(qiáng)的可行性和適應(yīng)性。

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作者單位：中國(guó)鐵路青藏集團(tuán)有限公司工務(wù)部，西寧810000

作者簡(jiǎn)介：王躍武，男，高級(jí)工程師。