[发明专利]高速铁路刚性伸缩型轨道连接装置及制作和安装方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可伸缩、抗弯曲、抗错位和降噪声的高速铁路刚性伸缩型轨道连接装置及制作方法和安装方法。

背景技术：

我国高速铁路发展迅速，已建成营运的高速铁路里程已达1.9万公里，“四纵四横”骨干高速铁路网基本形成。在建高速铁路总里程约11000公里，规划到2020年高速铁路营运里程将达到3万公路。随着营运高速铁路里程的迅猛增加，轨道的养护与维护、病害监测与检测诊断定位、病害修复与耗损、铁轨更换等工作量激剧增加。其中，病害修复及铁轨更换严重影响高速铁路的营运，甚至造成巨大的灾难性损失或间接的经济损失。据统计，普通铁路1980年断轨达1257根，换轨达2616km；1986年断轨达1211根，换轨达4005km；1990年断轨达751根，换轨近5000km；1992年断轨达580根，换轨5000多km。随着重载货车线载荷量和列车通过频次的增加，近年来即使因钢轨炼制技术和缺陷探测技术水平的提高，轨道原伤率不断降低，轨道损伤检出率不断提高，但是轨道损伤事件和断轨总量不断增加，这就增加了断轨引发灾难性事件发生的潜在危险性。

断轨的原因多是轨道在原始缺陷（炼制、运输及安装等因素造成）基础上，受周期性温度变化产生的附加应力和列车等交变复杂应力状态作用下，以及路基“意外”变形产生的附加应力作用下，钢轨原始缺陷扩展，或者超限变形，或者疲劳变形破裂造成的。为了解决此类问题，目前所采用的轨道连接技术如下。

（1）短钢轨轨道连接技术。该技术是沿轨道间隔数十米（一般25m）设置伸缩缝，钢轨端面平头，钢轨端部两侧设置两块钢质夹板，用沿线路方向可移动的螺栓（配合钢轨及夹板上的条形螺孔）将两根钢轨连接在一起，即“平头夹板式”轨道连接技术。以解决轨道温度等因素引起的附加应力。另一方面，螺栓孔对轨道端段的削弱和冲击荷载作用，又使伸缩缝两侧轨道端段断裂的几率增加，进而增加了轨道断裂的风险。据统计60％以上的钢轨破损发生在钢轨接头处，其修理费用约占线路全部养护费用的70％。

（2）长钢轨大间隔伸缩缝轨道连接技术。该技术类似于传统的“平头夹板式”轨道连接技术，只是采用低膨胀率的短钢轨，焊接成长钢轨，伸缩缝设置的间隔距离较大，达数百米至十余公里。该轨道连接技术一定程度上解决了“短钢轨轨道连接技术”存在的噪声问题和轨缝段钢轨变形、强度和刚度不连续的结构问题。但是轨道出现了一定程度的温度应力问题。

（3）无缝轨道连接技术。该技术是在“长钢轨大间隔伸缩缝轨道连接技术”基础上，进一步采用材质更优，膨胀率更低的短钢轨，焊接为长钢轨，伸缩缝设置的间隔距离进一步加大，达数十公里至数百公里。该轨道连接技术进一步解决了“短钢轨轨道连接技术”存在的噪声问题，以及其它诸如轨缝段钢轨变形、强度和刚度不连续的结构问题，但是轨道温度应力问题更加突出。

（4）钢轨温度应力放散轨道连接技术。该技术是在长轨道和无缝轨道钢轨两端设置钢轨伸缩接头，钢轨能自动滑移变形散放温度应力；或者人工定期松开扣件，让钢轨自由变形释放温度应力的技术。该技术允许长轨条自由伸缩，放散钢轨温度应力，降低了钢轨断裂的几率。

（5）钢轨伸缩调节器轨道连接技术。该技术是沿线路一定间隔距离，或者桥梁线路段设置单向或双向“削竹式”钢轨伸缩调节器，通过调节器两侧钢轨相对错动滑移，实现轨道的伸缩变形位移，最大可调节位移能达到1000mm。这样能够减小钢轨热涨变形产生的温度应力问题。

（6）无缝钢轨热膨胀变形强制约束轨道连接技术。该技术是利用扣件将钢轨牢牢地固定在轨枕上，因钢轨与轨枕之间，轨枕与轨道板之间，轨道板与路床之间和路床与路基之间形成的摩擦阻力或者变形抗力，分散控制钢轨在线路纵向的膨胀压缩或拉伸变形，强制其向钢轨横向（截面内周向）变形，不至于钢轨在其纵向上的变形积累在局部，而产生弯曲变形或断裂的一项技术。

现有高速铁路无缝轨道连接技术所面临的难题：

在高速铁路轨道安装调试中，即使采用上述长轨或无缝轨道连接技术和放散钢轨温度应力技术，以及安装钢轨伸缩调节器轨道连接技术，但这些轨道连接技术也存在各自的技术难题。

（1）自动或人工散放钢轨温度应力技术。对于自动散放钢轨温度应力技术，因钢轨伸缩接头结构复杂，现已较少使用；对于人工散放钢轨温度应力，每次作业需要耗费大量的劳力和时间，作业很不方便，因高速铁路“天窗”时间短，限制了该技术的推广应用。