[铁路轨道工程施工 铁路轨道工程施工 铁路轨道工程施工]

内容提要

本书是河南省“十三五”高等职业教育立体化教材建设项目之一。全书共分为5章，主要包括轨道结构及组成、轨道几何形位、道岔、无砟轨道、无缝线路等内容。

本书主要针对技术技能型人才的培养，可作为从事铁路、高速铁路和城市轨道工程施工与维护的重要基础性教材，以及铁路工程领域技术人员、高职、中专院校教师的参考用书。

前 言

本书是在河南省“十三五”高等职业教育立体化教材项目开始实施的背景下启动的。它是在按照“铁路轨道工程施工”的课程标准要求，参阅了近年来出版的有关规范、设计手册和书籍等编写的，本课程是高职铁道工程技术专业的一门核心课程。

本书由郑州铁路职业技术学院王为林主编，陈彦恒、王大帅担任副主编。参加编写工作的有郑州铁路职业技术学院耿文燕、潘鹏飞、卞家胜、齐悦等老师。具体分工为：王为林（第一章第一、二、三、四、五、六、七节）、潘鹏飞（第二章第一、二、三、四、五节）、齐悦（第一章第八、九节；第五章第八节）、王大帅（第三章第一、二、三、四、五、六节）、耿文燕（第四章第四、五节）、卞家胜（第四章第一、二、三节）、陈彦恒（第五章第一、二、三、四、五、六、七节）。

本书主要针对铁路工程施工与养护技术技能型人才的培养，书中内容重点在于铁路轨道结构的基本知识及轨道工程施工的基本方法和工艺。限于编者的水平，书中难免出现不妥之处，恳请各位专家、读者批评指正，有待再版时进一步改正。

编者

2017年11月

第一章 轨道及轨道的组成

轨道是行车的基础，是铁路运输的重要技术设备之一。它由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备及道岔等主要部件所组成，起着机车车辆运行的导向作用、直接承受由车轮传来的巨大压力、并把它传布给路基或桥隧建筑物。随着机车车辆轴重的增加以及列车运行速度的提高，加剧了作用于轨道的各种外力；而运量的增加，又将使轨道提前出现各种形式的疲劳伤损。轴重、速度和运量这三个运营参数，是选择轨道结构的主要依据。为适应铁路运输日益发展的需要，轨道必须向现代化的方向发展。轨道现代化是铁路运输现代化的一个重要方面，没有轨道现代化，要实现铁路运输现代化是不可能的。

轨道现代化的主要内容是：换铺较重型钢轨及钢筋混凝土轨枕；加速发展无缝线路；改善碎石道床及路基的工作条件并进而研究发展符合少维修或“免维修”所要求的各种新型轨下基础；采用弹性扣件和弹性垫板，铺设高速道岔并提高其构件强度；采用先进的轨道检查及养护维修机具。

铁路运营实践和科学技术的发展，促进了轨道的现代化。目前，世界先进国家轨道现代化，均以轮轨动力学为其理论基础，通过建立数学模型、理论计算、试验验证、现场试铺等研究阶段，掌握轮轨系统的动荷相互作用规律，为确定动荷作用力、振动特性及各部分的相对位移等主要变量之间的关系提供可能，据以进一步改进轨道结构。从力学观点来看，轨道是一个处于极端复杂条件下的工程结构物。就其工作条件来说，钢轨、轨枕、道床虽然由不同力学性质的材料组成，但却是一个统一的整体。它们之间必须协调一致，相互配合地进行工作。因此，进行轨道结构的理论研究时，不仅需将轨道作为一个整体来看，而且要将机车车辆、轨道和路基三者有机地结合起来，才能使之更臻完善。这是轮轨动力学的主要内容。

第一节 机车车辆与轨道

一、机车车辆构造性能

机车是铁路上牵引列车的动力。机车按其原动力分为蒸汽机车、内燃机车、燃气轮机车和电力机车。电力机车功率大、速度快、效率高、污染少，沿途不必补充燃料和水，是我国现在的主要发展方向。机车从其本身构造来说能够达到的最高运行速度，称为机车的构造速度。

车辆是铁路上运载客货的工具。根据使用目的，车辆分为客车、货车两大类。

车辆由车体、转向架、车钩及缓冲装置、制动装置等四部分组成。转向架是车辆的走行部分，目前我国铁路上主要采用的是二轴转向架如图1.1所示。

图1.1 转向架示意图

二、机车车辆走行部分

机车的走行部分包括：车架、轮对、轴箱、弹簧装置、转向架及其他部件组成。车辆的走行部分是转向架，它包括侧架、轴箱、弹性悬挂装置、制动装置、轮对及其他部件。

轮对是机车车辆走行部分的基本部件，由一根车轴和两个相同的车轮组成，如图1.2所示。我国车辆上使用的车轮有整体轮和轮箍轮两种，如图1.3所示。

图1.2轮对

车轮由轮心及轮箍组成。轮箍用热套的方法安装在轮心上。轮箍的内径较轮心的外径小1/800～1/1000，用炉火或电热法将轮箍加热到300℃左右，使它膨胀，扩大内径，然后将轮心镶入，侯轮箍冷却，就会压紧轮心外周。

（a）整体轮 （b）轮箍轮

1-踏面；2-轮缘；3-轮辋；4-辐板；5-轮毂；6-轮箍；7-扣环；8-轮心

图1.3 车轮

车轮和钢轨接触的面称为踏面。车轮踏面有锥形踏面和磨耗型踏面两种形式。

锥形踏面如图1.4（a）所示，锥形踏面的母线是直线，由1：20和1：10两段斜坡组成。其中1：20的一段经常和钢轨顶面相接触，1：10的一段只在小半径曲线上才与钢轨顶面接触。车轮踏面采用圆锥面，可以减小横向水平力对车轮的影响，增加车辆行驶的平稳性。同时可使直线地段上行驶的车辆，当偏向轨道一侧时，由于左右车轮滚动半径的不同，仍能返回到轨道中线。这样，虽然车轮的轨迹蛇行运动，但不会在轮踏面上形成凹槽形磨耗，从而避免车轮通过道岔辙叉时，发生剧烈的冲击和振动。需要指出的是，上述诸优点均系指与圆柱形踏面比较而言的。磨耗型踏面把车轮踏面形状改成曲线型踏面(亦称磨耗型踏面)，即将踏面制成与钢轨顶面形状基本吻合约曲线形状，这种踏面具有磨耗小、轮轨接触应力小以及通过曲线时转向性能得以改变等优点，如图1.4（b）所示。

（a）锥形踏面

（b）磨耗型踏面

（c）车辆轮踏面

图1.4车轮踏面

为防止车辆脱轨，在踏面内侧制成凸缘（图1.4中的左侧突起），称为轮缘。

轮缘左侧竖直的一面称为车轮内侧面，因在运行时，它在钢轨的内侧。踏面右侧终端的竖直面为车轮外侧面。车轮内侧面与外侧面之间的距离称为车轮宽度(轮幅宽)。

通过踏面上距车轮内侧面一定距离的一点，划一水平线，称为踏面的测量线。由测量线到轮缘顶点的距离，称为轮缘高度。由测量线向下10mm处量的轮缘厚度称为轮缘厚度。

取踏面上距车轮内侧面一定距离的一点为基点，规定在基点上测量车轮直径及轮箍厚度。

轮对上左右两车轮内侧面之间的距离称为轮对的轮背内侧距离。这个距离再加上二个轮缘厚度称为轮对宽度，如图1.5所示。

图1.5 轮对

因为铁路轨道要求有一定的宽度(轨距)，为使机车车辆在轨道上安全行驶，所有轮对都具有相同的宽度，即固定在车轴上的二个车轮的轮对宽度应当完全相同，只容许有很小的制造公差。

由图1.5可见，

(1.1)

根据《铁路技术管理规程》(简称《技规》)，我国机车车辆轮对的主要尺寸，如表1.1所示。表列数字没有把车轴受荷挠曲后，对轮对宽度的影响考虑在内。

表1.1 轮对几何尺寸

车轮

名称

轮缘高度

轮缘厚度d

轮背内侧距离T

轮对宽度q

最大(正常)

最小

最大

正常

最小

最大

正常

最小

机车轮

28

33

23

1356

1353

1350

1422

1419

1396

车辆轮

25

34

22

1356

1353

1350

1424

1421

1394

因为蒸汽机车的轴箱，装在车轮内侧轴颈上，经过轴箱传到车轴上的荷重，使车轴向下挠曲，轮对宽度因此略有增加。车辆的轴箱，装在车轮外侧轴颈上，车轴受荷后向上挠曲，轮对宽度因此略有缩小，此项轮对宽度的改变，随车辆的构造及荷重的大小而异，一般可取为=±2mm。

为防止车轮由于轮对歪斜而陷落轨道之间，安装在同一车架或转向架上的车轴，必须保持相互间的平行位置。如图1.6所示，同一机车最前位和最后位的车轴中心间水平距离，称为机车的全轴距。为使全轴距较长的机车仍能顺利通过半径较小的曲线，可把全部车轴分别安装在几个车架上。同一车架或转向架上始终保持平行的最前位和最后位车轴中心间水平距离称为机车的固定轴距。固定轴距和全轴距是两个不同的概念。例如在前进型1-5-1蒸汽机车上，中间五个动轮轴安装在同一个车架上，前后导从轮轴分别安装在各自的转向架上，因此，机车的全轴距为10 720mm(导轮轴至从轮轴间距离)，而固定轴距则为6400mm (动轮I至动轮V间距离)。固定轴距是机车能否顺利通过小半径曲线的控制因素。

图1.6 全轴距、固定轴距及车辆定距

第二节 直线轨道的几何形位

一、轨距

轨距为两钢轨头部内侧间与轨道中线相垂直的距离。《技规》规定：线路直线地段的轨距在钢轨头部内侧顶面下16mm处测量，标准轨距尺寸为1435mm，轨距用道尺或其它工具进行侧量。轨距的变更，须和缓平顺，每一米距离中，不可有1mm以上的差异，因在短距离内如有显著的轨距变化，即使不超过允许误差，也会使机车车辆发生剧烈的摇摆。

因为轨道的轨距大于轮对宽度，钢轨与轮缘之间，就有空隙，也叫游间。图1.7中，当轮对的一个车轮轮缘与钢轨贴紧时，另一个车轮轮缘与钢轨之间的游间为

(1.2)

式中，S为轨距，q为轮对宽度。

图1.7 轮对宽度、轮轨游间和轨距

设S0为标准轨距，q0为正常轮对宽度，则正常空隙

设及分别为最大及最小轨距，及分别为最大最小轮对宽度，则最大及最小游间分别为：

我国机车车辆轮轨游间最大值及最小值见表1.2所列。

表1.2 我国机车车辆轮轨游间

车轮名称

轮轨游间值（mm）

最大

正常

最小

机车轮

45

16

11

车辆轮

47

14

9

计算值时，没有把轮对宽度由于车轴挠曲而产生的变动（=±2mm)，以及轨距在列车通过时可能发生的弹性扩大（一般可取为2mm）考虑在内。

钢轨与轮缘间的游间是必要的，也是客观存在的。它对列车运行的平稳性和轨道的稳定性有重要的影响，如果游间太小，就会增加行车阻力和钢轨及车轮的磨损，甚至可能会楔住车轮、挤翻钢轨或导致爬轨，危及行车安全。如果游间过大，车辆行驶时蛇行运动的幅度愈大，横向加速度愈大，轮缘对钢轨的冲击角愈大，作用于钢轨上的横向力也愈大。行车速度愈高，其影响愈严重。所以，为提高行车的平稳性和线路的稳固性，应限制于一个最小的必要数值，特别是在高速铁路上。根据我国现场测试和养护维修经验，认为减小直线轨距有利。改道时轨距按1434mm或1433mm控制，尽管轨头有少许侧磨发生，但达到轨距超限的时间得以延长，有利于提高行车的平稳性，延长维修周期。随着行车速度的日益提高，目前世界上的一些国家正致力于通过实验研究的办法寻求游间的合理取值。

二、水平

水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。为保持列车平稳运行，并使两股钢轨均匀受力，直线地段上两股钢轨顶面应保持同一水平，在曲线地段应满足外轨超高均匀和平顺的要求。

水平可用道尺或其它工具进行测量。两股钢轨轨顶的水平误差，变化不可太快。在1m距离内，这个变化不可超过1mm，否则即使两股钢轨的水平误差不超过允许范围，也将引起机车车辆的剧烈振动。

实践中有两种性质不同的钢轨水平误差，对行车的危害程度也不相同。第一种称为水平差，这就是在一段相当长的距离内，一股钢轨的轨顶水平，始终较另一股为高，另一种称三角坑，这就是在一段不太长的距离内。先是左股钢轨较右股高，后是右股较左股高，而且，两个最大水平误差点的距离，不足18m。

在一般情况下，超过允许标准的水平差，只是引起车辆摇晃和两股钢轨的不均匀受力以及磨耗。但是如果在延长不足18m的距离内出现水平差超过4mm的三角坑，就会使车辆最前和最后的四个轮中，只有三个正常紧压钢轨，另一个悬空。如果恰好在这个车轮上出现强大的横向力，就可能使浮起的车轮只能以它的轮缘紧贴钢轨，在最不利的情况下甚至可以爬上钢轨，引起脱轨事故。因此，必须立即予以消除。

三、高低

轨道的纵向平顺情况称前后高低。有些地方，从表面上看，轨面是平顺的，但实际上轨底与轨枕之间存在间隙（间隙超过2mm时称为吊板），或轨枕与道砟之间存在空隙（空隙超过2mm时称为空板或暗坑），当列车通过时，这些地段的轨道下沉较大，也会产生不平顺。

轨道前后高低不平，即存在不平顺，危害甚大。列车通过这些地方时，冲击动力增加，使道床变形加速，从而又进一步扩大不平顺，使机车车辆对轨道的破坏力增大。所以，对轨道来说，这是一个恶性循环过程。

不平顺时的破坏作用与其长度成反比，而与其深度成正比。一般来说，长度在4m以下的不平顺，都会使机车车辆对轨道产生较大的破坏力，从而加速道床变形。因此，养路工区不能允许这种不平顺存在。一旦发现，应在临时补修中加以消灭。

长度在100～300mm范围内的不平顺，主要起因于钢轨波浪形磨耗，焊接接头低塌，或轨面擦伤等。车轮经过这些处所，会产生冲击。行车速度愈高，冲击愈大

经过维修或大修的轨道，要求目视平顺，前后高低差用10米弦量不超过4mm。

四、方向

方向又称轨向，是指轨道中线位置应与它的设计位置一致。但在机车车辆运行过程中，往往可使直线轨道不直，曲线轨道不圆顺。直线地段的轨道，实际上并不是一条理想的直线，而往往由许多波浪形“曲线”组合而成，这种曲线的长度大约在10～20m左右，不过一般肉眼不易看出。若直线不直，方向不良，则必然会引起列车的蛇行运动。在行驶快速列车的线路上，线路向对行车的平稳性具有特别重要的意义。

相对轨距来说，轨道方向往往是控制性的。只要方向偏差保持在容许范围以内，轨距变化对车辆振动的影响就不会很大。在无缝线路地段，若轨道方向不良，则到了高温季节，在一定条件下，还会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。

《修规》规定：直线方向必须目视平顺，用10米弦量，误差正线不超过4mm；站线及专用线，不得超过6mm。

五、轨底坡

因为车轮踏面的主要部分作成1:20的斜坡，所以在直线上，钢轨不应竖直铺设，而要适当地向内倾斜，因此轨底与轨道平面之间就形成了一个横向坡度，称之为轨底坡。

如果钢轨保持竖直，车轮的压力将离开钢轨的中线而偏向道心一侧，且略向外斜，其结果将使钢轨头部磨耗不均，腰部弯曲，在轨头与轨腰连接处发生纵裂，甚至折损。

钢轨中轴线对垂直于轨枕顶面的法线(在直线上为竖直线)的倾斜度称为钢轨的轨底坡（也叫内倾度）。设置轨底坡的目的，是为了使车轮压力更集中于钢轨的中轴线，减少荷载的偏心距，降低轨腰应力。与此同时，还可以减少钢轨头部由于接触应力而产生塑性变形，因为在轨头中部，塑性变形的积累，要较二侧部分缓慢得多。

轨底坡一般与车轮踏面主要部分的斜度相同。在任何情况下，轨底坡不应大于1:12，或小于1:60。轨底坡是否正确，可从钢轨顶面上的光带位置判定。如果光带偏向内侧，说明轨底坡不足；如果偏向外侧，则说明轨底坡过大。在我国铁路上过去轨底坡规定为1:20，但在机车车辆的动力作用下轨道被弹性挤开，轨枕产生挠曲和弹性压缩，加上垫板与轨枕不密贴，道钉的扣着力不足等因素的影响，实际的轨底坡与原设置的轨底坡有较大的出入。另外，车轮踏面经过一段时间的磨耗后，原来1:20的部分也接近1:40的坡度。为此，从1965年起，把直线地段的轨底坡标准从1：20改为1：40；在曲线地段，内股钢轨的轨底坡有时需要作适当的调整见表1.3，以保证其不向轨道外方倾斜。

表1.3 轨底坡调整

外轨超高

轨枕面最大斜度

垫楔型垫板或枕木砍削的倾斜度

当铁垫板或承轨台倾斜度为

0

1/20

1/40

0～70

1:20

1:20

0

1:40

80～125

1:12

1:12

1:30

1:17

第三节 钢轨

一、钢轨的功用、性能及断面

钢轨的功用，在于支持并引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮和其它方面的力并传之于轨枕，同时为车轮的滚动提供阻力最小的表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼供轨道电路之用。

为充分发挥上述诸功能，要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性能。

钢轨的类型，以每米大致重量公斤数表示。目前，我国铁路上所用的钢轨，主要有60kg/m、50kg/m、45kg/m、43kg/m (实际重量分别为60.350，51.514，45.110，44.653kg/m)。今后根据运量、速度、轴重的增加，拟进一步试用75kg/m重轨。

钢轨的断面形状采用具有最佳抗弯性能的工字形断面，如图1.8所示，由轨头、轨腰以及轨底三部分组成。

图1.8 钢轨截面形状

为使钢轨更好地承受来自各方面的力，保证必要的强度条件，钢轨应有足够的高度，其头部和底部应有足够的面积和宽度，腰部和底部不宜太薄。

为防止倾覆，保证必要的稳定条件，钢轨高度的比值不宜太大，一般在0.81~0.87之间。

为改善轮轨的接触条件，提高其抵抗压陷和耐磨的能力，轨头宜大而厚，具有和轮箍断面相适应的轮廓，并有足够的面积，以备磨耗。

为减少局部应力，保证整个断面上应力的有利分布，同时考虑到生产工艺上的要求，轨腰和轨头、轨底之间的连接，以及断面上其它连接圆弧，均应采用尽可能大的半径。轨头与轨底之间的轨腰空间，应能保证与夹板的牢固联结。

此外，为使钢轨轧制后冷却均匀，要求轨头、轨腰及轨底的面积分配，有一个最适当的比例。

目前我国的60 kg/m钢轨的标准断面，见图1.9所示，其主要特征和尺寸，如表1.4所示。

图1.9 60kg/m钢轨断面图

表1.4 钢轨断面尺寸表

钢轨类型

（kg/m）

每米质量

（kg）

截面积

（cm2）

轨高H

（mm）

底宽B

（mm）

头宽b

（mm）

头高h

（mm）

腰厚t

（mm）

43

50

60

75

44.653

51.514

60.64

74.414

57.00

65.80

77.44

95.037

140

152

176

193

114

132

150

150

70

70

73

75

42

42

48

55.3

14.5

15.5

16.5

20

我国标准钢轨长度定为12.5m及25m两种。另外用于曲线上的标准缩短轨有比12.5m标准长度缩短40、80、120mm三种；比25m标准长度缩短40、80、160mm三种。

此外，我国还生产一种专供刨制道岔尖轨用的特种断面钢轨。钢轨的强度，耐磨性及抵抗冲击的性能，在很大程度上取决于钢轨的材质，也就是取决于钢的化学成分、金属组织以及钢轨的生产工艺过程和热处理质量。

二、钢轨的化学成分

钢轨可用平炉钢、转炉钢、电炉钢制造。平炉钢，含磷少，冷脆性低，杂质少，钢质较密实，世界各国铁路多用平炉钢轧制钢轨。转炉钢投资少，生产率高，成本低，尤其采用纯氧冶炼生产工艺，钢的质量并不亚于平炉钢。

钢轨中除含铁以外，还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）等元素。碳为铁以外的主要化学元素，钢的含碳量高，可增加其抗拉强度、硬度和耐磨性。但含碳量过高，也会使钢轨的塑性和冲击韧性显著下降。提高含碳量，还会增加钢中产生白点的机会。白点是钢轨钢在轧制过程中冷却过速，气体不能完全由金属中析出而形成的微小裂隙，它将随着钢轨使用时的疲劳，发展成光亮或黑色斑痕（暗核），导致钢轨断裂，影响行车的安全。同时，含碳量超过0.82%以后，钢的抗拉强度及耐磨等特性已不再显著增加，相反上述缺陷将更为严重。所以现今钢轨中含碳量最高不超过0.82%。

锰可以提高钢的强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物，其含量一般为0.6%～1.0%。锰含量超过1.2%者称中锰钢，其抗磨性能很高。

硅易与氧化合，故能去除钢中气泡，增加密度，使钢质密实细致。在碳素钢中，硅含量一般为0.15%~0.30%。提高钢的含硅量也能提高钢轨的耐磨性能。

磷与硫在钢中均属有害成分。磷过多（超过0.1%），使钢轨具有冷脆性，在冬季严寒地区，易突然断裂。硫不溶于铁，不论含量多少均生成硫化铁，在985℃时，呈晶态结晶析出。这种晶体性脆易溶，使金属在800~1200℃时发脆，在钢轨轧制或热加工过程中容易出现大量废品。所以磷、硫的含量必须严格加以控制。

通过在钢轨化学成分中增加铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒（V）、钛（Ti）、铜（Cu）等元素，制成合金钢轨可以提高钢轨的抗拉强度，耐磨性和疲劳强度。

我国生产的普通钢轨和合金钢轨的化学成分，如表1.5所示。

表1.5 我国钢轨钢主要钢种的化学成分和机械性能

序号

钢号

化学成分（%）

抗拉强度（N/mm2）

延伸率(%)

C

Si

Mn

Cu

P

S

1

U71

0.64~0.77

0.13~0.28

0.60~0.90

≤0.04

≤0.05

785

10

2

U74

0.67~0.80

0.13~0.28

0.70~1.00

≤0.04

≤0.05

785

9

3

U71Cu

0.65~0.77

0.15~0.30

0.70~1.00

0.1~0.4

≤0.04

≤0.05

785

9

4

U71Mn

0.65~0.77

0.15~0.35

1.10~1.50

≤0.04

≤0.04

883

8

5

U71MnSi

0.65~0.75

0.85~1.15

0.85~1.15

≤0.04

≤0.04

883

8

6

U71MnSiCu

0.65~0.77

0.70~1.10

0.80~1.20

0.8~1.2

≤0.04

≤0.04

883

8

7

PD2

0.74~0.82

0.15~0.35

0.70~1.00

≤0.04

≤0.04

1175**

11

8

PD3

0.70~0.78

0.50~0.70

0.75~1.05

0.04~0.08**

≤0.035

≤0.035

980

10

9

U76NbRE

0.70~0.82

0.06~0.09

0.90~1.30

0.02~0.05***

≤0.04

≤0.04

980

8

三、钢轨的金属组织及热处理

钢轨的组织分为低倍组织及显微组织。低倍组织系将试件磨光后置于50%的盐酸水溶液中，加热至70～75℃，经20分钟后取出用肉眼或略加放大进行检验。低倍组织应当是纯净、均匀和细粒结构，没有杂质、气泡、裂纹及其它缺陷。钢的显微组织是把钢轨试件放大100倍以上摄影判断，根据显微组织来确定钢内非金属夹杂情况、晶粒大小、珠光体的数量分布。珠光体是一种比较硬、韧，但不脆的金属组织。钢中珠光体数量愈多，分布愈均匀，层次愈薄，则钢轨的抗拉强度愈高；晶粒愈小，钢轨强度及抗磨性也愈好。

为提高轨端部分的抗磨性能，防止压陷，保证钢轨全长上的均匀磨耗，我国目前生产的钢轨，除有特殊用途者外（如用于焊接长轨或道岔），均在其两端轨面上用中频电流加热喷水淬火热处理。淬火长度为20～70mm，深度为8～12mm，并保证均匀过渡。淬火后，表面硬度可从原来的布氏250左右提高到300～350，但仍保留较高的塑性和冲击韧性。

四、钢轨的伤损

对铁路轨道的主要部件钢轨来说，列车速度的提高和运量的增长，意味着将受到更大的动力作用，更多的磨耗和疲劳，结果将使钢轨的维修养护工作量增加，大修换轨周期缩短，并有可能使行车安全受到严重的威胁。因为钢轨磨耗只在小半径曲线轨道上较为突出，而在运量大的铁路干线上，曲线半径都是比较大的，所以在这些铁路上，钢轨伤损，主要是钢轨疲劳损伤，就成为钢轨使用寿命的控制因素。

表1.6 钢轨损伤分类总表

钢轨损伤

部位

钢轨

伤损编

号损伤的

主要的原因

0.由于钢轨制造方面的确点造成的损伤

1.由于钢轨金属接触疲劳强度不足造成的损伤

2.由于钢轨断面或接头连接结构缺点造成的损 伤

3.由于钢轨养护方面的缺点造成的损伤

4.由于车轮空转、滑行等造成的损伤

5.由于工具撞击或其他机械作用造成的损伤

6.由于钢轨焊接工艺缺点造成的损伤

7.由于钢轨淬火工艺缺点造成的损伤

8.由于钢轨焊补工艺缺点或接续线焊接不良造成的损伤

9.由于上述以外的其他原因造成的损伤

1.轨头表面金属碎裂或剥离

2.轨头内横裂纹

3.轨头内纵向的水平或垂直裂纹

4.轨头压陷或波浪变形

5.轨腰的缺陷或破损

6.轨底的缺陷或破损

7.钢轨折断

8.

9.钢轨的其他缺陷和破损

10

20

30

40

50

60

70

11

21

41

52

62

43

53

14

24

74

25

55

65

26

46

66

17

27

47

18

38

49

59

69

79

99

注：1）表中，十位数表示钢轨伤损的种类及其在钢轨断面上的位置，具体内容如表左方第一栏1-9的说明，个位数表示钢轨伤损的外貌及伤损的主要原因，具体内容如表上方0-9的名一项所示。

2）表中所列33种钢轨伤损情况，基本上包括了除磨耗超限以外的各种伤换钢轨。

近年来，铁路上钢轨破损数量日益增多，各铁路工务部门都配有探伤人员和仪器，检查钢轨的伤损情况，这对确保行车安全能起到积极的作用。但更为重要的是，应在事先采取措施，加强钢轨的薄弱部位，采用更适合于我国铁路行车条件的钢材，使钢轨能有较长的使用寿命，且确保安全。这就需要对钢轨产生伤损的原因进行分析，以便改进钢轨质量并正确合理地加以使用。

我国将钢轨伤损用两位数编号进行分类，十位数表示伤损在钢轨断面上的部位和伤损状态，个位数表示造成伤损的原因，见表1.6。这里介绍几种常见的钢轨伤损及其防治措施。

（一）钢轨磨耗

钢轨磨耗主要有侧面磨耗、垂直磨耗、鞍形磨耗和波浪形磨耗等。垂直磨耗一般情况下是正常的，随着轴重和通过总重的增加而增大。轨道几何形位设置不合适，会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，可通过调整轨道几何形位来解决。

1. 侧面磨耗

侧面磨耗主要发生在小半径曲线的外轨钢轨上，是目前曲线钢轨伤损的主要类型之一。列车在曲线上运行时，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。列车通过小半径曲线时，通常会出现轮轨两点接触的情况，这时发生的侧磨最大。改善列车通过曲线的条件，如采用磨耗型车轮踏面，采用径向转向架等，均会降低侧磨的速率。

2. 波形磨耗

波形磨耗是指轨顶出现波浪状的不均匀磨耗，实质上是波浪压溃。它使列车振动加剧，旅客不适，产生很大的轮轨相互作用力，加速机车车辆及轨道部件的损坏，增加养护维修费用。列车的剧烈振动，也威胁行车安全。在我国一些货运干线上，出现了严重的波磨，波磨发展的速度比侧磨还快，有时不得不因波磨而换轨。

波磨随波长不同而分为两种：一种为波纹磨耗，其波长为30~80mm，多发生在大半径曲线，甚至是直线上；一种为波浪磨耗，波长为80~600mm，甚至长达2m左右，多发生在小半径曲线上。

解决波磨问题，至今还没有效的办法，主要靠机械打磨。目前国内外的打磨手段主要依靠大型钢轨打磨列车和小型钢轨打磨机具。

3. 直线上两股钢轨交替不均匀侧磨

直线上两股钢轨交替不均匀侧磨是重载快速条件下出现的一种新病害，它使直线轨道平顺性指标恶化，导致某些机车车辆运行过程剧烈摇晃，其基本特征是不均匀波形呈等间距，左右交替，磨耗波连续成群，磨耗量由小变大，再由大变小，在一股钢轨内侧形成一个连续的半波，其波长范围基本固定。对此病害应有计划地安排整治，侧磨量大于8mm且添乘机车严重晃车的地段要及时调边进行起道整修，侧磨量小于8mm的要注意控制。

4. 允许磨耗限度

钢轨允许磨耗限度，有下列条件决定：

= 1 \* GB3 ①当钢轨磨耗达到允许限度时，还能保证钢轨具有足够的刚度和抗弯刚度；

= 2 \* GB3 ②当钢轨达到允许磨耗限度时，应保证轮缘在最不利情况下不致接触到接头夹板；

= 3 \* GB3 ③波磨钢轨的波谷深度达到允许限度时，不应引起机车车辆与轨道部件有强烈振动。

根据这三个条件，确定磨耗达到限度的重伤钢轨如表1.7所示。达到重伤的钢轨应立即更换。50kg/m级以上的钢轨，经过探伤和轨头整修后，可按轻一级钢轨使用。

表1.7 钢轨头部磨耗重伤标准

钢轨（kg/m）

垂直磨耗（mm）

侧面磨耗（mm）

160km/h≥v＞140km/h正线

140km/h≥v＞120km/h正线

v≤120km/h正线、到发线及其他站线

160km/h≥v＞140km/h正线

140km/h≥v＞120km/h正线

v≤120km/h正线、到发线及其他站线

75

10

11

12

12

16

21

75~60

10

11

11

12

16

19

60~50

10

17

50~43

9

15

43以下

8

13

达到表1.8所示的磨耗程度为轻伤钢轨，还可以继续使用，但需观察其磨耗发展趋势及其他伤损类型的相伴发生。

表1.8 钢轨头部磨耗轻伤标准

钢轨（kg/m）

总磨耗（mm）

垂直磨耗（mm）

侧面磨耗（mm）

160km/h≥v＞140km/h正线

140km/h≥v＞120km/h正线

v≤120km/h正线、到发线

其他站线

160km/h≥v＞140km/h正线

140km/h≥v＞120km/h正线

v≤120km/h正线、到发线

其他站线

160km/h≥v＞140km/h正线

140km/h≥v＞120km/h正线

v≤120km/h正线、到发线

其他站线

75

9

12

16

18

8

9

10

11

10

12

16

18

75~60

9

12

14

16

8

9

9

10

10

12

14

16

60~50

12

14

8

9

12

14

50~43

10

12

7

8

10

12

43以下

9

10

7

8

9

11

注：1)总磨耗=垂直磨耗+0.5侧面磨耗。

2)垂直磨耗在钢轨顶面宽1/3处（距标准工作边）测量。

3)侧面磨耗在钢轨踏面（按标准断面）下16mm处测量。

（二）钢轨接触疲劳伤损

钢轨接触疲劳伤损的形式主要是由于金属接触疲劳强度不足和车轮的重复作用，导致钢轨顶面金属冷作硬化，最终形成接触疲劳伤损。其形式有接触疲劳裂纹和轨头剥离等。随着列车速度及轴重的提高、铁路运量的增加、钢轨材质及轨型的不适应，将加速钢轨接触疲劳伤损的发生和发展。

（三）轨头核伤

轨头内部存在有微小裂纹或缺陷时，在重复动荷载作用下，小裂纹向四周发展，核伤扩大，削弱了钢轨断面，降低了抵抗折断的能力，在毫无预兆的情况下，猝然折断，严重影响了行车安全。核伤的形成是钢轨内部材质的缺陷，核伤的发展与运量、轴重及行车速度、线路平面状态有关。为确保行车安全，要定期进行钢轨探伤检查。

（四）轨腰螺栓孔裂纹

钢轨端部轨腰钻孔后，强度削弱，螺栓孔周围产生较高的局部应力，在列车冲击荷载作用下，螺栓孔裂纹开始产生和发展，见图1.10，并出现疲劳伤损。螺栓孔裂纹主要来自钻孔时产生的微小裂纹，养护不当。钢轨接头养护维修的状态，对螺孔应力的影响非常大，尤其是高低错牙、轨端低塌、鞍形磨耗及道床板结影响最大。为防止螺孔周边应力集中，采用把螺孔周边镗光的效果非常显著。

图1.10 轨腰螺栓孔裂纹

减缓钢轨伤损的措施有：净化钢轨，控制杂物的形态；采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进钢轨力学性质；改革旧轨再用制度，合理使用钢轨；钢轨打磨；按钢轨材质分类铺轨等。

第四节 轨枕

轨枕承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，同时，有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。轨枕应具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨，有抵抗纵向和横向位移的能力。

轨枕的类型，从材质上看，有木枕，混凝土枕和钢轨；从用途上看，有普通轨枕，桥枕和岔枕；从构造和铺设上看，有横向轨枕、短枕和框架式轨枕。

在我国铁路干线上，除一部分小半径曲线上还存在木枕外，绝大部分线路使用的都是混凝土枕，钢枕在我国也只有极个别地段使用。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设，是一种最常用的轨枕；纵向轨枕较少使用；短枕是在左右两股钢轨下分开铺设的轨枕，常用于混凝土整体道床。

一、木枕

木枕又称枕木，是各国铁路最早采用而且到目前依然被普遍采用的一种轨枕。它的优点很多，主要是：弹性好；易于加工；运输、铺设、养护及修理方便；与钢轨的联结比较简便，易于保持轨道的稳定；绝缘性能好；成本低。制作枕木的木料必须坚韧而有弹性，在我国，以红松、落叶松、马尾松、云杉及冷杉等最常用。

木枕也分普通木枕、道岔木枕及桥梁木枕。其基本断面形状如图1.11所示，长均为2.5米。

图1.11 木枕断面形状（单位：cm）

木枕的使用寿命很短，其失效原因很多，主要是腐朽、机械磨损及裂缝。三者之间互为因果，为延长木枕的使用寿命，对此应作综合考虑。

木枕的防腐处理是延长其使用寿命的主要措施。未经防腐处理的木枕通称素枕。素枕容易腐朽，使用寿命很短。根据我国南方各局使用马尾松素枕的经验，使用寿命不过2~4年。经过防腐处理后的木枕通称油枕，使用寿命可达12年左右，而且还有继续提高的可能。

木枕除进行防腐处理外，还应采取一切可能措施防止机械磨损及裂缝的出现和发展。为减少机械磨损，木枕上必须铺设垫板，预钻钉孔。

为节约木材，可采用胶合方法镶补及拼接枕木。拼接应牢固，材质应相同，并尽量采用齿接。胶合剂一般用参有硬化剂的酚醛树脂。

木枕的缺点，主要是它的强度、弹性和耐久性不完全一致，在机车车辆作用下，容易出现轨道不平顺，这是产生车轮附加动压力从而加速轨道各部分破坏的重要原因。其次是我国木材资源不多，各方面的需要量很大，这在国内社会主义建设突飞猛进的情况下矛盾更为突出。

二、混凝土轨枕

目前我国广泛采用钢筋混凝土轨枕代替木枕。这是因为混凝土轨枕材源较多，又能保证尺寸一律，使轨道的弹性均匀，稳定性提高，可满足干线铁路高速度大运量的要求。混凝土轨枕不受气候、腐朽、虫蛀及失火的影响，使用寿命长。此外，具有较高的道床阻力，对提高无缝线路的横向稳定性，也是十分有利的。

混凝土轨枕分为普通钢筋混凝土轨枕和预应力钢筋混凝土轨枕。普通钢筋混凝土轨枕抗弯能力很差，容易开裂失效，已被淘汰。预应力钢筋混凝土轨枕按配筋的直径大小，分为钢弦（高强度钢丝，简称“弦”）及钢筋（粗钢筋，简称“筋”）二种。

混凝土枕按使用部位的不同，可分为普通混凝土枕、混凝土岔枕及混凝土桥枕三种。

图1.12为有挡肩2.6m长Ⅲ型预应力混凝土轨枕。

图1.12 混凝土枕的结构形式

混凝土轨枕虽然具有很多优点，但也存在不少的缺点。和木枕相较，混凝土轨枕的缺点主要是重量大，弹性差。一根混凝土轨枕重220~250公斤，为木枕的四倍左右。混凝上轨枕的弹性很差，在同样的荷载作用下，轨枕受到的力要比木枕大25%左右，冲击作用也要比木枕为大，所以要求道床质量高，铺设厚度大，并在钢轨底部增设缓冲垫层。对于临时便线、冻害或翻浆冒泥严重及其它路基不稳固的地段及半径300m以下的曲线及正线使用砂道床地段，均不宜铺设混凝土轨枕。目前，由于混凝土轨枕与护轨的联结方式尚未能妥善解决，故在道岔上、宽度2.5m以上的道口，明桥面及其它铺设护轨的地段，均暂不铺设混凝土轨枕。

（一）混凝土枕的类型

目前我国使用的普通混凝土枕分为 = 1 \* ROMAN I、 = 2 \* ROMAN II、 = 3 \* ROMAN III型。

= 1 \* ROMAN I型混凝土枕的承载能力是按建设型机车、轴重21t、最高速度85km/h、铺设密度1840根/km设计的。目前随着铁路运营条件的提高， = 1 \* ROMAN I型混凝土枕已不适应，正逐步从正线铁路被淘汰。

= 2 \* ROMAN II型混凝土枕的承载能力是按韶山型机车、轴重25t、最高速度120km/h、铺设密度1840根/km设计的。

= 3 \* ROMAN III型混凝土枕的承载能力是按机车（三轴）最大轴重25t、货车最大轴重23t设计的。采用C60混凝土，预应力钢筋采用φ7mm压痕钢筋，其使用的水泥、粗细骨料和水等都有严格要求。

= 3 \* ROMAN III型混凝土枕结构合理，强化了轨道结构，提高了设计承载能力及保持线路稳定的能力，可用于60kg/m和75kg/m钢轨线路。

= 3 \* ROMAN III型混凝土枕分为有挡肩和无挡肩两种，前者适用于直线或m的曲线轨道，后者适用于直线或m的曲线轨道。

（二）混凝土轨枕外形尺寸

混凝土枕断面为梯形，上窄下宽。梯形断面便于脱模。底面宽一些是为了保证有足够的支撑面积，以减少对道床的压力。为适应轨底坡要求，承轨槽是1:40的斜坡。轨枕底面支撑在道床上，在两端承轨槽处，因要直接传递钢轨上的压力，要求轨枕宽一些，以增加支撑面积，减少道床压力，增加道床阻力。中间部分则可窄一些，混凝土枕主要尺寸和特征表见表1.9。

表1.9我国混凝土枕主要尺寸

轨枕类型

主筋数量

混凝土等级

截面高度/cm

截面宽度/cm

底面积/cm2

质量

/kg

长度/cm

轨下

中间

端部

轨下

中间

Ⅰ

36φ3

C48

20.2

16.5

29.45

27.5

25

6558

251

250

Ⅱ

44φ3

4φ10

C58

20.2

16.5

29.45

27.5

25

6558

251

250

Ⅲ

10φ7

8φ7.8

C60

23.0

18.5

32

30.0

28

7720

320

260

为了增加轨枕与道床之间的相互接触，提高轨枕下道床阻力，在轨枕底面制有凹型花纹。图1.12是 = 3 \* ROMAN III型混凝土枕的外形和截面尺寸。

混凝土枕受力状况与轨枕长度、道床支撑条件有密切关系。轨枕支撑情况主要有三种，如图1.13所示：全支承、中间不支承和中间部分支承。在不同支承情况下轨枕承受弯矩的情况也不同。根据图中的三种不同的支撑情况，通过计算表明，长轨枕可以减少中间截面负弯矩，但轨下截面正弯矩增大，和过大，都会造成轨枕开裂，因此轨枕的长度应使和保持一定的比例。

图1.13 轨枕弯矩与道床支撑条件的关系

三、轨枕配置

每公里配置的轨枕根数，应根据运量、运行速度及线路的设备条件等决定，并和钢轨及道床等综合考虑，合理配套，以求在最经济的条件下，保证轨道具有足够的强度和稳定性。轨枕密一些，道床、路基面、钢轨以及轨枕本身受力都可以小一些。同时，使轨距、方向易于保持，这对行车速度高的地段尤其重要。但是也不能过密，过密则不经济，而且净距过小，影响捣固。

对于木枕线路，每公里最多为1920根，混凝土枕最多为1840根；每公里轨枕最少为1440根。在1440~1920根之间，轨枕每公里根数的级差为80根，分别有1920、1840、1760、1680、1600、1520、1440根/km。混凝土宽枕布置一律为1760根/km。

混凝土轨枕铺设根数如表1.10所示。

表1.10轨枕类型和配置根数标准

五年内年计划通过总重（Mt）

W年≥25

25＞W年≥15

W年＜15

轨枕配置数量（根/km）

木枕

1840

1840~1760

1760~1680

Ⅱ型混凝土枕

1840

1760

1760~1680

Ⅲ型混凝土枕

无缝线路

1667

普通线路

1680

混凝土宽枕

1760

1760

1760

正线轨枕加强地段及铺设数量应符合下列规定：

（一）下列地段应增加轨枕的铺设数量；

1. 半径小于或等于800m的曲线地段（含两端缓和曲线）；

2. 半径大于12‰的下坡地段；

3. 长度大于或等于300m且铺设木枕的隧道内。

当以上条件重合时，只增加一次。

（二）轨枕加强地段每千米增加的轨枕数量和最多铺设根数应符合表1.11的规定。

表1.11每千米增加的轨枕数量和最多铺设根数

轨枕类型

Ⅱ型混凝土枕

木枕

每千米增加的轨枕数量

80

160

每千米最多铺设的根数

1840

1920

第五节 联结零件

钢轨联接零件分为联接钢轨与钢轨的接头扣件和联接钢轨与轨枕的中间扣件（简称扣件）。

一、中间扣件

中间扣件简称扣件，是联接钢轨与轨枕的部件，它应具有足够的扣压力，将钢轨固定在轨枕的稳固位置上，保持正确的轨距；具有足够的阻力阻止钢轨的纵、横向位移，这在无缝线路上尤为重要；具有绝缘性能（在混凝土枕和钢枕线路上）；具有足够的强度、耐久性；具有一定的弹性，能起到缓冲减震作用；还应具备零件少，便于装卸、维修的条件；必要时具有调节轨距和轨面高度的能力。

（一）木枕扣件

木枕扣件主要有分开式和混合式两种。

分开式扣件如图1.14所示。

它是将钢轨和垫板、垫板和木枕分别联结起来。由图可见，它是用4个螺纹联结垫板与木枕，两个底脚螺栓扣压钢轨与垫板，其道钉和底脚螺栓构成“K”型，故又称“K”式扣件。分开式扣件扣压力大，可有效防止钢轨爬行。其缺点是零件多，用钢量大，更换钢轨麻烦。分开式扣件主要用在桥上线路。

1-螺纹道钉；2-扣轨夹板；3-底脚螺栓；4-垫板；5-木垫片；6-弹簧垫圈

图1.14 木枕分开式扣件

混合式扣件如图1.15所示，零件有道钉和五孔双肩铁垫板。混合式扣件是我国铁路木枕轨道上使用最广泛的一种扣紧方式。它除用道钉将钢轨、垫板和木枕一起扣紧外，还另用道钉将垫板与木枕单独扣紧。这种扣紧方式可减轻垫板的振动，且零件少，安装方便，其缺点是钢轨受荷载后上挠曲时，易将道钉拔起，降低扣着力。

图1.15 木枕混合式扣件（单位：mm）

（二）混凝土枕扣件

混凝土枕扣件，按钢轨与轨枕联接形式可分为不分开式、半分开式和分开式三种。

按轨枕上有无挡肩可分为：有挡肩（挡肩承受并传递水平力）和无挡肩（靠扣件承受和传递水平力）扣件。

按扣件的弹性性能可分为：全弹性扣件（垂直和水平方向都有一定的弹性）、半弹性（仅垂直向有弹性）和刚性扣件。

我国铁路扣件经历了扣板扣件、拱形弹片式扣件、Ⅰ型弹条扣件、Ⅱ = 2 \* ROMAN 型弹条扣件和Ⅲ型弹条扣件的发展阶段，随着运量和速度的提高，扣板扣件和拱形弹片式扣件已不能满足使用要求，正在逐渐被淘汰。

1. 扣板扣件

扣板扣件（图1.16）目前在一些次级线路上还在使用。它由螺纹道钉、螺母、平垫圈、弹簧垫圈、扣板、铁座、橡胶垫板、垫片和衬垫等零件组成。扣板扣件是通过扣板扣住钢轨的，属于刚性扣件，弹性差。扣板可以调整钢轨的位置，即一个扣板翻边使用，就可以调整2个数值的轨距。扣板分中间扣板和接头扣板，接头扣板用于接头处轨枕。中间扣板和接头扣板各有5种号码，可根据相关规定选择使用。

铁座的作用是支撑扣板并传递横向水平力，分普通铁座和加宽铁座。

1-螺纹道钉；2-螺母；3-平垫圈；4-弹簧垫圈；5-扣板；6-铁座；7-绝缘缓冲垫片；8-绝缘缓冲垫板；9-衬垫；10-轨枕；11-钢轨；12-绝缘防锈涂料；13-硫磺锚固剂

图1.16 扣板扣件

2. Ⅰ型弹条扣件

弹性Ⅰ型弹条扣件主要由w形弹条、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等组成。图1.17为60kg/m钢条Ⅰ型扣件。

1-螺纹道钉；2-螺母；3-平垫圈；4-弹条；5-轨距挡板；6-挡板座；7-橡胶垫板

图1.17 混凝土枕Ⅰ型弹条扣件

弹条用于弹性扣压钢轨，要求保持一定的扣压力及足够的强度。弹条有A、B两种型号，其中A型弹条较长。对于50kg/m钢轨除14号接头轨距挡板安装B型弹条外，其余均安装A型弹条。60kg/m钢轨则一律安装B型弹条。

轨距挡板的作用是调整轨距，传递钢轨的横向水平推力。轨距挡板中间有长圆孔，其大小是一定的，但孔中心位置有两种，相应就有两个号码。50、60kg/m钢轨各有两个号码，分别为20号、14号和10号、6号。

挡板座是为支撑挡板用，后背斜面在轨枕挡肩上，要求挡板座有一定强度来承受和传递横向水平力，有足够的绝缘性能以防止漏电。挡板座两斜面的厚度不一，可调换使用，也可起到调整轨距的作用。

不同号码的挡板与挡板座配合使用，就可用来调整轨距。

随着高速、重载运输的发展，对于重型和特重型轨道，弹条Ⅰ型扣件已显能力不足，主要表现在以下方面：

弹条的扣压力不足和弹程偏小。弹条有效扣压力的减小，致使防爬能力降低；弹条设计安全强度储备不足，不能适应重载需要，弹条损坏较多；在曲线地段，当弹条松动时扣件沿混凝土枕挡肩上滑，引起挡肩破损和轨距扩大。

3. Ⅱ = 2 \* ROMAN 型弹条扣件

弹条Ⅱ型扣件除弹条采用新材料重新设计外，其余部件与弹条Ⅰ型扣件通用，仍为带挡肩、有螺栓扣件。在原使用弹条Ⅰ型扣件地段，可用弹条Ⅱ型扣件弹条更换原Ⅰ型扣件弹条。

为了提高弹条的强度和扣压力，选用了优质弹簧钢作为Ⅱ型弹条的材料，屈服强度和抗拉强度分别提高了42%和36%。在弹条优化设计的基础上，最后确定弹条的直径不变，与Ⅰ型扣件相同，仍为13mm。弹条Ⅱ型扣件具有扣压力大、强度安全储备大、残余变形小等优点。适用于Ⅱ或Ⅲ型混凝土枕的60kg/m钢轨线路。

4. Ⅲ型弹条扣件

Ⅲ型弹条扣件是无螺栓、无挡肩的弹性扣件，由弹条、预埋铁座、绝缘轨距块和橡胶垫板组成，如图1.18所示。

Ⅲ型弹条一端套入预埋在轨枕中的铁座上（铸铁挡肩），另一端通过绝缘轨距块扣压在钢轨轨底顶面。Ⅲ型弹条扣件的扣压力大（不小于11kN），弹性好，保持轨距能力强。由于取消了螺栓联结，易于更换，养护维修工作量小。特别适用于高速、重载和高密度的运输条件。

图1.18 混凝土Ⅲ型弹条扣件

二、接头及接头联结

（一）接头联结型式

轨道上钢轨与钢轨之间用夹板连接，称为接头。如以12.5m或25m标准轨铺设，每公里接头就有80或40个之多。

理想的钢轨接头应满足如下三个要求：

1.在接头范围内，钢轨应能像其它部位一样，承受列车通过时作用于其上的垂直力和横向力，也就是说，在荷载作用下，接头范围内钢轨挠曲的形状和大小，和其它部位相同。

2.钢轨热胀冷缩时，接头处的钢轨端部。应能作一定程度的移动。

3.接头联结零件数量很大，应能采用轧、锻、铸等工艺进行大量生产。

这些要求是互相矛盾的，所以迄今还没有一种同时完全满足上述要求的理想结构。钢轨接头结构就是轨道结构的薄弱环节之一。据统计，在铺设12.5m长钢轨的线路上，有40%的线路维修费用与接头有关，同时还增加行车阻力达25%之多。因此，除采用焊接长钢轨（或称无缝线路）新技术以减少接头外，对普通线路，应选用最完善的接头结构并加强养护维修。

接头联结型式，按其相对于轨枕的位置，可分为悬接式、单枕承垫式和双枕承垫式。又可按两股钢轨接头相互位置分为对接式和错接式两种。在我国铁路上，采用悬接式作为标准形式，即两股钢轨的接头左右对齐，同时接头位于两接头轨枕之间（图1.19）。实践证明，这种接头联接方式无论在铺轨及受力方面来看，都是比较有利的。

图1.19 单枕承垫式、双枕承垫式和悬接式

钢轨接头联结零件包括夹板、螺栓和弹簧垫圈等。

夹板的作用是夹紧钢轨。目前我国标准钢轨用夹板均为双头形。图1.20为60kg/m及50kg/m钢轨用夹板尺寸。

图1.20 双头式夹板（单位：mm）

图1.21 接头螺栓外形和夹板

夹板的上下两面均有斜坡，使能楔入轨腰空间，但不贴住轨腰。这样，当夹板稍有磨耗，以致联结松弛时，仍可重新旋紧螺栓，保持接头联结的牢固。每块夹板上有螺栓孔6个，圆形孔与长圆形孔相间。

夹板用螺栓、螺母及弹簧垫圈（图1.21）与钢轨夹紧。接头螺栓、螺母是用来夹紧夹板和钢轨的配件，垫圈是为了防止螺栓松动。螺栓根据其机械性能分级，我国螺栓划分为8.8和10.9两个等级，其抗拉强度相应为830MPa和1040MPa。接头螺栓的扭矩应达到表1.12中的规定，扭矩不得低于规定值100N·m以上。

表1.12接头螺栓扭矩表

项目

单位

25m长钢轨

12.5m长钢轨

最高、最低轨温差＞85℃

最高、最低轨温差≤85℃

轨型

kg/m

60以上

50

43

60以上

50

43

50

43

螺栓等级

-

10.9

10.9

8.8

10.9

8.8

8.8

8.8

8.8

扭矩

N·m

700

600

600

500

400

400

400

400

除上述普通接头外，尚有各种特殊形式与构造的特种接头，主要有：

1.异形接头。用于联结两断面不同的钢轨；

2.传电接头。用于自动闭塞区段及电力牵引地段，供传导轨道电流或作为牵引电流回路之用，轨间传导联结装置用两条5mm左右镀锌铁丝组成；

3.绝缘接头。用于自动闭塞区段闭塞分区两端的钢轨接头上，夹板与钢轨、螺栓之间，螺栓孔四周以及轨端之间用绝缘纸将电流隔离，或采用胶接绝缘接头；

4.尖轨接头。又称温度调节器。用于联结轨端伸缩量相当大的普通轨道及温度跨度大于100m的桥上轨道的钢轨接头。

三、轨缝及轨缝调整

为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处要预留轨缝。预留轨缝应满足如下的条件：当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道；当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺栓不受剪力，以防止接头螺栓拉弯或锯断。

构造轨缝是指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限值，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。

《修规》中规定：普通线路预留轨缝计算公式为

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