1合理设计钢轨伸缩调节器
从桥上无缝线路的检算可以看出，钢轨伸缩调节器的设计不能一概而论，与温度跨度、气候条件、线路行车条件以及所依据的规范有关。在钢轨伸缩调节器的设计中线路、桥梁和轨道应系统设计，减少钢轨伸缩调节器的设置;钢轨伸缩调节器是否设置、设置数量和位置应根据桥梁及线路实际情况，经轨道和桥梁结构检算后确定［5］21。值得一提的是，即使在不设伸缩调节器检算满足要求的情况下，对于温度跨度很大(如有砟轨道大于300m;双块式、CＲTSI型板式无砟轨道大于210m)的桥上无缝线路，一般还是采取保守设计设置伸缩调节器，以避免可能出现的扣件胶垫窜出、轨向不良，无砟轨道钢轨碎弯、混凝土道床结构破坏等病害，保证行车的安全。
1．1设置原则
桥上设置有钢轨伸缩调节器(现一般采用曲线型)时，因基本轨端头阻力较小，与钢轨折断情况相似，两端的长轨条伸缩位移较大。当伸缩调节器位于连续梁的端部时，轨条伸缩区的影响范围将长达3～5跨32m简支梁，这使得作用于简支梁墩台的纵向力也较大。因此，应合理布置伸缩调节器的位置，避免与连续梁相邻的简支梁受力超限。例如连续梁梁端设置钢轨伸缩调节器时，可将其布置于主桥四分之一桥跨附近，并靠近伸缩附加力峰值处，这样既可有效降低钢轨伸缩附加力，又不至于过大增加固定墩的受力，这也要求增大与连续梁相邻的简支梁墩台纵向水平刚度［6］。同时，为保证梁轨相对位移不超限，桥梁墩台纵向水平线刚度应在全桥均匀过渡。由于伸缩调节器特殊的结构设计，在应用中一般保证尖轨和桥梁的伸缩方向一致，以使得二者的相对伸缩位移较小。因而单向伸缩调节器布置于梁端时，通常尖轨位于连续梁上，基本轨位于相邻简支梁上;而当单向伸缩调节器布置于跨中时，尖轨与桥梁间的相对位移较大，因此需采用双向伸缩调节器，以缩短尖轨的长度。设计中注意对单、双向伸缩调节器的设置方案进行对比分析。
1．2位置要求
(1)伸缩调节器应设置在直线地段。此原则对设计带来较大不便，但规范并不限定所有桥梁应该在直线地段，在设计中，若长大桥梁不可避免有曲线地段，可以将长大桥梁钢轨伸缩附加力最大位置(一般位于梁端)区域即要设置伸缩调节器的地方位于直线上，而将长大桥梁中间跨部分位于曲线上，例如福平铁路初设闽江特大桥伸缩调节器设置如图1所示，以避免线桥方案的较大改动。(2)伸缩调节器不应设置在不同轨下构筑物和轨道结构过渡段范围内。如大准铁路跨黄河特大钢桁梁桥因为各种原因，原设计将伸缩调节器设置在桥隧过渡段上，不符合要求，给运营和养护维修带来不便，现该桥上轨道结构已重新进行设计。(3)一般不设置在坡道上。一般情况下，伸缩调节器不应位于坡道上，且从已经设计的桥上无缝线路伸缩调节器来看，设置在坡道上的很少。但规范仅规定连续长大坡道(≥12‰)不宜设置钢轨伸缩调节器［5］5，而对小坡道线路没有明确规定，当线路和桥梁条件不允许时，也可设置坡道上。目前中铁第四勘察设计院认为可设在不大于6‰的坡道上，在其编制的福平铁路初步设计中，有几座长大跨度桥梁的伸缩调节器位于6‰的坡道上。
2特殊地段桥上无缝线路设计注意事项
2．1高墩桥上无缝线路
铁路桥梁高墩设计在复杂山区铁路中比较常见，在准朔铁路(预留无缝)、新街铁路(预留无缝)以及和邢铁路设计过程中均有墩高几十米甚至百米的长大跨度桥梁。这种高墩会对桥上无缝线路带来不利影响。由于太阳的不均匀照射，桥墩沿着线路方向两侧可能存在温度差，在温差荷载作用下，墩顶将产生纵向位移，导致梁轨相互作用，从而引起额外的钢轨和墩台附加力，对轨道和桥梁结构造成不利影响。目前，我国铁路设计规范尚未考虑桥墩温差荷载对桥上无缝线路的影响，但德国铁路将此内容已纳入规范。研究表明［7－8］，桥墩高度对桥墩温差引起的钢轨附加力影响比较敏感，随着墩高的增加，桥墩温差引起的钢轨附加力随之增大，对于高墩这种效应更加明显，在设计中不能忽略。如宜万线某高墩大跨桥梁布置形式为3×24m简支梁+1×32m简支梁+(60+108+60)m连续梁+1×32m简支梁，最大墩高达104m(为连续梁固定墩);考虑所有桥墩的墩顶位移，钢轨附加力在右桥台处出现峰值，最大值为241．8kN(31．22MPa)［7］。这个数值相对于一般长大跨度桥上无缝线路钢轨强度和稳定性检算的富余量，占有很大比例，考虑其影响甚至可能导致桥上无缝线路检算不通过而设置伸缩调节器。因而，在桥上无缝线路设计中应注意高墩的影响，出现高墩时应对桥上无缝线路加强检算评估，或采取措施增大检算富余量，以偏于安全设计。
2．2小半径曲线桥上无缝线路
一般桥上无缝线路检算，主要由钢轨强度控制，而小半径曲线桥上无缝线路检算，主要由稳定性控制。稳定性检算，应考虑桥上无缝线路的主要附加力(一般为伸缩附加力)和温度力的组合，控制长钢轨纵向压力，防止桥上无缝线路特别是桥上曲线地段无缝线路的胀轨跑道［9－10］。对于温差较大地区的小半径曲线无缝线路，若钢轨温度压力都已接近由稳定性公式计算出来的容许温度压力，那么该地段则不适合设置长大跨度桥梁。如对于新街铁路半径600m的曲线桥梁，当地最高轨温57．4℃，最低轨温－31．4℃，锁定轨温(18±5)℃，换铺75kg/m轨无缝线路后，桥上钢轨最大温度压力1047kN，已非常接近由统一无缝线路稳定性计算公式得到的允许压力1066kN，这种情况设计简支梁方案适当提高锁定轨温尚可。但是要设置长大跨度连续梁桥，从技术上来讲，则必须采取增大道床横向阻力，大幅提高锁定轨温，降低桥上无缝线路钢轨附加压力、增大曲线半径或者将桥上设置为有缝线路等措施。但是，通过采取增大砟肩宽度和堆高、设置防胀挡板和横向阻力器等装置增大道床横向阻力，在养护维修中难以保证且缺少定量化的分析;提高锁定轨温，将面临相邻单元轨节的轨温差过大以及增大断轨几率和断缝值;设置小阻力扣件虽会降低钢轨附加力但很容易引起断缝值超限;增大曲线半径会使平纵断面做较大改动，甚至引起工程投资的剧增;将桥上设置为有缝线路与批准的无缝线路设计原则不符、且会增加养护维修工作量，桥上若部分设置为有缝线路还会将梁跨至于伸缩区［9－10］。因而在设计中应进行综合比选，一般不在小曲线上设计长大跨度桥上无缝线路。若铺设后采取技术手段也无法满足检算要求，则不应铺设;若线桥方案无法改变则只能局部在桥上铺设有缝线路。
2．3无砟轨道桥上无缝线路
无砟轨道整体性强，一般认为不存在线路失稳的问题，但扣件为满足横向刚度和轨距调节能力，允许一定程度的轨条横向移动，当钢轨温度力过大或扣件工作状态不良时，轨条在有初始弯曲等缺陷的区段可能会出现臌曲变形。由于受到无砟道床和扣件阻力增大的制约，这种臌曲不会发展到轨条失稳，始终处于胀轨状态，从而形成钢轨碎弯。2006年我国首次在遂渝线铺设了无砟轨道试验段，运营一年多发现试验段内多处出现钢轨碎弯，主要表现为无缝线路在高温季节出现波长0．3～0．6m的横向不平顺，且不易消除;钢轨存在碎弯容易激发机车车辆蛇行运动，严重影响到行车平稳性、舒适性和安全性［11－12］。可以看出，无砟轨道虽然不会出现稳定性问题，但会出现钢轨碎弯，由此可能出现无砟轨道桥上无缝线路由钢轨碎弯控制设计，最终导致设置伸缩调节器。虽然目前碎弯理论不太成熟，也未写进规范，但是一些单位已经开始进行深入研究并有相关的计算公式。在无砟轨道铁路项目设计评审中已有专家提出相关问题，如宝兰客专等。为保证安全，在设计中对钢轨碎弯应引起足够重视。此外，桥上铺设无砟轨道无缝线路后，其梁轨相互作用原理与有砟轨道有显著差别，无缝线路纵向力作用于无砟轨道结构，可导致无砟轨道结构损坏或破坏，设计时有必要可建立细化模型进行分析。
3结论
综上所述，在长大跨度桥上无缝线路设计过程中，应充分认识桥上无缝线路设计检算理论，加强检算分析，总结经验教训。在确定线路桥梁方案时，需结合实际工程概况，考虑温度跨度、曲线半径、桥梁高墩、钢轨碎弯等因素的影响;同时尽力避免各种不利因素相互叠加的设计，如小半径曲线长大跨度高墩桥上无缝线路应尽量避免在设计中出现。
作者：龚小平 单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司
