普通的铁路轨道都是一节一节的,轨道和轨道间会留6毫米的缝隙,这样下来可以避免热胀冷缩的问题,防止轨道因为热胀冷缩爬轨。

不过现在在我国的高铁系统中,使用的都是无缝钢轨,这下它就得直面热胀冷缩的问题了。

那么我国高铁使用无缝钢轨,它是怎么安装的?遇上热胀冷缩又该怎么办呢?

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(1)

高碳钢轨是怎么安装的

高铁使用的无缝钢管是焊接出来的,更准确点说,是一节一节钢管“熔铸”出来的。以前的钢轨留有缝隙,除了考虑到热胀冷缩的问题,还有焊接对材料造成的影响。

钢材如果加热,性质会改变,开始变软,或者是出现较为严重的金属疲劳。这样的钢轨焊出来,焊接处看似“天衣无缝”,其实金属强度受到了很大影响。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(2)

随着这些年来我国焊接技术的进步,高铁才敢用“焊接”技术搞无缝钢轨。我国高铁钢轨焊接的方式主要有三种,分别为铝热焊接、气压焊接以及闪光焊接。

至于使用哪一种,要看施工当地的实际需求。中国国土面积960多万平方公里,大陆南北纵深五千多公里,各地对高铁钢轨施工要求的差异性极大。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(3)

无缝钢轨的“焊接”流程,是先在室内取100米长的钢轨5段,将这5段钢轨焊接成一段500米长的钢轨。然后将这些500长的钢轨运送到施工现场,在施工现场将4根500米长的钢轨焊接在一起,变成每根2公里长的钢轨。

到了这一步,这每根2公里长的钢轨就可以装上轨枕了。之后将装上轨枕的钢轨焊接起来,再将焊缝处打磨光滑,施工就算完成。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(4)

高铁钢轨的材料

至于高铁钢轨如何应对热胀冷缩,其实用两个字就可以描述,那就是“硬抗”。

热胀冷缩给钢轨带来的最大问题是爬轨,也就是钢轨受热后膨胀,然后整条铁轨变形,在枕木上“爬来爬去”。如果用常规的钢材,无缝钢轨很容易造成爬轨,但材料学得到突破就不一样了。

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我国的钢轨材料是一种热胀冷缩变化比较小的钢材,就算不用其它任何方法,这种钢材在夏天时“爬轨”的问题都不会太严重。

我国在施工时,基本会挑选天气适中的时候(通常是春秋两季)。这时候钢轨受温度变化影响的体积适中,在装上轨枕后就不用担心爬轨的问题。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(6)

在热胀的问题解决后,它冷缩的问题其实也不用太担心。常规钢材受冷后会萎缩,如果将钢轨两头固定住,钢轨在萎缩过程中就可能出现中间开裂的情况。

但我国高铁钢轨使用的钢材强度很高,基本不用担心这种问题。所以简单来说,我国的高铁技术就是将钢轨强行“摁”在地上,钢轨凭借材料本身的强度就能消除热胀冷缩带来的影响。

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高铁钢轨如何避免热胀冷缩

除了材料上的解决办法,我国还在高铁钢轨上采取了一些措施来防止它爬轨。第一个措施是最简单粗暴的方法,那就是浇水。如果天气实在是太热了,铁道系统就会派出铁路巡线工沿着轨道浇水,给轨道降温。这个方法没啥技术含量,但非常有效。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(8)

其次就是用高压扣控制应力。我们上边说过,无缝钢轨防止热胀冷缩最主要的手段,是在解决材料问题后,死死将钢轨“摁在”轨枕上。这需要用到高压扣,钢轨每隔几十厘米就会有一个这样的高压扣,这样一来就能将钢轨“摁”住。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(9)

高铁钢轨在修建的时候,整条钢轨其实并不是笔直的,它是“S”型。只是这个弯曲非常微小,小到了肉眼察觉不出来,在我们眼里高铁轨道才是直的。

如果遇到温度变化过于巨大的情况,可以松开高压扣,让其自然变形。因为材料上的突破,这种变形会在可控范围内。如果是温度变低,这个“S”就会被绷直。如果温度变高,这个“S”会更加明显。

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在解开高压扣让钢轨自然变形后,钢轨就释放了应力。等到温度变到合适的区间,再将高压扣扣上去,钢轨的应力就能像温度变化之前一样。通过这些措施,可大大降低无缝钢轨受温度变化的影响,延长它的使用寿命。

高铁钢轨热胀冷缩是怎么解决的(我国高铁使用无缝钢轨)(11)

总的来说,高铁技术是一项发展特别快的技术,里面的很多东西是无法用三言两语说清楚的。就连从业规范都是好几年一变,里面的很多知识都具有时效性。所以以上的情况,只适用于目前的高铁技术。也许再过几年,这些技术会被淘汰一大半。

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