什么是轨道?

[拼音]：guidao

[外文]：track

铺设在铁路路基上，用以直接支承机车车辆和引导机车车辆运行的结构物。

轨道一般由钢轨、轨枕、联结零件、道床以及道岔等组成。

常用碳素钢或中锰钢制造，其断面为工字形，用以承受机车车辆的车轮荷载，并将承受的荷载传给轨枕；同时为车轮的滚动提供连续、平顺的表面和引导车轮运行，这种轨道部件称为钢轨。在电气化铁路和自动闭塞信号线路上，钢轨还可兼作电路导体。钢轨的种类通常以每米钢轨的重量表示。中国铁路的钢轨有每米60、50、45、43公斤等种类。在使用英制单位的国家钢轨有码132、112、90磅等种类。不同种类的钢轨适用于不同的铁路线路，主要是依据线路上运行的机车车辆的轴重、行车速度、线路运输量等选用，如轻型铁路可采用每米重量较小的钢轨，有的轻型铁路采用每米仅10余公斤的钢轨；重型铁路可采用每米重量较大的钢轨，美国宾夕法尼亚铁路采用每码155磅的钢轨。

工字形钢轨主要由上部的“轨头”和下部的“轨底”，以及连接轨头和轨底的“轨腰”组成。钢轨断面的设计，除考虑它的抗弯能力、轨头的抗压和耐磨能力、轨底的支承面积以及抗倾倒能力等强度和稳定性因素外，还须考虑经济合理性和轧制技术可行性等因素。中国铁路各型钢轨的主要尺寸如表1 。

各国铁路钢轨的标准长度是不同的。如美国钢轨标准长度为11.9米（39英尺）;联邦德国为45米或60米;中国为12.5米和25米。另外，钢轨还有缩短轨，比标准长度缩短40、80、120、160毫米等数种，主要用于铺设曲线线路轨道。

钢轨必须具有足够的强度、韧性和耐磨性能。如果钢轨发生断裂和破损，将危及行车安全。钢轨的断裂和破损多数发生于有缺陷的轨头、轨头与轨腰连接处以及螺栓孔周围等处。钢轨断裂处一般有疲劳源，断裂呈脆性状态。钢轨生产时如有未切净的残余缩孔或有害偏析，使用时也可能造成轨腰劈裂。

铺设在道床和钢轨之间，用以承受从钢轨传来的力和振动，并传给道床；同时用以保持钢轨轨距和方向，这种轨道部件称为轨枕。轨枕除将钢轨传来的力振动传给道床外，它本身也能吸收部分振动能。每公里铁路线路上铺设的轨枕数，是根据线路上的机车车辆运行速度和运输量等因素确定的。机车车辆运行速度高和运输量大的线路铺设轨枕数多。中国铁路在直线线路上每公里一般铺设轨枕1840、1760和1600根。轨枕按材料性质分为木枕、混凝土枕和钢枕三种。

（1）木枕，又称枕木。世界各国铁路用木枕铺设的轨道约占轨道总长的70％。木枕的优点是d性好，易于铺设，与钢轨的联结比较简单，绝缘性能好；缺点是使用寿命短（如易腐朽、易机械磨损及劈裂）。

制作木枕的木材必须坚韧而有d性，常用山毛榉、橡木、松木等木材制作。木枕经防腐处理后称为油枕，可延长其使用寿命。木枕尺寸因木材种类、产量以及所承受荷载不同而不同。中国铁路木枕大多数是用松木制作，干线上的木枕长2.5米、横截面为矩形，截面的底宽为22厘米、高为16厘米。

（2）混凝土枕，又称砼枕。第二次世界大战以后，混凝土枕开始大量采用，它的优点是稳定性好，使用寿命长，养护维修费省；缺点是重量大、d性及绝缘性能差，在轨底部分须设缓冲绝缘垫层等。

混凝土枕的主要类型有整体式预应力钢弦混凝土枕、整体式预应力高强度钢筋混凝土枕和钢杆式混凝土枕等。中国自1958年以来，主要推广使用前两种类型。

（3）钢枕。优点是抗腐菌侵蚀，抗白蚁和虫蛀；缺点是易受化学性腐蚀，不绝缘，维修费用高。钢枕仅在联邦德国和瑞士的一些铁路上，以及地处热带的一些铁路上应用，中国尚未应用。

分中间联结零件和接头联结零件两种。

（1）中间联结零件:钢轨与轨枕的扣件，包括普通道钉、螺纹道钉、刚性或d性扣铁、垫板、垫层、防爬器及轨距杆等。中间联结零件具有足够的强度和耐久性，并具有一定的d性，能保持钢轨和轨枕的可靠联接和相对固定的位置，并能减缓线路残余变形积累速度。中间联结零件本身应构造简单，以便于装配、卸除和调整轨道的轨距及水平等。

木枕和钢轨的联结一般采用普通道钉，木枕和钢轨间的铁垫板，也用普通道钉固定，它安装方便，应用广泛。欧洲铁路有的采用刚性扣铁的分开式扣件联结木枕和钢轨，其优点是扣压力强，能有效防止钢轨纵横向位移；缺点是零件多，用钢量大。也有采用d条式扣件的，扣压力较强，装卸较方便。采用混凝土的轨枕的轨道，轨枕和钢轨间须设置d性垫层以减少冲击力，其联结零件有扣板、d片及d条等，用螺栓联结。钢枕在顶面上支承钢轨部分的两侧，各留有螺栓孔，将螺栓插入孔内固定在钢枕上，再在螺栓上部装上扣铁扣住钢轨，从而实现钢枕和钢轨的牢固联结。

列车车轮滚动和纵向滑动，以及列车制动等产生的纵向力，能使整个轨道或钢轨纵向移动。为了防止轨道或钢轨的纵向移动，除了利用扣件能产生纵向阻力外，还需装设防爬器，以增加扣件的纵向阻力。防爬器有d簧式及穿梢式等形式。轨距杆是装设在铁路曲线区段，用以保持轨距的零件。

（2）接头联结零件：联结两根钢轨的零件，主要有夹板、螺栓和d簧垫圈。夹板又称鱼尾板，因最早设计制作的夹板截面形状如鱼尾而得名。板上一般有4个或6个螺栓孔。螺栓用以联结夹板和钢轨，螺栓拧紧后，可把两个轨端夹紧，使接头处钢轨能承受车轮的作用力。d簧垫圈是用于增加螺栓帽和螺栓螺纹间的压力，防止螺栓帽因列车通过时引起的振动而松退的零件。

用碎石、卵石或砂等道碴材料组成的轨道基础，用以将轨枕的荷载均匀地传布到路基上，以及防止轨枕的纵向和横向移动；同时，为轨道提供良好的排水、通风条件，以保持轨道干燥，使轨道具有足够的d性。

道床材料一般用坚韧的玄武岩或花岗岩碎石，有的也用石灰岩碎石，但不如前二者好。碎石有不同的形状和大小，才能互相挤紧，防止松动。中国铁路道床所用碎石粒径有三种规格：20～70毫米的用于新建道床和道床的大修及维修；15～40毫米的用于道床维修;3～20毫米的用于道床垫碴起道。道床材料也常用规定级配的筛选卵石、天然卵石、矿碴或砂子等，但这些材料修筑的道床质量较差。粗砂、中砂一般仅作垫床之用。垫床一般只在繁忙干线的碎石道床和路基面之间铺设。

道床的厚度和宽度是根据铁路等级确定的，中国铁路规定道床厚度为25～50厘米。道床可以是单层的或双层的，铁路正线上一般采用双层道床，下面的一层称做垫层，可以防止翻浆冒泥，其厚度一般不小于20厘米。不易风化的砂石路基，可以不铺垫层。道床顶面的宽度决定于轨枕长度。中国铁路在使用混凝土轨枕的线路上规定道床宽度为3.1米。碎石道床的边坡为1:1.75。

20世纪60年代以来，用沥青砂浆灌注在普通道床里把道碴固结起来，或用沥青混凝土压实层作道床底部，再用沥青胶砂作为调整层的沥青道床，逐渐在一些运输繁忙的铁路线上试用。由于这种道床有利于提高道床的承载能力和线路稳定性，并有利于道床防水和防脏，减少了线路维修工作量，而受到各国铁路的重视。

连接两股相邻轨道的专用设备，主要由转辙器、辙叉和连接轨道组成。道岔的作用是为机车车辆由一股轨道转入另一股轨道提供通道。

对轨道的轨距水平、左右轨面水平、前后高低和线路方向、曲线轨道超高、轨底坡，以及钢轨接头轨缝等所作的规定。在铁路干线的直线区段，中国铁路规定标准轨距为1435毫米，其误差不得超过+6至-2毫米。左右轨面水平的高低差不得大于 4毫米。前后高低及线路方向用10米长的弦量测，容许误差不得大于4毫米。

在曲线轨道上，须根据曲线半径加宽轨距，中国标准轨距铁路的最大容许轨距为1450毫米。为了平衡车辆在曲线轨道上行驶时的离心力，轨道外轨须高于内轨（简称超高）。中国铁路规定最大超高量不得大于 150毫米。在直线与曲线轨道连接处须设置缓和曲线，使曲线的曲率和超高逐渐变更，以保证运输的安全与舒适。

车轮踏面有向线路中心1:20的斜度，因此钢轨轨面也需相应内倾，以防钢轨轨面磨耗不匀和轨腰弯曲。为此，在铁路线的直线段上，钢轨铺设时轨底要有一定坡度，即轨底坡。中国铁路规定轨底坡为1:40或1:20的斜坡。

轨道上相联接的钢轨间，其接头处留有轨缝，以备钢轨受热膨胀。钢轨接头除普通接头外，还有各种特殊接头，如联结两种断面不同钢轨的异形接头；轨道电路需要绝缘而使用绝缘材料的绝缘接头；以及伸缩接头或伸缩调节器等。对于各种接头的轨缝，各国都有相应规定，如中国铁路规定，普通接头的轨缝最大时不应超出16毫米。

在列车动力作用下，轨道各组成部分产生的应力和应变的计算。

轨道承受的荷载很复杂。例如钢轨，除承受车轮的垂直作用力外，在曲线路段还承受车辆的离心力，在直线路段，还承受车辆蛇形运动所产生的横向力。此外，轨道还承受温度变化所产生的轴向拉力或压力，以及轨面不平或车轮扁瘢而产生的簧下质量振动的惯性力等，使钢轨产生挠屈和弯矩。在轨道强度的静力计算中，对钢轨挠屈和弯矩的计算，是把钢轨视为一根支承在许多等d性支座或连续d性基础上的无限长梁。假定各支座的d性系数为D，其单位为公斤/厘米，钢轨截面上作用着的集中竖直荷载为P，其单位为公斤，钢轨的挠曲变形就如图1，a所示。梁的弯曲变形，在梁的各段上会产生正的或负的弯矩，可用图2，b表示。根据P、D等值可算出弯矩及钢轨各部分的弯应力。车轮在钢轨上的荷载除产生弯矩外，还有接触应力和剪应力。接触应力的大小和车轮直径及轨顶面圆弧半径有关。这种力很大，往往超过钢轨钢材的屈服强度。轨枕也可视为支承在d性基础上的梁。一般情况下，轨枕的轨底下截面将承受较大的正弯矩，中间截面将承受负弯矩，如图2所示。图2中Q为荷载，a、b、c分别为不同道床支承条件下轨枕各个截面上的力矩变化情况。道床内应力分布是复杂而多变的。为简化计算，假定在枕端1米范围内压力均匀分布，枕底压力以扩散角嗘按直线扩散传递到路基面，枕底以下各深度道床受压力分布情况如图3

所示。图中Q为钢轨作用于轨枕上的动压力，单位公斤；b为轨枕宽度，单位厘米；b为轨枕有效支承长度，单位厘米；在一定条件下，钢轨、扣件、道床及路基面所受的力都可以计算。

列车在运动中还产生许多附加力。目前各国一般采用速度系数、偏载系数和横向水平力系数等方法，以静荷载来推算动荷载。这些系数从实验或计算中求得。

轨道在列车重复荷载作用下，会引起轨道部件的疲劳伤损，以及磨耗的积累和轨道残余变形的积累。因此在轨道结构设计时，除考虑机车车辆的轴重、行车速度等参数外，还应考虑运输量，并考虑轨道设备的承载能力和轨道使用状态等因素，这样才能设计出最佳的轨道。

随着铁路运量的增加，以及机车车辆轴重和行驶速度的提高，相继出现了许多新型轨道，如无缝线路、宽轨枕线路、整体道床线路和板式轨道等。

又称焊接长钢轨线路，是一种把普通钢轨焊接起来不留轨缝的线路，焊接钢轨每根长不少于200米，实际应用的一般为800～1000米或更长一些。长轨是在规定温度范围内铺设并固定在轨枕上的。长轨端部有轨缝，而中间部分不能随温度升降而伸缩。因此，钢轨中段夏季将产生很大的温度压力，冬天将产生很大的温度拉力。钢轨内的最大压力和拉力可根据钢轨铺设地的年最高气温和最低气温计算，钢轨所受最大压力应不致于造成轨道臌曲，所受最大拉力应不致于造成钢轨断裂。

无缝线路大量减少了钢轨接头，减少了车轮通过接头时对钢轨的冲击，有利于节约线路维修费用，延长钢轨使用寿命，减弱机车车辆噪声等，因此，发展较快。在20世纪30年代，德国和美国铁路开始进行小量试铺无缝线路，到1981年止，全世界已铺设无缝线路约30万公里，其中中国铺设约8000公里。

又称轨枕板线路。是用预应力混凝土轨枕板，密排铺设在经过压实的道床上，板缝间用沥青或其他材料填封所修筑的线路。预应力混凝土轨枕板宽55厘米，比普通预应力混凝土轨枕底宽宽两倍，其长度和厚度同普通预应力混凝土轨枕相同（见彩图）。

因此，宽轨枕和道床间的接触面积比普通轨枕和道床间接触面积增大一倍，从而减少了对道床的压力。

宽轨枕线路适用于繁忙干线，也可铺设在维修困难的隧道和站场内，不论石质或土质路基均可铺设，但在具有翻浆冒泥病害的路基上铺设必须先将路基病害经过整治。宽轨枕线路的主要优点有：

（1）轨道下沉量小。震动加速度比混凝土轨枕线路小，铺设后下沉速度逐渐减慢和停止。所以线路维修工作量大大降低，约为普通混凝土轨枕线路的三分之一。

（2）轨道易保持整洁。脏污不易侵入道床，延长了线路大修中修周期。

（3）线路平顺、稳定，有利于高速运行及铺设无缝线路。其缺点是造价较高，在繁忙干线上换铺也较困难。

用混凝土（一般配有钢筋）直接灌注在稳定坚实路基上，不使用普通轨枕及碎石道床的新型线路。这种线路外观整洁，适用于运量大、维修困难的地段，特别适用于隧道、地下铁道、港口码头及石质路基上铺用。但它的修建投资大，如因施工草率或基底不稳，混凝土层断裂，整治困难。中国在隧道内铺设的整体道床线路总长300多公里。

一种新型无碴轨道，是用钢筋混凝土大板，并在大板下先用乳化沥青水泥砂浆作为调整层（也可加铺一层高分子d性材料作垫层）构成的轨道。这种轨道适用于石质路基或无碴桥面上。铺在土质路基上则须另设压实的沥青混凝土承重层。这种轨道整体性好，线路稳定，维修工作量小，但成本高，施工期长。日本铁路在新干线上已推广使用。

参考书目

格尔哈德·舒拉姆著，冯先霈、张泽珪译：《铁路线路构造及养护》，人民铁道出版社，北京，1966。上海铁道学院编著：《铁路轨道及路基》，人民铁道出版社，北京，1979。佐籐裕著，卢肇英译：《轨道力学》，中国铁道出版社，北京，1981。

参考文章

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