高鐵鐵軌真的沒有縫嗎？無縫怎麼克服熱脹冷縮呢？

以前普通鐵路綠皮車時代，車輪撞擊鐵軌時就會發出“咣當咣當”有規律的聲音，長途旅行無聊時會拿它當催眠曲......就是因為兩個鐵軌中間會預留一定的縫隙，抵消熱脹冷縮帶來的變形影響。

進入高鐵時代，跑得既快又穩，如果高鐵鋼軌上還有縫的話，列車高速通過時産生的巨大沖擊力，就不僅僅像普通鐵路那樣産生噪音的問題了，由此帶來的振動可能會對車輪造成緻命的損壞。很多人都聽說過是因為高速鐵路使用了無縫軌道，那麼問題就來了，無縫軌道是怎麼克服熱脹冷縮的呢？無縫軌道真的沒有縫嗎？

最早在1915年，歐洲的有軌電車軌道上就開始使用焊接的長鋼軌，焊接後的軌條長度為100~200米。由于接縫減少，車輛通過軌道接頭區的沖擊和由此引發的振動和噪音都大幅減少了。

到了上世紀30年代，美國開始在隧道内試驗鋪設無縫鋼軌，随後在區間内也開始鋪設。随着焊接技術的發展，到了五、六十年代，法國、蘇聯、日本開始大量鋪設。而我國在1957年在北京上海兩地開始鋪設了1公裡無縫線路，大規模試鋪則是1958年。

進入新世紀，從2000~2022年，秦沈客運專線一次鋪設跨區間無縫線路成功，随後在全國各地多條幹線鐵路和高速鐵路上大範圍鋪設無縫線路。

普通鐵軌一般每根長12.5米或25米，為了大量消除接頭，就把幾根鋼軌焊接起來，形成幾百米的長軌條，這就是最初的普通無縫軌道，是第一次進化。

為什麼那時候軌條長度不能再長了呢？這是因為受到了閉塞分區和道岔的限制。後來膠接絕緣和無絕緣軌道電路技術有了長足發展，閉塞分區的限制被突破，無縫軌道的單根長度從幾百米可以延長到線路上的兩站之間的區間，這是無縫軌道的第二次進化。此時道岔仍然是無縫軌道的攔路虎，車輛進出站時還是要斷開。

再後來，随着無縫道岔技術的發展，無縫長軌條可以和道岔直接連接了，結果無縫軌道可以跨越多個區間，成為一個整體，這是第三次進化，它真的可以實現很長很長的距離上沒有一條縫，比如剛才提到的秦沈客運專線。

一根鋼軌放在枕木上，兩端不固定，如果軌道溫度升高就會變長，反之就會縮短。它的伸縮變化量有多大呢？直觀地說，假如鋼軌L長100米，溫度變化∆t為1度，伸縮量∆L約為1.18毫米。

伸縮變形量的理論公式是∆L=a·L·∆t，其中a是一個常數，大家可以參考。

如果把整根鋼軌都牢牢固定住，這時溫度變化，鋼軌不能再自由伸縮變形了，于是會在鋼軌内部産生溫度應力σt。升溫時軌道不能伸長會産生壓應力，降溫時軌道不能收縮會産生拉應力。【類似于彈簧的拉伸和壓縮過程，區别是彈簧有形變，鋼軌沒有形變】

溫度應力的理論公式是σt=E·a·∆t=2.48·∆t，其中，E和a都是常數。

我們可以看出：這種溫度應力σt的大小不再與軌道長度L有關系。這就是無縫軌道可以存在的理論基礎，理論上無縫軌道就可以修無限長，隻要我們能有效控制軌道溫度變化産生的溫度應力。如果超出鋼軌的強度，比如夏天可能會脹軌變形，冬天可能會斷軌。

最初的有縫軌道，使用木質枕木和勾頭道釘，把鋼軌固定在枕木上，對鋼軌的固定能力有限，尤其是在高溫時，很容易脹軌變形，需要經常維護檢查。

枕木和道釘

道釘特寫

軌面檢查

前面也提到了，要想不讓無縫軌道軌溫變化出現熱脹冷縮，隻有想辦法把鋼軌牢牢地鎖死在軌枕上，現代的高速鐵路線路上都使用連接扣件。在我國高速鐵路上，無砟軌道主要有四種，有砟軌道主要有三種類型的扣件。

高鐵無砟軌道扣件固定鋼軌

高鐵有砟軌道和扣件固定鋼軌

每根枕木兩端都有扣件，靠各種類型的扣件，鋼軌就可以被牢牢固定在鋼軌上了。在我國南方地區，常年溫差不大，鋼軌内産生的溫度應力，完全可以被這些扣件的力量給抵消掉，保證鋼軌不會變形。

但是在我國北方地區，尤其是東北高寒地區，每年溫差高達幾十度，無控制條件下鋼軌溫差變形量很大，如果完全控制溫度應力又很大，這又要怎樣控制熱脹冷縮呢？

既然一根鋼軌會随軌溫變化帶來熱脹冷縮，從而産生壓應力或拉應力，那麼必然會有一個溫度條件下，鋼軌内部不産生溫度應力，這個溫度專業上叫零應力軌溫，業界通常更願意稱之為“鎖定軌溫”。如果在這個溫度下把無縫鋼軌用扣件固定住，那麼溫升或溫降再産生的軌道形變的可能就小了很多。通俗點講，别再氣溫最高時固定鐵軌，那樣在冬天更容易被拉斷；反之，也别再氣溫最低是固定，那樣在夏天更容易讓鐵軌脹軌。

但是軌道的溫度雖當地氣候乃至當天的天氣都有很大關系，一般情況下，最高軌溫要比當地最高氣溫高18~25℃，最低軌溫比當地最低氣溫低2~3℃。那麼在施工時很難做到在鎖定軌溫下施工，那怎麼辦呢？

在工程實際上，雖然鎖定軌溫允許在上下一個小範圍内浮動，但是上述問題仍然存在，怎麼辦？如果軌道固定施工時，測量軌溫小于鎖定溫度，就用機械拉軌器拉伸軌道，讓它伸長到鎖定軌溫下該有的長度上再固定；如果測量軌溫大于鎖定溫度，那隻能等氣溫、軌溫降低後才能實施固定。這叫溫度應力式無縫線路。

如果在東北、西北等高寒地區修建高速鐵路無縫線路，雖然在鎖定軌溫附近固定了鐵軌，但是由于溫差實在太大，再極熱或極寒天氣條件下，單純靠扣件的力量已經無法固定鐵軌，那麼隻能在合适的時間點，比如春秋季節對無縫軌道進行切割應力放散。通俗點講，經過精确計算後，天熱之前把鐵軌截掉一段；在天冷之前，把鐵軌補上一段，專業上稱之為定期放散溫度應力式無縫線路。

這回你知道心中多年的疑問了吧，現代的高速鐵路鐵軌确實可以做到上百甚至幾百公裡沒有縫，而控制熱脹冷縮變形的核心技術就是利用連接扣件的力量抵消鋼軌的溫度應力，本質則是鋼軌的溫度應力與軌長無關。

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