轨道与运营参数关系解析

铁路轨道结构由钢轨、轨枕、道床组成，其中钢轨是最主要的部件。在选择轨道结构类型时，首先要根据运营条件选定钢轨类型，然后确定相适应的轨枕类型、配置根数、道床材料和断面尺寸，使整体结构的各组成部分相互配套，充分发挥各自的工作性能。选定钢轨类型考虑的主要因素是铁路年通过运量、最大轴重、行车速度和合理的轨道设备修理周期。

（一）轨道与运量关系

运量（即年通过总质量）是决定轨道类型的最主要指标。

钢轨的磨耗程度是决定钢轨使用寿命的主要因素之一。特别是在小半径曲线轨道上，运量越大，钢轨的磨耗越快，使用寿命越短。此外，在列车的重复荷载作用下，钢轨还会因疲劳伤损而报废。若用累计通过总质量来表示钢轨安全使用寿命，据我国20世纪80年代的现场统计，12.5 m 的标准钢轨的安全使用寿命60 kg/m 为840 Mt， 50 kg/m 为480 Mt，而43 kg/m 只有270 Mt。因此，采用重型轨可以延长钢轨的使用寿命和大修周期（表4-2）。

轨道结构的累积残余变形和脏污主要来自道床层。道床受到列车重复荷载产生的压力和冲击振动二者双重作用，会出现松动和下沉，从而使轨道逐渐形成轨面不平顺和弹性丧失。因此，在运量大的地段，应使用稳定性好的重型轨道结构。实践表明，采用无缝线路后，因钢轨接头部位损伤大大减少，钢轨的安全使用寿命理论上可提高30.3%。

（二）轨道与轴重的关系

轴重指每一轮对在线路上的重量。随着轴重和钢轨重量的增加，钢轨的损伤越来越集中于钢轨的头部。增加轴重虽然可扩大运能，但轨头与车轮踏面的接触面积不到2 cm2，而造成钢轨头部表面剥离、压溃等损伤的接触应力高达150 MPa以上，并且随轴重的增加而显著增加。研究表明，当轴重为18 t，21.6 t和25 t时，60 kg/m的钢轨疲劳寿命比例为1∶0.3∶0.133。此外，增加轴重还会加剧轨头塑性变形和磨耗以及道床变形，给行车安全带来潜在的威胁。自20世纪80年代始，我国铁路随着载重60 t及以上的大型货车投入使用，逐步淘汰载重30 t和40 t的小型货车，货车的平均轴重已上升至18 t，少数重载货车（如C75 货车）轴重已达25 t。在其他条件不变的情况下，仅平均轴重由17 t提高到18 t，60 kg/m的12.5 m标准轨的有缝线路和无缝线路的安全疲劳寿命会分别下降21.4%和9.5%。因此，增加轴重的前提是加强轨道结构，如采用75 kg/m的重型钢轨、强度更大的轨枕和优质道砟等。

（三）轨道与行车速度的关系(www.xing528.com)

提高行车速度会增加轨道各部件的动力响应，例如，会使轮轨重力附加荷载增加，加大钢轨各部分的应力，导致钢轨安全寿命缩短。假定车辆静轴重为23 t，在轨道质量好的线路上，列车速度每提高10 km/h，理论计算的轴重动力附加值为0.225～0.765 t，增长幅度有限。但钢轨、轨枕和道砟中的振动加速度随着速度的增加而增加。轨面的不平顺对轮轨间动力作用的影响，随着行车速度的提高而急剧增加。因此，提高行车速度，会增加轨道的维修工作量。

（四）轨道与修理周期的关系

钢轨的安全使用寿命是确定换轨及线路大修周期的主要依据。表4-1为《普速铁路线路维修规则》规定的直线或曲线半径大于2 000 m的钢轨（混凝土枕、碎石道床）更换周期。

表4-1　普速铁路钢轨更换周期

根据运营条件，合理的线路大修周期为15～20年。参考表4-1选择钢轨类型时，可能的条件下，采用重型钢轨。这样不仅增加线路轨道允许的通过总质量，延长线路轨道的使用年限，减少由于线路换轨停运对运营的不利影响，而且分摊到每百万吨公里总质量的金属消耗量也随之减少，技术经济效益更明显。

总之，轨道各组成部分应作为一个整体工程结构来考虑。根据运量和最高行车速度主要运营条件，在保证足够的强度与稳定的前提下，选择合适的轨道类型。我国铁路主要技术政策规定：铁路干线应铺设60 kg/m重型钢轨的轨道结构；运煤专线铁路可采用75 kg/m特重型钢轨的轨道结构。表4-2是《铁路轨道设计规范》规定的有砟轨道类型选用标准。