什麼是無縫線路？

老是聽人說到無縫線路，無縫線路究竟是什麼？是軌道是沒有縫的么？

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先上個目錄，寫到一半發現這個題目比較大，亂寫下去有棄坑的風險，趁著開會的時候在手機上編了一個提綱，大家可以先看看。不一定完全按著這個目錄寫，有些內容太過於專業就直接跳過去了，免得枯燥。

額，上傳之後我發現完全看不見，我盡量在文後附上pdf的下載文件吧。

什麼是無縫線路？

無縫線路是鐵路軌道的專有名詞，從字面上理解就是沒有縫的線路，專業一點的說法就是把標準長度的鋼軌焊接成長鋼軌的線路。

這個「縫」指的是軌縫，就是這個：

「無縫」了之後怎麼樣呢？這樣：

無縫線路的使用情況如何？

據答主所知，國內的地鐵的正線、高鐵、大部分客運線路都新鋪或換鋪了無縫線路，部分運行速度慢的、高寒地區的、運量小的線路仍為普通線路。意思就是，無縫線路是主流，能用的都用上，新建的都按照無縫線路來，既有的可以改造的也改造了。

溫度應力與溫度力

熱漲冷縮的原理大家都知道，物體受熱膨脹、受冷收縮，若膨脹和收縮收到約束就會在物體內部產生溫度應力，也叫熱應力。

在無縫線路系統中，鋼軌可看做是被完全約束的物體，經過計算可以知道鋼軌內部的溫度應力為（計算過程省略，下文一樣，直接上結論）：

那鋼軌的溫度力為：

有人要問了，溫度應力和溫度力啥關係？應力單位面積上的力的大小，更像是一個數學概念，應力在面積上的積分就是力的大小了，溫度應力可以看成是均勻分布的，直接溫度應力乘以鋼軌截面面積就等於溫度力了。這裡提出溫度應力只是路過，後文全部使用溫度力的概念，畢竟咱們研究的是宏觀的問題嘛。上面公式里的F指的就是鋼軌的截面面積。為了大家能順利的看下去，後面我盡量少用計算。

無縫線路概念的理論依據

好，我們繼續把上面的公式搬下來看，

發現了什麼？

鋼軌的溫度力之和鋼軌的截面面積以及溫度變化幅度有關，和鋼軌的長度無關！我們換一個專業點的說法，那就是在實現鋼軌完全約束的條件下，無縫線路可以任意的增加長度而不會增加鋼軌的溫度力。這是無縫線路設計的理論基礎。

高鐵新建無縫線路的鋪設

——長鋼軌的基地內焊接。高鐵鋼軌出廠標準定尺是100米一根，然後會在焊軌基地內焊接成長軌（一般是300—500一根），目的是減少現場焊接的接頭數量，但是又不能焊接的太長導致運輸不便。相比於現場焊接，基地焊接作業環境更好，質量控制更好。

——長軌運輸。從焊軌基地把長鋼軌用長軌運輸車運送到鋪設地。

——卸軌、落槽、安裝扣件。運送到位後，用拉軌器、移動龍門吊等設備把長鋼軌從車上卸下來，定好位置確定其落入軌枕的承軌槽中，然後安裝好扣件（此時扣件不需要全部安裝，隔幾個安一個即可）。

——現場閃光焊、打磨、調整。將落槽的鋼軌的幾何位置先調整到位，然後焊接。此時一般使用閃光接觸焊（和基地焊接的原理是一樣的），焊接完成後接頭打磨、探傷。

——鎖定。無縫線路安裝作業的最後一道工序是鎖定，即使在設計好的鎖定軌溫條件下將所有長鋼軌一次固定，所有扣件安裝好。完成作業。

~~手頭圖片不夠，這一節的內容圖片後補吧。

地鐵新建無縫線路的鋪設

——軌排裝配。地鐵和高鐵的最大不同是地下大部分是地下線路，不要說500米的鋼軌，就是100米的也很難運到施工作業地點，所以地鐵的鋼軌出廠一般是25米定尺的。然後在鋪軌基地內裝配成軌排後用起重設備把軌排整體吊入隧道內。所謂軌排，就是把鋼軌、軌枕用扣件連接在一起。

——軌排吊運。軌排裝配好之後，用起重設備把軌排從下料口吊到隧道內的軌道車上，再由軌道車運送到鋪設地點。由於一個軌排長度是25米，所以軌道車用普通的就行，不用高鐵那麼長的。

——軌排定位支撐、粗調、精調。軌排運輸到位後，用小型龍門吊吊運到安裝位置，然後定位、支撐，然後再對線路幾何尺寸（軌距、水平、前後高低等）進行粗調、精調。

——道床澆築。前面步驟完成以後，就澆築道床，把軌排和道床連接在一起。忘了說了，地鐵的隧道內線路都是整體道床。詳見上面那張圖。

——閃光焊、打磨、探傷、調整。這個步驟和高鐵的一樣。

——鎖定。

既有線的無縫線路換鋪

就是已經再運營的線路，原來是普通線路的，後來逐步改造成無縫線路。步驟類似於高鐵的鋪設，就是運輸方便一些。不詳述了。

鋼軌的焊接技術

從上面的描述里，大家可以發現，無縫線路的發展離不開鋼軌的焊接，焊接答題可以分成幾類：閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊。咱們一個一個說：

——閃光焊。上文里說到的閃光焊、閃光接觸焊、接觸焊等等，都是一個意思。根據電流的熱效應原理，把被焊接的鋼軌安放在相對的兩個夾具內，端部通以強大的電流，由於對接鋼軌之間存在著較大的電阻，因而產生大量的熱量把軌端加熱，當鋼軌被加到塑性狀態，然後以極快的速度予以擠壓進行焊接。閃光焊是母材焊接，不加入鋼軌材質本身材料之外的成分，在我國使用較多。分類也較多，有移動式、固定式，有連續閃光焊、脈衝閃光焊等等，不一一詳述。

——氣壓焊。用氣體(乙炔--氧)燃燒的火焰加熱鋼軌端頭，使其溫度達到l200℃左右，軌端成為塑性狀態，在預施的壓力擠壓下，使兩根鋼軌擠壓在一起，從而把鋼軌焊接起來。也是母材焊接，不加入鋼軌材質本身材料之外的成分，在我國使用較少，日本等國家使用較多。

——鋁熱焊。是利用鋁熱焊劑的劇烈化學反應，鐵的氧化物被鋁還原成鐵水，同時產生巨大熱量，把高溫鐵水澆鑄於固定在兩軌軌縫處的砂型內，將兩根鋼軌鑄焊在一起。這是一種非母材焊接方法，焊接後的接頭位置主要成本是鋁熱劑還原的鐵質，和鋼軌母材不一樣，鋁熱焊接頭的強度也比閃光焊和氣壓焊的接頭強度低，一般用於在線鋼軌的應急處置等，大量的使用較少。

圖也回頭上吧~~

無縫線路的養護維修

——典型病害：高溫脹軌和低溫斷軌

無縫線路的典型病害都和沒有了軌縫相關。大家想一想軌縫的最大特點是什麼？軌縫是可以變化的，準確的說是允許在0—18mm之間變化的，也就是說當鋼軌溫度升高時軌縫可以採取自身縮小的方式允許兩側的鋼軌變長而不影響軌道的整體線型和平順，在鋼軌溫度降低的時候軌縫採取自身變大的方式允許兩側的鋼軌收縮而不影響軌道的整體性。

而無縫線路呢？沒有了這樣的便利，除了兩端的伸縮區其他部位都被約束。在軌溫升高時，鋼軌有變長的趨勢而被約束，於是就有了溫度力。當溫度力太大或者對鋼軌的約束不夠強的時候，就可能會脹軌跑道，看看圖

不要被這個恐怖的場景嚇到了，我專門找了一個比較嚴重的。現在隨著設計和施工技術的發展，這樣的情況基本見不到了。而且現在高鐵和地鐵普遍採用整體道床，約束力非常強（專業辭彙叫軌道框架強度），更不會有這樣的事情。我工作11年，沒有見過，我估計也見不到。

前面說的是溫度升高的情況，現在咱們看看溫度降低的情況。在鋼軌溫度降低的時候會發生什麼事情呢？鋼軌有收縮的趨勢但是被約束了，於是溫度力就會有把鋼軌上任意一個點向兩側拉開的趨勢，要是真的拉開的就是斷軌了。

那下一個問題，溫度降低了應該是溫度力一樣啊，那麼哪裡會被拉斷呢？

鋼軌上的薄弱位置。

哪裡是薄弱位置呢？

焊接接頭和傷損位置！這簡直是太順理成章了。

無縫線路斷軌，基本都是在焊縫和傷損位置斷開的。看個照片吧

上面這個圖是不久前廣東寒潮的時候斷的，位置是在一個閃光焊焊縫，不要被嚇到哦，沒事的，一斷就發現了，而且處理了。還有最重要的信息，不是答主工作範圍內的！我是不會幹出這樣的事情的！你們要相信我！

關於斷軌，還有最後一個問題，前面不是說溫度力之和面積和溫度變化有關么？為什麼無縫線路要專門提到斷軌的事情呢？

第一，因為無縫線路確實斷軌的風險更大，普通線路有軌縫調節。第二，無縫線路斷軌了危害更大，溫度力是和長度沒有關係，但是無縫線路斷軌後拉開的距離比普通線路要大的多（這個斷縫寬度，主要和伸縮區長度有關，伸縮區長度和扣件單點阻力及溫度有關，比較複雜，就不多講了）。

——作業軌溫的概念

前面我們不停的說到一個關於無縫線路的約束的概念，對長軌條的約束是非常重要的，完全約束的無縫線路軌條的溫度力和扣件對軌條的約束力處於一種平衡狀態，在溫度變化比較大的時候，拆開扣件調整線路幾何尺寸會破壞這種平衡，甚至會出現嚴重的病害。

那麼什麼樣的溫度變化算是比較大呢？

經驗表明，當溫度變化超過20℃時，作業風險較高。所以一般情況下，只允許在鎖定軌溫±20℃溫度範圍內對無縫線路進行調整，這個溫度範圍被稱作作業軌溫。

——應力放散

這個概念有點複雜，還是看圖說話吧。

上面圖是無縫線路的安裝示意圖，讓大家有一個直觀的認識，下面都是簡圖了。

按照設計軌溫施工並且鎖定的無縫線路，在鎖定軌溫狀態下，就像是一個均勻的彈簧，沒有受到荷載的作用，簧距相等，溫度力為0。

在軌溫升高以後，比如說在夏季，由於鋼軌的伸長趨勢被約束，所以內部產生了均勻的壓應力，相當於彈簧被壓縮，簧距相等。

在軌溫降低以後，比如說在冬季，由於鋼軌收縮的趨勢被約束，內部產生了均勻的拉應力，相當於彈簧被拉伸，簧距相等。

上面所說的是無縫線路的理想工作狀態，但是由於列車制動、鋼軌下的基礎不均勻、扣件壓力不均勻等原因，會導致鋼軌爬行，造成鋼軌內部應力分布不均勻，甚至是部分區域受拉伸、部分區域受壓縮，就像下面這張圖一樣

這才是無縫線路的實際工作狀態，這個過程到了比較厲害的時候，就需要應力放散，使內部應力的分布均勻。

哪些情況需要應力放散呢？

—實際鎖定軌溫不在設計鎖定軌溫範圍以內，或左右股軌條的實際鎖定軌溫相差超過5℃

—鎖定軌溫不清楚或不準確

—跨區間和全區間無縫線路的兩相鄰單元軌條的鎖定軌溫差超過5℃，同一區間內單元軌條的最低、最高鎖定軌溫相差超過10℃

—鋪設或維修作業方法不當，使軌條產生不正常的伸縮

—固定區或無縫道岔出現嚴重的不均勻位移

—夏季線路軌向嚴重不良，碎彎多

—通過測試，發現溫度力分布嚴重不勻

—因處理線路故障或施工改變了原鎖定軌溫

—低溫鋪設軌條時，拉伸不到位或拉伸不均勻

如何放散呢？

主要用兩種辦法，一個溫度控制法，比如說滾筒法等；另一個是長度控制發，比如說撞軌法、列車碾壓法等等。這都是具體的操作方法，就不詳述了。

多說一句，在無縫線路的概念里，軌條的溫度變化是等效於長度變化的，所有才有了上述兩種方法。

分析和結論

——優勢

無縫線路的優勢非常明顯，主要就體現在沒有縫上，具體來說就有：

—沒有了軌縫，提高了平順性，這是現在軌道交通速度越來越快的重要基礎之一，這也是無縫線路被廣泛使用的最重要原因

—消除了接頭病害。普通夾板夾頭的病害是非常多的，類似於螺栓、夾板折斷啊，軌端傷損啊，統統都沒有了

—降低材料消耗。壞的東西少了，要換的東西自然少了。鋼軌傷損會減少，夾板啥的都不用了自然換的少，沒有了軌縫震動少了扣件、軌枕壞的也少

—降低負極電阻。現在的地鐵大部分是直流供電，鋼軌作為負極，使用了無縫線路之後負極的電阻大大的降低

—降低養護維修的工作量。這個同樣不言而喻，普通接頭線路每年要把所有的接頭拆開保養一次不說，扣件軌枕壞的也多，自從用上了無縫線路，這些都大大減少

——無縫線路帶來的問題

—斷軌的風險更大

—養護維修的要求更高

—增加了脹軌跑道的可能

—需要很多新的東西，鋁熱焊設備啊啥的

—鋪設、施工難度比普通線路大，價格高

——簡單結論

通過前面的分析可以明顯的看出來，使用無縫線路是以後的趨勢，除了高寒地區或者要求實在不高的、臨時的設施，以後都會用上無縫線路。前面的優劣對比也看得見，優勢巨大，相應的問題簡直不值一提。

大家有啥意見可以在評論里交流~~~

如果實在沒啥可交流的，點個贊我也是歡迎的~~~

ps：另外關於軌道交通的回答的文章，歡迎交流：

軌道交通的供電方式採用第三軌或接觸網的優劣是什麼？ - lei xi 的回答

地鐵的鋼軌出現問題，一般怎麼處理？ - lei xi 的回答

軟還是硬，是一個問題 - 延伸的車轍 - 知乎專欄

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我來說點快捷易懂的東西吧。

有縫鋼軌，可以看到一個非常明顯的縫隙，如圖所示：

無縫鋼軌，整體的一條鋼軌：

有縫鋼軌最常見於國鐵既有線上，乘坐火車時聽到的咣當咣當的聲音這就車輛的輪對壓過鋼軌縫隙時產生的，咣當咣當的聲音一度成為了火車、旅行的代名詞。

有縫鋼軌的原理跟高壓電線是一樣的，高壓線路為了防止熱脹冷縮造成線路斷裂在架設的時候就留出了大於兩點之間的距離的電線，形成圖中的曲線，在冷縮的時候不至於緊繃斷裂。

有縫鋼軌的縫隙

就是為了為熱脹冷縮留有一定的空間，防止鋼軌間的硬性擠壓。

無縫鋼軌多應用於新修建的高鐵等客運專線、無縫鋼軌的穩定和良好的隔音造就了高速鐵路的舒適性。無縫鋼軌也並非是無縫的，在生產之初，一般是用25m長的鋼軌，在工廠用氣壓焊或接觸焊的辦法，焊成200m到500m的長軌，然後運到鋪軌地點，再焊接成1000m到2000m的長度，鋪到線路上在各段長軌之間繼續焊接，就成為一段無縫線路。但是無縫鋼軌也並非是完全無縫的，在每段長軌之間會設有緩衝區隔斷，在閉塞區段分界點、道岔等地方也會設置斷開，只是相對於有縫鋼軌縫隙實現了極大的減少。

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無縫線路的縫指的是軌縫，即鋼軌鋪設時為應對熱脹冷縮所預留的縫隙。

無縫線路是由許多根標準長度的鋼軌焊接成為不小於500m的長鋼軌線路。

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道岔區高鐵無縫線路，普速鐵路也沒有全部實現無縫，地鐵道岔區沒有聽說過無縫的！也有可能孤陋寡聞…個人分析了一下，如樓上所說，地鐵環境受局限，你都焊一起，每天晚上請點就那麼幾個小時，經常還不允許出現明火…怎麼切割更換

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