铁道工程电子教材-1.轨道结构
绿芜-
第一节
钢轨
概述
<
/p>
轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。轨道是由钢轨、轨枕、道
床、道岔、联结零件及防爬设备组成。它的的作用是引导机车车俩运行，直接承
受由车轮传来的荷载，并把它传布给路基
或桥隧建筑物。轨道
必须坚固稳定，
并具有正确的几何形位，以确保机车车辆的安全运行。
< br>
钢轨是轨道的主要部件，
用于引导机车车辆行驶，
并将所承受的荷载传布于
轨枕、道床及路基。同时，为车轮的滚动提供阻力最小的接触面。
轨枕是轨道结构的重要部件，
一般横向铺设在钢轨下的道床上，
承受来在钢
轨的压力，使之传布于道床。同时，利用扣件有效地保持两股钢轨的相对位臵。
轨枕主
要有木枕和混凝土枕两类。
联结零件是联结钢轨或联结钢轨和轨枕的部件。前者称接头联结零件
,
后者
称中间联结零件（或扣件）
。其
作用是有效地保证钢轨与钢轨或钢轨与轨枕间的
可靠联结
,
尽可能地保持钢轨的连续性与整体性。阻止钢轨相对于轨枕的纵横向
移支，确保轨距正常，并在机车车辆的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能，延
缓线路残
余变形的积累。
防爬设
备能有效地防止钢轨与轨枕之间发生纵向的相对移动，制止钢轨爬
行。
< br>
道床是轨枕的基础，
在其上以规定的
间隔布臵一定数量的轨枕，
用以增加轨
道的弹性和纵、
横向移动的阻力，
并便于排水和校正轨道的平面和纵断面。
主要
材料有碎石和筛选卵石等。
道岔是
机车车辆从一股轨道转入或越过加一股轨道时必不可少的线路设备，
在铁路站场布臵中应
用极为广泛。它是轨道结构
的重要组成部分。
一、钢轨的基本功能及基本要求
钢轨
是铁路轨道的主要组成部件。
它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，
< br>承受
车轮的巨大压力，
并传递到轨枕上。
钢轨必须为车轮提供连续、
平顺和阻力最小
的滚动表面
。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。
钢轨的工作条件十分复杂。
车轮施加于钢轨上的作用力，
其大小、
方面和
位
臵都具有很大的随机性。
这引起都有和机车车辆与轨道的相互
作用有关。
除轮载
外，
气候及其他因素
对钢轨受力也有影响，
例如，
轨温的变化可以使钢轨内部产
生很大的温度力，
特别是无缝线路上。
钢轨是作为一根支承在连续弹性基础
或点支承上的无限长梁进行工作的。
它主要承受轮载作用下的弯曲应力，
但是也
必须有能力承担轮轨接触点上的接触应力，
以及
轨腰与轨头或轨底连接处可能产
生的局部应力和温度变化作用下的温度应力。
在轮载和温度力的作用下，
钢轨产
生复杂的变形：
压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等。
为使列车能够安
全、
平稳和不间断地运行，
钢轨除必须充分发挥上述诸功能外，
还应保证在轮载
和轨温变化作用下，
应力和变形均不超过规定的限值。
这就要
求钢轨具有足够的
强度
、韧性和耐磨性能。
机车依靠其动轮与钢轨顶面之间的摩擦作用牵引
列车前进，
< br>这就要求钢轨顶面粗糙，
使车轮与钢轨之间产生足够的摩擦力。
< br>但对
车辆来说，
摩阻力太大会使行车阻力增加，
这就又要求钢轨有一个光滑的滚动表
面。从这一矛盾的主要方面出发，钢
轨仍应维持其光滑的表面，必要时，可用向
轨面撒砂的方法提高机车动轮与钢轨之间的粘
着力。
钢轨依靠本身的刚度抵抗轮载作用下的弹性弯曲，
但是为了减轻车轮对钢轨
的动力冲击作用，
防止机车车辆步行部分及钢轨的折损，
又要求钢轨具有必要的
弹性。
车轮与钢轨之间接触面积很小，而来自车轮的的压力却十分巨大，
为使钢轨不致被压陷或磨耗太快，
钢轨应具有足够的硬度。
但
硬度太高，
钢轨又
容易受冲击而折损，因此，要求钢轨具有一定
的韧性。
根据经济合理原则，
还应做到钢轨断面设计合理，价格低廉，轻重齐备，自成系列。钢轨的类型，以
每米大致质量
kg
表示。
目
前，
我国铁路的钢轨类型主要有
75kg/m
< br>、
60kg/m
、
50kg/m
及
43kg/m
。
为完成上述功能，对钢轨质量、断面、材质三要素均提
出了相
应的要求。随着高速、重载运输的要求，钢轨正向重型化发展，目前世界上最重<
/p>
型的钢轨已达到
77.5kg/m
，线路
上逐步铺设
75kg/m
钢轨。
(
二
)
钢轨断面设计原则
作用于直线轨道钢轨上的力主要是竖直力，
< br>其结果是使钢轨挠曲。
因为钢轨
被视为支承在连续弹性基
础上的无限长梁，
而梁抵抗挠曲的最佳断面形状为工字
形。因此
，钢轨采用工字形断面，由轨头、轨腰和轨低三部分组成。钢轨断面设
计应满足下面要求
。
钢轨断面图
钢轨断面尺寸及特性
钢轨头部是直接和车轮接触的部分
，
应有抵抗压溃和耐磨的能力，
故轨头宜
大而厚，
并应具有和车轮踏面相适应的外形。
钢轨头部顶面应
有足够的宽度，
使
在其上面滚动的车轮踏面和轨头顶面磨耗均匀
。
钢轨头部顶面应轧制成隆起的圆
弧，
使由车轮传来的压力更能集中于轨轴。
钢轨被车轮长期滚压以后，
顶面近似
于
200~300mm
半径
的圆弧。因此，在我国铁路上，较轻型钢轨的项面，常轧制成
一个半径为
300mm
的圆弧，
而较重型钢轨的顶面，
则用三个半径分别为
80
、
300
、
80
或
80
、
500
、
< br>80mm
的复合圆弧组成。
为使钢轨有较大的承载能力和抗弯能力，钢轨腰部必须有足够
的厚度和高
度。
轨腰的两侧为曲线。
轨
腰与钢轨头部及底部的连接，
必须保证夹板能有足够
的支承面。
钢轨底
部直接支承在轨枕顶面上。
为保持钢轨稳定，
轨底应有足够的宽
度和
厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。
钢轨的头部顶面宽（
b
）
、轨腰厚（
t
）
、轨身高
(H)
及轨
底宽（
B
）是钢轨断面
的四个主要参数
。
钢轨高度应尽可能大一些，
以保证有足够的惯性矩及断面系数
来承受竖直轮载的动力作用。
但钢轨愈高，
其在横向水平力作用下的稳定性愈差。
轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例。一
般要求轨高与轨底宽之比为
1.15~1.20
。为使钢轨轧制
冷却均匀，要求轨头、轨腰及轨底的面积分配，有一
个较合适的比例。
< br>
(
三
)
钢轨的材质和机械性能
钢轨的材质和机械性能主要取决于钢轨的化学成分、
物理力学性能、<
/p>
金属组
织及热处理工艺。
钢轨钢的化学成分除含铁（
Fe
）外，还含有碳（
C
）
、锰（
Mn
）
< br>、硅（
Si
）及
磷（
P
）
、硫（
S
）等元素。碳对钢的性质影响最大。提高钢的含碳量，其抗拉强
度、耐磨性
及硬度均迅速增加。例如，当含碳量从
0.35%
增加为
0.65%
，可使平
炉钢轨的耐磨性能提高<
/p>
60%
。但含碳量过高，也会使钢轨的伸长率、断面收缩率
和冲击韧性显著下降。因此，一般含碳量不超过
0.82%
。
锰可以提高钢的强度和韧性，
去除有害的氧化铁和硫夹杂物，
< br>其含量一般为
0.6%
～
1.0
%
。锰含量超过
1.2%
者称中锰钢，
其抗磨性能很高。
硅易与氧化合，故能去除钢中气泡，增加密度，使钢质密实细致。在碳素钢
中
，硅含量一般为
0.15%~0.30%.
提高钢的含硅量也能
提高钢轨的耐磨性能。
磷与硫在钢中均属有害成分。磷过多（超过
0.1%
）
，使钢轨具有冷脆性，在
冬季严寒地区，
易突然断裂。
硫不溶于铁，
不论含量多少均生成硫化铁
，
在
985
℃
时，呈晶态结晶析出。这种晶体性脆易溶，使金属在
800~1200
< br>℃时发脆，在钢
轨轧制或热加工过程中容易出现大量废品。
所以磷、
硫的含量必须严格加以控制。
表中除
U
71
、
U74
为碳素钢外，其他均为提
高锰、硅含量或增加铜含量的中
锰、高硅或含铜合金钢。
钢轨钢的物理力学性能包括强度极
限σ
b
、屈服极限σ
s
、疲劳极限σ
r
、伸
长率δ<
/p>
5
、断面收缩率ψ、冲击韧性
(
落锤试验
)
α
h
及硬度等。这些指标对钢轨
的承载能力、磨损、压溃、断裂和其他伤损
有很大的影响。
钢轨接头处轮轨冲击力很大，为加强接头处钢轨的抗磨能力，在钢轨两端
30~
70mm
范围内进行轨顶淬火，淬火深度达
8-12
mm
。
为提高钢轨耐磨和抗压性能，
还应对钢轨进行全长淬火处理。<
/p>
它是采用电感
应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高
钢轨的强度和韧性。
综前所述，为适应高速、重载的需要，钢轨要重型化，但钢轨重型化后，若
不采用强化技术，又会带来其它的问题。由于重型
钢轨的刚度
大，相应弯曲变
形较小，
列车车轮对钢轨的动力作用大部分作用
在轮轨接触区，
同时由于重型钢
轨扭转中心接近轨底，
轨尖产生的纵向正应力远远大于轨底的纵向正应力，
从而
加速了重型钢轨轨头病害的发展。一般来讲，钢轨愈重，钢轨的伤损数量减少，
但接触疲劳伤损总数的比例提高。
如前苏联实现钢轨重型化后，
钢轨伤损总数量
大量减少，
但
50kh
/m
、
65kg/m
、
75kg/m
钢轨的轨头伤损却分别占伤损总数的
75
%
、
80%
、
94%
。
重型钢轨的强化有两种技术路线：
一是钢轨合金化，
它生产工艺简单，
投资少，能源消耗少，
钢轨整体强化，表层硬度均匀，可焊性好；二是碳素钢热
处理，这种方法也可获得同样的
高强度和表面硬度，同时韧性好，节省合金，适
于大批量生产。
冶金学原理及冶金工业生产实践认为：
如不改变钢种，
单凭碳素
钢热处理，
很难再大幅度地提高强度，
唯有微合金与热处理相结合，
二者相辅相
成，才可得到既有更高
强度，并有相应韧性、硬度和可焊性的优质钢轨。
目前我国使用的钢轨，抗拉强度约为
900Mpa
。还有部分
PD2
全长淬
火轨、
PD3
高碳微钒轨，抗拉萨市强度在
1000
Mpa
以上。
PD3<
/p>
高碳微钒轨，抗拉强度在
1300 Mpa
，可延长钢轨使用寿命
50%
以上。
淬火轨对材质纯净度的要求比普通
钢轨更高，
如果不提高钢轨的纯净度，
钢
轨重型化及强韧化的优势也不能更好地发挥，
因此材质纯净化是重型化和强韧化
的基础。
例如钢轨中非金属夹杂、
钢轨金属薄
弱区的存在等，
都是钢轨产生疲劳
伤损的根源，
以这些疲劳源为中心形成核伤，
对行车安全构成威胁。
钢轨重型化、
强韧化和纯净化应当有机地统一，才能获得最佳综合技术经济效益。
二、钢轨接头和轨缝
我国钢轨标准长度为
12.5m
和
25m
两种，
对于
75kg/m
钢轨只有
25m
长一种。
还有用于曲线内股的缩短轨，对于
12.5m
标准系列的缩短轨有短
40
mm
、
80mm
、
120mm
三种；对于
25m
轨的
有短
40mm
、
80mm
、
160mm
三种。
轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺
栓连接，
称为钢轨接头。
接头处轮轨动力
作用大，养护维修工作量大，接头是轨首结构的薄弱环节之一。
接头的联结形式按其相对于轨枕位
臵，
可分为悬空式和承垫式两种。
按两股
钢轨接头相互位臵来分，
可分为相对式和相错式两种。
我国一
般采用相对悬空式，
即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间。
钢轨接头按其性能又可
分为普通接头、异形接头、绝缘接头、导电接头、伸
缩接头、冻结接头等。
为适应钢轨热胀冷缩
的需要，
在钢轨接头处要预留轨缝。
预留轨缝应满足如
下条件：
1
．
当轨温达到当地最高轨温时，
轨缝应大于或等于零，
使轨端不受挤压力，
以防温
度压力太大而胀轨跑道；
当轨温达到当地最低轨温时，
轨缝应小于或等于构造轨逢，
使接头螺栓不受
剪力，
以防止接头螺栓拉弯或拉断
。
构造轨缝是指受钢轨、
接头夹板及螺栓尺寸
< br>限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。
《铁路线路维修规则》规定普通线路预留轨缝计算公式为：
（
1-1
）
式中
a0
——换轨或调整轨缝时的预留轨缝（
mm
）
a
——钢轨钢线膨
胀系数
a=0.0118(mm/mc)
L
——钢轨长度（
< br>mm
）
ｔｚ——当地
中间轨温（
C
）
其中
Tm
ax
、
Tmin
——
< br>
当地历史最高、最低轨温
t0
——换轨或调整轨缝时的轨温，
ag
——
构造轨缝，
38kg/m
、
43kg/
m
、
50kg/m
、
< br>60kg/m
、
75kg/m
钢
轨均采用
ag
＝
18mm
。
< br>对于年轨温差小于
85
℃的地区，为了减小冬天的轨缝，
预留轨缝可以按式
（
1-1
）计算得天
结果再减小
1
～
2mm
。
由于构造轨缝
ag
以及接头和基础阻力的限制，不是所有地
区都能铺设
25m
长的钢轨。
根据轨温
一轨缝变化规律，
在确定的
ag
和
C
值情况下，
以
T
max
时轨
缝
amin=0
，
Tmin
时轨缝
ami
n=ag
为条件，
可以得到允许铺轨的年轨温差为
［Δ
T
］
的地区：
式中
［Δ
T
］——允许铺轨年轨温差（℃）
Ｃ——接头阻力和道床阻力限制钢轨伸缩量（
mm
）
由式计算可知，对于
12.5m
钢轨，铺设地区不受年轨温差的限制；对于
25m
< br>钢轨，
[***]=101.7
℃，近似地只能在年轨温
差
100
℃以下地区铺设。对于年轨
温
差大于
100
℃的地区应个别设计。
在允
许轨温的最大年温差
［△
T
］
范围内，
并不是在所有的轨温下都能铺设，
在年
轨温差△
T
大的地区，当接近
时，轨缝就不能满足
amax
≤
ag
（或
amin
≥
0
）
的要求，因此必须限制其铺轨温度。为此
，可用式（
1-1
）中
a0
做为预留轨缝，
并在铺轨后为检查轨缝计算方便，将铺轨轨温上、下限定为
：
对于<
/p>
25m
长的普通线路，
ag=18mm<
/p>
，可以求得
ag/2al=30.5
℃，
因此，
《铁路
线路维修规则》规定，应当在（
< br>tz-30
℃）
~(tz+30
℃
)
范围内铺轨或调整轨缝。
（一）钢轨伤损
钢轨伤损是指钢轨在使用过程中，
发
生折断、
裂纹及其它影响和限制钢轨使
用性能的伤损。
为便于统计和分
析钢轨伤损，
需对钢轨伤损进行分类。
根据伤损在钢轨断面
上的位臵、伤损外貌及伤损原因等分为九类
32
种伤损，用两位数编号分类，十
位数表示伤损的部位和状态，
个位数表示造成伤损的原因。
钢轨伤损分类具体内
容可见“铁
道工务技术手册（轨道）
”
。
钢轨折断是指有下列情况之一者：
钢轨全截面至少断成两部分；
裂缝已经贯
通整个轨头截面或轨底截面；钢轨顶面上有长大于
50mm
、
深大于
10mm
的掉块。
钢轨折断直接
威胁行车安全，
应及时更换。
钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，<
/p>
钢轨
部分材料发生分离，形成裂纹。
钢轨伤损种类很多，常见的有磨耗
、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。
下面介绍几种常见的钢轨伤损情况。
1
．钢轨磨耗
钢轨磨耗主要是指小半径曲线上钢轨的侧面磨耗和波浪磨
耗。
至于垂直磨耗一般情况下是正常的，
随
着轴重和通过总重的增加而增大。
轨
道几何形位设臵不当，
会使垂直磨耗速率加快，
这是要防止的，
可
通过调整轨道
几何尺寸解决。
(1)
侧面磨耗
侧面磨耗发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上
伤损的主要类型之一。
列车在曲线上运行时，
轮轨的磨擦与滑动是造成外轨侧磨
的根本原因。
列车通过小半
径曲线时，
通常会出现轮轨两点接触的情况，
这时发
生的侧磨最大。
侧磨的大小可用导身力与冲击角的乘积，
< br>即磨耗因子来表示。
改
善列车通过曲线的条件，
如采用磨耗型车轮踏面，
采用径向转向架等会降低侧磨
< br>的速率。
从工务角度来讲，
应改善钢轨材质，
采用耐磨轨，
例如高硬稀土轨其耐磨性
是普通轨的
2
倍左右，淬火轨为
1
倍以上。
加强养护维修，设臵
合适的轨距、外轨超高及轨底坡，增加线路的弹性，在
钢轨侧面涂油等，都可以减小侧面
磨耗的效果。
(2)
波浪形磨耗
波浪形磨耗是指钢轨顶面上出现的波浪状不均匀磨耗，
实质上是波浪形压溃。
波磨会引起很高的轮轨动力作用，
加速机车车辆及轨道部
件的损坏，增加养护维修费用；此外列车的剧烈振动，
会使旅客不适，严重时还
会威胁到行车安全；
波磨也是噪音的来
源。
我国一些货运干线上，
出现了严重的
波磨。其发展速度比侧磨还快，成为换轨的主要原因。
波磨可以其波长分为短波（或称波纹）和长波（或称波浪）两
种。波纹为波
长约
50~100mm
，
波幅
0.1
～
0.4mm
的周期性不平顺；
长波为波长
100m
以上，
3000mm
以下，
波幅
2mm
以内的周期性不平顺。
波磨主要出现在重载运输线上，<
/p>
尤其是运煤运矿线上特别严重，
在高速高客
运线上也有不同程度的发生，
城市地铁上也较普遍。
列车速度
较高的铁路上，
主
要发生波纹磨耗，
且
主要出现在直线和制动地段。
在车速较低的重载运输线上主
要发
波浪磨耗，
且一般出现在曲线地段。
影响钢轨波磨发生发展的因
素很多，
涉
及到钢轨材质、
线路及机车
辆条件等多个方面。
世界各国都在致力于钢轨波形磨
耗成因理论
研究。目前，关于波磨成因的理论有数十种，大致可分为两类：动力
类成因理论和非动力
类成因理论。总的来说，动力作用是钢轨波磨形成的外因，
钢轨材质性能是波磨的内因。
事实上单靠某一方面的分析来概括钢轨波磨的所有
成因是相当困
难的，
而必须把车辆和轨道作为一个系统，
研究多种振动形成，
从
整体上进行多方面、多学科的研究，才能把握波磨成因的全貌
。
打磨
钢轨是目前最有效的消除波磨的措施。
除此还有以下一些措施可以减缓
< br>波磨的发展：
用连续焊接法消除钢轨接头，
提高轨道的平
顺性；
改进钢轨材质采
用高强耐磨钢轨，提高热处理工艺质量，
消除钢轨残余应力；提高轨道质量，改
善轨道弹性，并使纵横向弹性连续均匀；保持曲线
方向圆顺，超高设臵合理，外
轨工作边涂油；轮轨系统应有足够的阻尼等。
(3)
钢轨磨耗的允许限度
钢轨头部允许磨耗限度主要由强度和构造条件
确定。
即当钢轨磨耗达到允许限度里，
一是还能保证钢
轨有足够的强度和抗弯刚
度；二是应保证在最不利情况下车轮缘不碰撞接头夹板。
《铁路线路维修规则》
中按钢轨头产磨耗程度的不同，分为轻伤和重伤
两类。波磨轨耗谷深超过
0.5mm
为轻伤轨。
2
．钢轨接触疲劳伤损
接触疲劳伤损的形成大致可分三个阶段：第一阶
段是钢轨踏面外形的变化，
如钢轨踏面出现不平顺，
焊缝处出现鞍形磨损，
这些
不平顺将增大车轮对钢轨的冲击作用
；
第二阶段是轨头表面金属的破坏，
由于轨
头踏面金属的冷作硬化，使轨头工作面的硬度不断增长，通过总质量
150~200
Mt
时，硬度可达
HB360
；此后，
硬化层不再发生变化，对碳素钢轨来说，通过总质
量
200~2
50Mt
时，
在轨头表层形成微裂纹。
对于弹性非均等的线路当车轮及钢轨
肯有明显不平顺时，
轨顶面
所受之拉压力几乎相等，
若存在微型纹，
同时挠曲应
力与残余应力同号，会极大的降低钢轨强度。第三阶段为轨头接触疲劳的形成，
由于金属接触疲劳强度不足和重载车轮的多次作用，
当最大剪应力作用点超过剪
切屈服极限时，
会使该点成为塑性区域，
车
轮每次通过必将产生金属显微组织的
滑移，
通过一段时间的运营
，
这种滑移产生积累和聚集，
最终导致疲劳裂纹的形
成。随着轴载的提高、大运量的运输条件、钢轨材质及轨型的不适应，将加速接
触疲劳裂纹的萌生和发展。
轨头工作边上圆角附近的剥离主要是由以下三个原因引起的：
由
夹杂物或接
触剪应力引起纵向疲劳裂纹而导致剥离；
导向轮在曲
线外轨引起剪应力交变循环
促使外轨轨头疲劳，
导致剥离；
车轮及轨道维修不良加速剥离的发展。
通常剥离
会造成缺口区的应力集中并影响行车的平顺性，
增大动力冲击作用，
又促使缺口
区域裂纹的产生和发展。
缺口区的存在，<
/p>
还会阻碍金属塑性变形的发展，
使钢轨
塑
性指标降低。
< br>轨头核伤是最危险的一种伤损形式，
会在列车作用下突然断裂，
< br>严重影响行
车安全。
轨头核伤产一的主要原因是轨头内部
存在微小裂纹或缺陷
（如非金属夹
杂物及白点等）
，
在重复动荷
载作用下，
在钢轨走行面以下的轨头内部出现极为
复杂的应力组合，
使细不裂纹先是成核，
然后向轨头四周发展，
直到核伤周围的
钢料不足以提供足够的抵抗，
钢轨在毫元预兆的
情况下猝然折断。
所以钢轨内部
材质的缺陷是形成核伤的内因，
而外部荷载的作用是外因，
促使核伤的发展。
< br>核
伤的发展与运量、轴重及行车速度、线路平面状态有关。为确保行车的安全，对
钢轨要定期探伤。
减缓钢轨接触疲劳
伤损的措施有：
净化轨钢，
控制杂物的形态；
< br>采用淬火钢
轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质；改革旧轨再用制度，合理使用
钢轨；钢
轨打磨；按轨钢材质分类铺轨等。
（二）钢轨的合理使用
钢轨是铁路线路的重要装备，在《铁路工务主要技术装备政策
》中，除明确
指出钢轨的发展方向是重型化、
强韧化和纯净化外
，
对合理使用钢轨也有明确规
定。
规定
指出应根据钢轨综合经济效益分析，
确定钢轨合理的使用周期，
实行钢
轨分期使用制度，并积极做好旧轨的整修工作。
1
．钢轨的分级使用
钢轨分级使用包含两个方面的含义：钢国的二次或
多次使用和钢轨在一次使用中的合理倒换使用。
钢轨的二次使用是指钢轨在
繁忙
线路上运营以后经过旧轨整修，
再把它铺设到运量小的铁路
上再次作用，
可以延
长钢轨的使用寿命和提高钢轨的使用效率。
重型旧轨的多次使用，
可使整个非繁
忙
线路的设备得到显著加强。
在货运密度小的线路上采用重型钢轨，
即使是旧轨，
也将大大提高线路稳定，
并能以较少的材料和劳
动力来保证轨道的正常养护。
旧
轨整修通常分为三类：综合整形
轨、一般整形轨和焊接再用长轨条。
国外以远见卓识轨的分级管理与使用一直很重视。
例如联邦德国一直对钢轨
与通过运量和养护维修间的关系进行研究，
以期获得最佳的经济效益。
具体分级
为：新轨
铺调用于一级轨道；娄轨高降低
5%
时则换下铺于二级轨道；当
轨高降
低
8%
时则铺设在三级轨道上。
德国在实行钢轨分级管理时，是将再用轨作为一
种资源储备。
当
一条铁路要铺设新轨道时，
应事先考虑到有一部分要铺设再用轨。
因为用过的较重的钢轨就相当于较轻的新轨。
现代钢轨的高质量、
耐久性和可靠性
，
为钢轨的多次再用提供了可能性。
钢
轨设备的运营制度应是
“队梯式”
的，
钢轨随着其承载能力的减弱而逐步移到运
量较小的区段下使用。钢轨在一次使用中的倒换
使用是钢轨合理使用的另一方
面，
我国幅员文阔，
铁路线路的条件相差别很大，
在同一区段线路上将轨道上下
< br>股钢轨倒换使用或直线与曲线钢轨倒换使用，是延长钢轨使用寿命的另一措施。
2
．钢轨整修技术
轨端不均匀磨耗和掉块、擦伤是钢轨运营过程中产生
的各种伤损和缺陷的主要形式之一。这些病害引起机车车辆的巨大附加冲击力，
< br>使线路变表加剧，
不仅缩短轨道各部件的使用寿命，
而且
还增大养护维修工作量。
因此，需要对钢轨表面病害及时整治。钢轨表面的整治工作包括
磨修和焊修。
3
．
钢轨打磨
对钢轨进行现场打磨始于本世纪
50
年代，
最初用于整治波
形磨耗，
现已发展成为一种多功能的现代化养路技术。
打磨的重点已从钢轨修理
转身钢轨保养。
钢轨的定期打磨，
可以
消除和延缓波磨、
消除钢轨表面的接触疲
劳层防止剥离掉块、<
/p>
对断面打磨还可改善轮轨接触条件，
降低接触应力。
根据钢
轨打磨的目的及磨削量，钢轨打磨可分为三类：
（
1
）修理性打磨
主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹
以及接头的马鞍形磨耗，
钢轨的一次磨削量较大，
打磨周期长。
但是这
种打磨方
式并不能消除引起波磨、
钢轨剥离及掉块的潜在的接触
疲劳裂纹，
在以后列车通
过时，这些裂纹还将继续扩展。
（
2
）预防性打磨
预防性打磨是在裂纹开始扩展前将这此裂纹萌生区打
掉，
近来已发展成为控制钢轨接触疲劳的技术。
它力图控制钢轨表面接触疲劳的
发展，打磨周期较短，以便在钢轨表面裂纹萌生时就予以消除。
（
3
）钢轨断面廓形打磨
< br>对曲线地段的钢轨断面进行非对称打磨能明显
降低轮轨横向力和冲角，达到减轻钢
轨侧磨的目的。
第二节
轨枕
概述
轨枕承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，同时，
有效地保持
轨道地几何行位，
特别是规矩和方向。
轨枕应具有必要的坚固性、
弹性和耐久性，
并能便于
固定钢轨，有抵抗纵向和横向位移的能力。
轨枕依其构造及铺设方法分为横向轨枕、
纵向轨枕及短轨等。
横向轨枕与钢
轨垂直间隔铺设，是一种
最常用的轨枕。纵向轨枕一般仅用于特殊需要的地段，
短轨是在左右两股钢轨下分开铺设
的轨枕，
常用于混凝土整体道床。
轨枕按其使
< br>用目的分为用于一般区间的普通轨枕，用于道岔上岔枕，用于无碴桥梁上桥枕、
混
凝土枕和混凝土宽枕。
一、木枕
木枕又称枕木，
< br>是铁路最早采用而且仍然继续使用的一种轨枕。
主要优点是
弹性好，可缓和和列车的冲击作用；易加工，运输、铺设、养护维修方便；与钢
轨联结
比较简单；
有较好的绝缘性能等。
但木枕要消耗大量优质木材，
由于资源
有限，其价格较贵。木枕的主要缺点是易腐朽、磨损，
使用寿命短，这也有来自
生产工艺水平的原因；
其次是由于木材
种类和部位的不同，
其强度、
弹性不完全
一致，在机车车辆作用下会形成轨道不平顺，增大了轮轨动力作用。
木枕的使用寿命短，其失效原因很多，主要是腐朽、机械磨损
和开裂。木枕
腐朽是生物作用的过程，而机械磨损和开裂则是列车反复作用和时干时湿的
结
果。这三者是互为因果的。木枕一旦腐朽，强度就要降低，同时又会促进机械磨
损和开裂的加剧发展。相反，木枕一旦出现机械磨损和开裂，木质受到损伤，这
就为加速腐朽提供了有得条件。
为延长木枕使用寿命，
应对这三者进行综合治理。
二、混凝土枕类型
随着铁路高速、
重载发展的需要，<
/p>
用混凝土枕代替已成为发展方向。
混凝土
枕材源较多，并能保证尺寸，使轨道弹性均匀，提高了轨道的稳定性。混凝土枕
不受气候
、腐朽、虫柱及火灾的影响，使用寿命长。此外，混凝土枕还具有较高
的道床阻力，这对
提高无缝线路的横向稳定性是十分有利的。
混凝土枕的特点是自重大、
刚度大，
与木枕线路相比其轨底挠度较平顺，
故
轨道动力坡度小。
同时也存在列车通过不平顺的混凝土线路时，
轨道附加动力增
大。故对轨下部件的弹性提出了更高的要求，以提高线路抗振能力。
混凝土枕按
使用部位的不同，
可分为普通混凝土枕、
混凝土岔枕及混凝土桥
枕三种。
按结构型式分有整体式、
组合式和半枕三种。
< br>整体式混凝土整体性强，
稳定
性好，制作简便，是目前各
国使用最多的一种类型。
组合式混凝土由两个钢筋混凝土块体用一根钢杆连接而成。
这种轨枕整
体性
不如整体式混凝土枕，
但由于它用混凝土和钢材组合而成，
能充分发挥各自的力
学性能优势。图
1
-4
为法国铁路上采用的双块式混凝土枕。
按配筋方式分有普通钢筋混凝土枕
和预应力混凝土枕两类。
普通钢筋混凝土
抗弯能力很差，
容量开裂失效，
已被淘汰。
预应力混凝土枕，
制作时给混凝土
施
< br>加强大的预压应力，
因而具有抗裂性能好，
用钢量少的优
点。
我国主要采用整体
式、预应力混凝土枕，简称混凝土枕（<
/p>
Pc
枕）
。
预应力
混凝土枕按照施工方法不同分国先张法和后张法预应力混凝土两类。
（二）混凝土枕外形及尺寸
混凝土结构设计主要决定于其受力状况。轨枕为支承在弹性基
础上的短梁，
在钢轨传来的荷载作用下，轨枕底面对轨枕产生反力，轨枕各截面则产生弯
矩。
混凝土枕受力状况与道床支承条件有密切关系，
支承条件有中间不承、
中间
部分支承和全支承
三种情况。
在不同支承情况下，
轨枕承受弯矩的情况是不同的。
由图中可以看出，
轨下截面正弯矩以中间部分不支承时为最大，
而枕中截面负糨
矩则以全支承时为最大。
1
．轨枕形状
混凝土枕截面为梯形，上窄下宽。梯形截面可以节省混凝