作者：李再帏
出版社：中国铁道出版社有限公司
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城市轨道交通工务概论试读：
前言
近年来，城市轨道交通在我国得到了迅速的发展，其具有运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的技术优势，成为人们出行的首选。轨道结构作为城市轨道交通的基础设施，其结构部件性能直接影响列车运行状态，因此，要保证列车不间断运行，就要科学进行线路养护维修，从而确保线路夜以继日安全运营。
本书是为在校学生及城市轨道交通维修保障相关专业人员能够全面而系统地了解工务工作的基本内容、过程和操作等知识，并结合现场养护需要而编写的。本书可作为高等学校城市轨道交通相关专业如运营工程、交通工程、车辆工程等的教学用书，也可供城市轨道交通维修保障和运营管理部门的相关技术与管理人员参考。
全书共分七章，主要内容有：绪论、轨道结构、轨道几何形位、道岔、无缝线路、工务检测技术和轨道交通的振动与噪声。全书结合目前城市轨道交通实际操作情况编写，结构系统性强，内容简明扼要。
随着线路服役年限的增加及列车速度的不断提高，养护维修标准也在不断提升，且轨道交通线路养护尚无统一的标准，因此具体的要求应以现行规范为准。
本书由上海工程技术大学李再帏任主编并统稿，上海申通地铁集团公司技术中心刘加华、周亮主审。参加编写工作的还有上海工程技术大学李再帏、路宏遥，华东交通大学张斌。
本书在编写过程中，得到了上海工程技术大学城市轨道交通学院系领导的大力支持，中铁第一勘察设计院集团有限公司褚卫松、中铁上海设计院集团有限公司陈鑫为本教材提供了轨道交通无砟轨道方面的资料，在此表示衷心感谢。除所列主要参考文献外，还参考了大量的相关文献与资料，恕不一一列出，在此谨向相关文献的作者表示衷心的感谢与敬意。
由于编者水平有限，不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。编者2018年3月于上海1绪论1.1城市轨道交通发展现状
城市轨道交通是指在不同形式轨道上运行的大、中运量的城市公共交通工具，是当代城市中地铁、轻轨、单轨交通、自动导向及磁悬浮交通等轨道交通的总称。
20世纪下半叶，以发展中国家的快速城市化与机动化为主导的世界社会与经济格局的变化带来了城市地区交通拥挤问题。由于城市地区交通资源短缺，轨道交通得到了普遍关注，并成为公共交通新体系结构的骨架。目前，世界各国大城市在发展城市交通的战略问题上基本达成一个共识：发展城市轨道交通，形成大运量、高速度、低能耗、少污染、安全可靠的现代化立体公共交通网络系统，以适应和引导城市发展的需要。1.1.1 城市轨道交通的分类与特点
以我国为例，根据中国城市轨道交通协会统计，2017年末，中国内地累计有34个城市建成投运城轨线路5021.7km。其中，地铁3881.8km，占线路总长的77.3％；轻轨233.4km，占线路总长的4.6％；单轨98.5km，占线路总长的2.0％；现代有轨电车243.4km，占线路总长的4.8％；磁浮交通58.8km，占线路总长的1.2％；市域快轨501.8km，占线路总长的10.0％；APM线4.0km，占线路总长的0.1％。
根据城市轨道交通的构筑物形态、运营组织方式、车辆类型与运输能力等方面可将其划分为不同类型。
1.按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置划分（1）地下铁路：位于地下隧道内的铁路称为地下铁路。（2）地面铁路：位于地面的铁路称为地面铁路。（3）高架铁路：位于高架桥上的铁路称为高架铁路。
2.按列车运营组织方式划分（1）传统的城市轨道交通：服务范围以中心城区为主的城市轨道交通，通常站间距在1km左右，且多为地下线路。（2）区域快速铁路：服务范围包括城市郊区的轨道交通系统，通常站距较大，高架线路所占的比重较大。（3）市郊铁路：担负大城市郊区和市区长距离大运量客货运输的铁路。它是铁路枢纽的组成部分，和铁路干线的客货设施连接，有的线段干线列车、市郊列车可以共用。我国铁路还没有把市郊铁路当作大城市交通网的组成部分来规划建设，目前主要承担铁路职工上下班和远郊区市民的运输问题。
3.按运能范围与车辆类型划分
城市轨道变通可分为地下铁路、轻轨交通、有轨电车、独轨交通、自动导向交通、胶轮地铁、索道等类型，常用的是前面3种类型。（1）地下铁路：简称地铁，国际隧道协会将地铁定义为轴重相对较重，单方向输送能力在3万人次/h以上的城市轨道交通系统。一般线路全封闭，在市中心区全部或大部分位于地下隧道内，因而可实现信号控制的自动化，具有容量大、速度快、安全、准时、舒适、运输成本低、不占城市用地，但建设成本高等特点，适用于出行距离较长、客运量需求大的城市中心区域。人口超过百万的大城市就应考虑修建地下铁路，用于迅速运送大量乘客，减轻市内地面的交通负荷。（2）轻轨交通：在有轨电车的基础上发展起来的城市轨道交通系统，通常情况下输送能力为（1.5～3.0）万人次/h。它的车辆轴重较轻，施加在轨道上的荷载相对于城市铁路和地铁的荷载来说比较小，因而称之为轻轨。轻轨具有灵活性高、成本低等诸多优点，使其成为现代化大都市公共交通的重要选择，与地铁、公交等公共交通共同组成了城市立体交通网络，改善了城市人口与交通的紧张关系，提升了城市居民的生活品质。（3）有轨电车：通常采用地面线，有时有隔离的专用路基和轨道，隧道或高架区间仅在交通拥挤的地带才被采用。有轨电车是中小城市改善城市交通经济实用的选择，有轨电车线路所需的投资只是地下铁路的三分之一到二十分之一。但旧式的有轨电车与公共汽车及行人共用街道，且平交道口多，因而其运行所受的干扰多，速度慢，通行能力低，单向运输能力一般在1万人次/h以下。1.1.2 国内外城市轨道交通的发展概况
城市轨道交通从出现到如今的迅猛发展，经历了兴盛、衰退和复兴的发展过程。
19世纪中末期到20世纪初期，是城市轨道交通产生和初始发展时期。英国伦敦地铁通车标志着世界第一条地下铁路的正式运营，从此世界进入了轨道交通时代。此后，欧美其他国家大城市纷纷效仿，尤其是交通领域对电的引进，使城市轨道交通的乘车环境得到很大的改善，城市轨道交通得到了快速的发展。
然而，第二次世界大战的爆发以及汽车工业的发展，世界城市轨道交通发展出现了建设低潮。汽车产业的快速发展带来许多问题，如运输成本的增加，城市道路面积的不足，交通拥挤，环境污染日益严重以及交通事故的频频发生。人们逐渐认识到：解决城市交通问题必须优先发展公共交通，重视城市轨道交通的发展。城市轨道交通建设又受到重视，从欧美地区扩展到亚非地区。
20世纪70年代以来，伴随着能源危机、城镇化进程带来的资源短缺和道路交通拥挤、环境污染与交通事故的增加，城市轨道交通备受世界各国的普遍重视。城市轨道交通的建设，对缓解大城市交通供需矛盾、改善城市客运交通结构和城市布局结构、保证可持续发展、满足城镇化进程的要求、拉动内需等方面都具有重要的作用。轨道交通由于在土地利用、能源消耗、空气质量、客运质量等主要交通、环境指标方面能够达到最优水平，成为城市可持续发展的基础与保障。它缩短了城市的时空距离，扩大了人们的有效活动空间，引导城市合理开发和扩展等。许多大城市在综合交通规划中都把城市轨道交通作为城市交通发展战略中的骨干。拥有一个大容量的快速交通体系已成为国际性大都市的象征，从伦敦、巴黎到纽约、东京，到北京、上海，人们无不深刻领略到了快速、可达性高的轨道交通网络及其所有提供的良好服务。
1.国外轨道交通发展概况
自1863年伦敦建成世界上第一条地下铁路以来，城市轨道交通已有一百五十多年的历史。目前，全球已有数百座城市建设了城市轨道交通网络。伦敦地铁系统通过不断提高技术水平，已成为当今世界城市轨道交通最发达的城市之一，其线路总长度为408km，其中地下隧道占45％，共设车站275座，地铁车辆保有量为4078辆，年客运总量已突破10亿人次。
纽约轨道交通线路在世界诸多大都市中堪称最长，启运时间1904年10月27日，有26条线路、490个站点，总长1142km，纽约地铁每日运送的乘客大约有490万人次。纽约轨道交通覆盖率极高，在曼哈顿，70％的区域在小于500m半径的范围内必有一个地铁站或火车站。同时，与公交系统衔接紧密，且昼夜运行，充分弥补了地铁未能照顾到的地区。
巴黎在轨道交通网状结构的基础上，修建了放射状结构的市郊铁路和贯穿市中心的市域快速线（RER），在郊区，RER与市郊铁路互为补充，形成了巴黎庞大的市郊运输系统。巴黎地铁呈现环放射式的形态，符合巴黎城市的特点。巴黎地铁今后的发展重点将放在加强城区与近郊区的联系上，在现有的架构基础上不断地更新与伸展。
东京轨道交通线网建设历经百年，极大地缓解了城市的交通问题。科学的线网布局和合理的层级分工，使得国铁、私铁和地铁间既竞争又合作，优势互补，共同构建了东京快捷、高效的轨道交通系统。
首尔在枢纽设计中，根据不同的客流特点，通过换乘点的科学规划和空间的合理布置，实现人流的高效分离。比如，通过建设大型交通广场，配套相应规模的常规公交站场、出租车停靠点和候客区、私家车接送客停靠点等设施，疏解常规交通的换乘客流；通过四通八达的地下街道疏散步行客流，既能实现人车分离，保证行人的安全，又能减少路面人流量，从而降低行人对机动车的干扰，提高客流集散效率。
2.国内轨道交通发展概况
自20世纪60年代北京建成第一条地铁线路以来，经过50多年的发展，中国进入了城市轨道交通的蓬勃发展时期。截止到2017年12月31日，在全国已有34个城市拥有了建成并正式运营的城市轨道交通线路，总里程达5021.7km。2017年全国新增33条运营线路，868.9km运营线路长度。新增线路再创历史新高，比2016年新增线路534.8km增加334.1km，增幅达62.5％。全国多个城市正在建设或规划新的城市轨道交通线路，总规划里程超过23000km。
北京于20世纪50年代后期开始考虑地铁规划与建设的问题，结合当时的城市建设发展需要，提出了“一环两线”的规划线网雏形。在其后的规划中，又研究了多个线网方案。地铁一期工程始建于1965年，工程于1969年10月建成，线路长度为23.6km，于1971年1月开始试运营，是中国大陆最早的地铁线路。近几年，随着改革开放与社会主义市场经济的发展，北京城市化进程逐渐加快，既有城市公共交通已不能满足日益增长的运输需求，北京交通拥堵状况日益严重，因此，2012年11月国家发改委印发了《北京市城市轨道交通近期建设规划调整（2007～2016年）》。线网建成后，轨道交通将实现对中心城全面覆盖及中心城与新城的贯通连接。截至2015年，北京已建成“三环、四横、五纵、七放射”的轨道交通网络，线网规模达19条线路，总长561.5km。
上海为构筑与现代化国际大都市相匹配的城市综合交通体系，于2000年编制完成了上海市轨道交通网络系统规划，确定远期轨道交通线网由17条线路组成。近些年来，上海对长大线路分段运营、重要节点锚固、郊区线路优化等方面不断进行总结，优化轨道交通路网格局。优化后的上海市轨道交通网络由21条线路组成，全长1051km，车站587座，预计日均承担客运总量2215万乘次，占公交客运总量的52％，满足不同乘客和不同区域服务的需求。
广州轨道交通网络自从20世纪80年代以来，已经历了4个重要阶段，分别为20世纪80年代的“十字”线网规划，90年代初期的“五线”线网规划，90年代后期的“七线”线网规划，2000年后的组团式网络型城市结构背景下的线网规划。2010年广州重新编制了线网规划，远期轨道交通线网规划由31条线组成，总里程达1221km。
天津第一条地铁线于1970年动工，1984年建成通车，是中国大陆继北京后第二个建设地铁的城市。2003年，修编后的《天津市中心城区快速轨道交通线网规划》得到了天津市政府批准。从此，天津市拉开了大规模建设快速轨道交通的序幕。规划中，轨道交通网络呈环放射式结构形态，线网总长234.7km，设车站181座。
未来的一段时期，我国城市轨道交通仍将保持快速发展，并将由主要集中在省会等一线城市转变为向二线、三线城市扩展。“十三五”时期，我国将进入城市轨道交通建设大发展阶段，2020年规划线路里程将超过10000km。“十三五”规划政策的出台，为我国城市轨道交通产业的发展提供了前所未有的机遇和巨大潜能。1.2工务养护维修概述
轨道交通线路设备是轨道交通运营的基础设备，在外界环境和列车荷载的作用下，轨道几何形位不易保持，路基及道床易产生变形，钢轨、轨枕及联结零件易磨损，致使线路设备的技术状态不断发生变化。为确保运输安全，必须加强对线路的监测，并适时进行养护维修。轨道交通工务设备是轨道交通运营安全畅通的关键，并且其具有结构复杂、技术性强、修建困难、造价较高的特点。一旦损坏，轻则减速限行，重则中断行车。因此，做好轨道交通工务养护工作意义重大。
轨道交通线路设备维修应采用新技术、新设备、新材料、新工艺和先进的施工作业方法，优化劳动组织，提高劳动生产率和施工作业质量，降低成本，改进检测方法，推行信息化技术，健全并严格执行安全管理和检查验收制度。1.2.1 工务养护维修的概念
为保证轨道交通线路状态良好，使列车按规定速度安全、平稳、不间断地运行以及延长线路各部件使用寿命而进行的各项工务养护作业统称为工务养护维修，亦称为养路。它包括恢复轨道交通线路各组成部件性能的线路更新、修理，预防和消除线路在列车动力作用及其他影响下所产生的变形、病害等的经常性维修工作。根据线路设备技术状态变化规律，我国轨道交通线路的修理划分为线路设备大修和线路设备维修两种。1.2.2 工务养护维修的基本任务
工务养护维修的基本任务是：以轨道交通运营为中心，在技术上，最大可能地减少永久变形的积累，经常保持线路设备状态均衡完好，保证列车按规定的最高允许速度安全、平稳、不间断地运行；在经济上，以最少的人力、物力和财力获得最佳的经济效益，最大限度地延长大中维修周期以及设备使用寿命。1.2.3 工务养护维修的周期
由于轨道变形是经常发生的，许多变形完全具有规律性和周期性。所以，轨道结构的养护维修同样具有经常性和周期性。它不同于其他工程结构物，必须在工作的条件下，进行经常性和周期性的养护维修和修理工作。
以怎样的周期组织维修，是非常重要的，不仅关系着线路质量、运营安全，而且关系着工作的效率和经济效益。
我国国家铁路长期以来一直以线路所通过的运输总量来控制线路大、中修及综合维修的周期。
城市轨道交通线路的养护维修周期一般以国家铁路的维修周期作参考，结合城市轨道交通自身的特点做相应的调整。1.2.4 维修的体制
国家铁路把线路的修理分为大修、中修和维修三大层次，如图1-1所示。图1-1 国家铁路线路修理划分
1.线路大修
线路大修是按大修周期所组织进行的成段成批全面更换轨道部件及全面改进线路纵横断面的修理，有综合性大修，也有单项大修。单项大修只进行其中一个独立项目，属于局部性的大修。
2.线路中修
线路中修主要针对碎石道床而言，是全面进行道床清筛或更换道床的作业。
线路大修与线路中修通常都由铁路系统的专业大修单位来实施。
3.线路维修
线路维修是指对线路设施的日常维护和日常管理的过程所组织的养护和维修作业。通常由线路设施管理的专业单位（工务段）来实施。
在线路维修的范畴，国家铁路又把线路维修分为综合维修、经常保养和临时补修。
根据以上国家铁路对线路维修的划分，把维修界定为小修，往往会使业外人士混淆，我们不妨把维修的理念进行更新，如图1-2所示。图1-2 线路修理结构
国家铁路所指的中修通常是以清筛道床为主体的修理，而城市轨道交通的碎石道床线路所占的比例极低，路基与道床翻浆冒泥的现象极少，所以，清筛道床作业基本上可以认为几十年一遇，因此，完全可以划分到小修的范畴。
这里的“周期修”就是原来的综合维修，“状态修”包括了日常保养和临时补修，状态修是没有周期的，完全根据线路的状态而决定日常工作的计划和范围。当然，要根据状态的程度及对安全行车的影响程度，并结合轻重缓急的原则，合理安排生产计划。
在设备维修的理论上，“修”和“养”的概念是完全不同。“修”是指设备缺陷或设备故障已经发生或快要发生的前提下所组织的维修，前提是缺陷和故障，所以，也可以称之为“故障修”。换言之，哪里有缺陷，或哪里有故障，就到哪里去维修。“养”指的是在没有故障或缺陷甚微的条件下所组织的设备维护，或称保养。“养”的目的是为了减少将来的“修”，是一种预防性的措施，把线路病害消灭在萌芽之中。所以，线路设施的维修要坚持“安全第一、预防为主”的方针。在养护与维修的关系上，要本着以养为主的指导思想。
必须说明，这里的“状态修”，它不单单专指“修”，其中还包括了“养”。
这样，在线路的小修范畴中，既有按周期所控制的“周期修”，又有按日常设备状态所控制的“状态修”，从而使维修的体制趋于完善。
目前，各城市地铁所采取的维修形式是不一致的，有的基本按照国家铁路的体制运行，结合本企业的特点进行一些改革。修程修制是非常重要的因素，但不是唯一的因素和决定的因素。
在维修的运作过程中，我们不能机械地套用维修周期而安排不必要的设备维修，要提倡科学养路，提高设备质量。要不断探索状态修的理念，建立“检测—分析—维修—检测”的循环体系，不断进行质量跟踪，确保设施质量始终处于受控状态。1.2.5 线路养护维修的内容
根据国家铁路的《铁路线路修理规则》（以下简称《修规》）可以将铁路线路设备维修分为综合维修、经常保养、和临时补修。
综合维修是根据线路变化规律和特点，以全面改善轨道弹性、调整轨道几何尺寸和更换、整修失效零部件为重点，按周期、有计划地对线路进行的综合修理，以恢复线路完好技术状态。
经常保养是根据线路变化情况，以养路机械为主要作业手段，对全线进行有计划、有重点的经常性养护，以保持线路质量经常处于均衡状态。
临时补修是以小型养路机械为主要作业手段，及时对线路几何尺寸超过临时补修容许偏差管理值及其他不良处所的临时性整修，以保证行车平稳和安全。
以上三个层次具有不同的特点，对设备质量和行车安全都具有互补性。综合维修是根据轨道各部件老化的规律和使用寿命所进行的周期性工作，周期的长短主要取决于运量、部件的技术指标和质量指标。同时，还取决于日常养护维修的工作质量，当日常养护工作的质量高，完全可以延长维修周期。
经常保养是及时减缓或消灭线路所发生的经常性变化，阻止线路超限的发展或线路病害的积累，是确保全线质量均衡的措施。
临时补修带有突发性和不可预见性，及时发现和处理突发性病害是养护工作的重中之重。
国家铁路的维修方法机制在计划经济的年代，具有一定的科学性、合理性和实用性。
针对城市轨道交通的特点，上海地铁将工务养护维修分为综合维修和保养两个层次，其中保养又分为重点保养、日常保养、临时补修三种。
根据地铁轨道设备总量和实际条件，综合维修的周期一般为：
轨道设备：4年；
正线道岔、钢轨温度伸缩调节器：2年；
站场线道岔：4年；
站场试车线：4年。
1.线路、道岔、伸缩调节器的综合维修基本内容（1）全面调整、改善线路、道岔、伸缩调节器纵断面；（2）根据碎石道床线路状态适当起道，木枕地段全面捣固；混凝土枕地段应撤除调高垫板全面捣固或重点捣固；整体道床地段，应根据扣件橡塑件的老化程度进行批量更换，或更换零星失效的胶垫；（3）改道，拨道，调整线路、道岔、伸缩调节器各部尺寸，全面拨正曲线；（4）清筛枕盒不洁道床和边坡土垄，处理道床翻浆冒泥，补充道砟和整理道床；整修、更换和补充浮置板道床防尘条、橡胶连接盖板、检查孔盖板，保持整体道床面及浮置板道床检查孔的清洁；（5）更换、方正和修理碎石道床线路轨枕、岔枕，修理支承块、预埋长枕及其他轨下基础；（6）调整轨缝，整修、更换和补充防爬设备，整治线路爬行，锁定线路、道岔；（7）矫直钢轨硬弯，焊补、打磨钢轨，处理轨端肥边，综合整治接头病害；消除道岔、伸缩调节器尖轨与基本轨因车轮碾压而产生的肥边；（8）整修、更换和补充联结零件及扣件，对非防锈型联结螺栓进行防锈涂油；全面拆解、更换道岔绝缘件；（9）整修道口及线路附属（防脱护轨、挡车器、涂油器等）设备，修理、补充和刷新标志、标记；（10）整修路肩，疏通并整修排水设备，清除道床杂草、路肩大草及其他垃圾，回收沿线旧料及处理轨行区其他隐患；（11）其他预防和整治病害工作。
2.线路、道岔、伸缩调节器的重点保养基本内容（1）清理和修补排水设备，整修路肩、路基护坡及边坡；（2）整治翻浆冒泥及轮筛严重不洁边坡道床，补充道砟和整理道床；处理整体道床开裂、起壳；整修浮置板道床、梯形枕基础及其他轨下基础；（3）整治大轨面不良地段、不均匀沉降地段的轨面纵坡；（4）打磨钢轨，矫直钢轨硬弯，处理轨端及辙叉轮缘槽、尖轨和基本轨肥边；锈蚀地段钢轨进行防锈处理；（5）调整成段不良轨缝，整治爬行，锁定线路；对无缝线路锁定轨温变化不良地段，适时进行应力放散；（6）更换失效联结零件及扣件，整治接头综合病害，对非防锈型联结螺栓及扣件进行防锈涂油；（7）成段方枕、修理、更换轨枕，整修支承块、预埋长枕、无枕基础及其他轨下基础；（8）曲线、道岔及其他薄弱设备的强化；（9）整修道口及其铺面、挡车器、防脱护轨、涂油器、自动轨温系统等不良设备；（10）轨道设备的季节性安全检修工作，其他预防和整治病害工作，处理轨行区其他隐患。
3.线路、道岔、伸缩调节器的日常保养基本内容（1）开展各类预防性检查工作，包括：巡道、周检、月检、年检、工电联检、钢轨探伤以及其他检查和巡守工作；（2）根据轨道几何尺寸超过经常保养容许偏差管理值的状态，整修轨道设备；（3）处理道床翻浆冒泥，均匀道砟和整理道床；（4）更换失效轨枕、联结零件及扣件；（5）恢复接头螺栓扭矩和扣件的扣压力，调整轨缝，整治接头病害；（6）整修道口、挡车器、防脱护轨等不良设备，疏通、整修排水设备；（7）清除道床杂草和路肩大草，保持整体道床面的清洁，清除沿线垃圾、杂物及隧道冲洗；（8）保持标记、标志的正确、清晰；（9）其他预防和整治病害工作，处理轨行区其他隐患。
4.线路、道岔、伸缩调节器的临时补修主要内容（1）整修轨道几何尺寸超过临时补修容许偏差管理值的处所；（2）更换重伤钢轨和达到更换标准的伤损尖轨、辙岔、夹板，更换折断的接头螺栓和护轨螺栓；（3）调整严重不良轨缝；（4）进行无缝线路地段钢轨折断、重伤钢轨和重伤焊缝的紧急处理和临时处理；（5）疏通严重淤塞的排水设备，处理严重冲刷的路肩和道床；（6）整修严重不良的道口设备；（7）处理其他影响行车安全的病害和其他需要临时补修的工作。1.3工务经营组织体制1.3.1 经营模式
轨道交通是一个特殊的行业。长期以来，由于铁路运输在国民经济领域里具有十分重要的主导地位，所以，我国的铁路行业，一直属于国有企业。在国外，铁路行业既有国有企业，也有民营企业或股份制企业。
一般说来，任何一个企业，其经营模式不外乎三种：第一种为完全自营型，第二种为完全委外型，第三种为半自营半委外型。
1.完全自营型
完全自营型是指一个企业的所有经营行为和生产行为，包括其一切专业的人力、物力资源均自行组织。
对于轨道交通这种特殊的行业，由于专业的联动性决定了专业之间的关联性，如果完全是自身的专业队伍，在一定的历史时期，往往对管理者是极其有利的。在专业联动、专业配合协调方面，比较便于管理和指挥。通常所有的管理者都希望壮大自身的队伍，并不断地发展、扩容，把盘子越做越大，以充分发挥统一、集权的优势。但几十年计划经济的教训告诉我们，由于多方面因素，经济效益难以提高。
2.完全委外型
完全委外型是当今社会经营模式的新思路，一个企业，把绝大部分生产运作都通过招投标的办法实行委外，所有的生产运营都分别由中标的承包商承担，公司自身只从事管理。比如说轨道交通行业，它也完全可以把客运这一块包给甲承包商，把车辆这一块包给乙承包商，其他所有的专业，如工务、通号、机电等设施的维修，都可以分别承包给社会上的专业队伍。
因为在市场经济的条件下，社会上的专业队伍比比皆是，我们可以在众多的队伍中择优录用，还可以以安全质量为考核目标，使所有的专业队伍之间形成一个公开、公平、合理竞争的激励机制。
完全委外型的优点是意识更新，队伍轻盈，效益提高。但是，完全委外型的成败取决于公司的管理素质和管理水平，如果管理失控，随时都有可能带来不可设想的后果。
3.半自营半委外型
半自营半委外型比较折衷，既不墨守成规，又不去冒大的风险。选择关键的工作由自身的队伍承担，还有一部分，从社会上寻求合作伙伴。或者，不把专业公司整体发包，而是以自身成立专业公司为前提，把专业公司中的许多项目对外发包。半自营半委外型的经营方式具有很大的自由度。
既然全社会的绝大部分行业的经营模式正在趋于市场化，那么，作为城市轨道交通这一个特殊行业，也必然会处于选择科学、合理、高效模式的探索之中。1.3.2 组织结构
组织结构与经营模式密切相关，采取什么样的经营模式就必须设置与之相配套的组织结构。否则，不适应的组织结构与拟选的经营模式将不能相容。
组织结构是运行的支撑。组织结构的设置必须遵循统一指挥的原则、覆盖面完善的原则、无重叠管理的原则、集权与分权相结合的原则和精干高效的原则，如图1-3所示。
其实，各种组织形式，都有其利弊，应因地制宜，有时候在很大程度上往往取决于领导层的意向。但不管如何划分，必须合理解决管理与协调接口的问题，把接口设置在什么层次，由什么部门进行协调，应妥善考虑。接口设置得合理，办事效率高；反之，部门之间、专业之间推诿扯皮的事情将不断发生。图1-3 组织形式
事实上，并没有一个固定的结构形式能适应所有企业，任何企业也不能存在一成不变的结构，分久必合，合久必分。当一个企业陆续接管多线运营时，其组织结构的形式必然要进行调整，以适应运营规模不断拓展的形势。1.3.3 维修运作模式
不管是完全委外型、完全自营型，还是半委外半自营型，对于一个专业公司，其维修模式应该是一致的。无论是自身经营，还是发包，都要按专业公司所统一规定的规程或运作模式来进行运转。
1.维修计划
维修计划的种类有：施工进度计划、费用计划、物资申购计划、劳力计划、施工封锁计划等。
按照时间上的周期来划分，又有年计划、月计划和日计划。（1）施工进度计划
施工进度计划以一条运营线路为单元进行编制，编制依据主要根据设备维修的周期，并结合设备年检（秋季设备大检查）资料，首先编制年度总进度计划，然后分解为月计划，年度计划通常在上一年度的12月份制定，月度计划在上月下旬制定。（2）费用计划
在编制年度生产计划的基础上，结合物料消耗定额和费用定额标准，可以编制年度费用计划。同样，费用计划也以一条运营线路为单元。（3）物资申购计划
物料消耗与申购，是费用计划运行的一部分。通常可以采取大件按年申购，小件按月申购的办法。如果实行定额储备的方法，当月的消耗量便是次月的申购量。（4）劳力计划
劳动力计划应在月度生产计划中反映，当岗位定员确定后，在正常情况下，劳力计划不是主要问题，可以在组织之间互相调剂；在非正常情况下，应另行采取措施。（5）施工封锁计划
施工封锁计划是通过协调所确定的各专业施工单位在运营线停运后占用地段和时段的计划。施工封锁计划每半月申请一次，首先由车间（或管理部）层次提出，专业公司汇总后参加由总调所组织的施工协调会，通过各专业协调确定后颁布执行。
各生产班组凭总调所批准发放的书面计划，在施工区域所在车站办理施工前的登记手续和施工后的注销手续。
2.维修运作流程
维修运作的流程可以按图1-4进行运转，周检和月检的内容见表1-1。图1-4 维修运作流程表1-1 城市轨道交通整体道床周检和月检要求复习思考题
1.按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置，城市轨道交通可分为哪几种？
2.城市轨道交通的发展经历了哪几个过程？
3.简述工务养护维修的基本任务。2轨道结构
轨道结构的作用是引导机车车辆的运行，直接承受来自列车的荷载，并将荷载传至路基或者桥隧结构物。轨道结构应具有足够的强度、稳定性和耐久性，并具有固定的几何形位，保证列车安全、平稳、不间断地运行。因此，轨道结构的性质和状况决定了列车的运行品质，也决定了旅客乘坐的舒适性。
轨道结构由钢轨、轨枕、道床、联结零件、防爬器、轨距拉杆、道砟、道岔等组成，不同的轨道部件，其功用和受力条件也不一样。目前世界铁路基本上都采用工字形截面钢轨，只是单位长度重量有所不同。轨枕主要有木枕、混凝土枕和钢枕，基本上都是横向轨枕。道砟基本都用碎石；城市轨道交通也多采用整体道床的无砟轨道结构形式。
城市轨道交通由于接近人口密集的市区，需要运营安全平稳、舒适性好，且对振动与噪声控制的要求大大高于普速铁路和高速铁路。此外，由于城市轨道交通的行车密度大，维修天窗时间短，因而，需要轨道结构具有较好的耐磨性，养护维修工作量小。城市轨道交通对轨道结构的基本要求如下：（1）结构简单、整体性强，具有坚固性、稳定性、均衡性等特点。确保行车安全、平稳、舒适。（2）具有足够的强度、刚度，便于施工，易于管理，可靠性高，使用寿命长，可以减少维修或者避免维修，并利于日常的清洁养护，降低运营成本。（3）对于扣件要求强度高、韧性好。（4）采用成熟的新工艺、新技术、新材料，满足绝缘、减振降噪和减轻轨道结构自重等需求，尽可能符合城市环境、景观等要求。
同时，城市轨道交通中的钢轨兼做轨道电路，为轨道电路提供导体。2.1钢轨
不管城市轨道交通采用何种形式的轨道结构，钢轨都是轨道结构的主要部件。钢轨与机车车辆的车轮直接接触，钢轨质量的好坏直接影响到行车的安全性和平稳性。为保证列车按设计速度运行，钢轨必须具备以下几个方面的功能：（1）为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面，引导机车车辆前进。车辆要求钢轨表面光滑，以减小轮轨阻力；而机车要求轮轨之间有较大的摩擦力，以发挥机车的牵引力。（2）钢轨要承受来自车轮的巨大垂向压力，并分散传给轨枕。在轨面要承受极大的接触应力。除垂向力外，钢轨还要承受横向力和纵向力。在这些力的作用下，钢轨要产生弯曲、扭转、爬行等变形，轨头的钢材还要产生塑性流动，磨损等。（3）为轨道电路提供导体。
世界铁路所用钢轨每延米质量有大有小。我国铁路所使用的钢轨类型有43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m四种。钢轨的标准与钢轨类型有关。43kg/m钢轨有12.5m及25m两种标准长度；50kg/m钢轨标准长度有12.5m、25m、50m和100m四种；60kg/m钢轨标准长度有25m、50m和100m三种。
目前，我国铁路主要采用60kg/m和50kg/m钢轨，通常，主要干线采用60kg/m钢轨，次要线路及基地车场采用50kg/m钢轨，重载线路已开始采用75kg/m钢轨。城市轨道交通的线路，正线、车场线路中的试车线、出入场线采用60kg/m钢轨，其余均采用50kg/m钢轨。2.1.1 钢轨截面设计原则及我国主型钢轨截面形状
钢轨截面形状的发展也经过了相当长的时间。从构件截面的力学特性可知，工字型截面的构件具有较好的抗弯曲性能。可把钢轨看成是连续弹性地基梁，或连续点支承地基梁，在轮载的作用下，钢轨主要承受垂向弯曲，所以一般将钢轨截面设计成工字形，如图2-1所示。
钢轨截面由轨头、轨腰和轨底三部分组成，相互之间用圆弧连接，以便安装钢轨接头夹板和减少截面突变引起的应力集中。钢轨的三个主要尺寸是钢轨高度、轨头宽度和轨底宽度。根据钢轨的受力特点，对轨头、轨腰和轨底三部分的要求如下：图2-1 钢轨截面形状（1）钢轨头部设计
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钢轨顶面磨耗均匀。钢轨头部顶面应轧制成隆起的圆弧形，使由车轮传来的压力能集中于钢轨中轴。实践表明，钢轨顶面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，较轻型的钢轨顶面常用一个半径为300mm的圆弧组成，而较重型的钢轨顶面，则用三个半径分别为80mm、300mm、80mm或80mm、500mm、80mm的复合圆弧组成。（2）钢轨腰部设计
轨腰必须有足够的厚度和高度，具有较大的承载能力和抗弯能力。轨腰的两侧或为直线，或为曲线，而以曲线最常用，有利于传递车轮对钢轨的冲击动力作用和减少钢轨轧制后因冷却而产生的残余应力。轨腰是钢轨头部及底部的连接，必须保证夹板能有足够的支承面，并使截面的变化不致过分突然，以免产生过大的应力集中。为此，轨腰与轨头之间可采用复曲线的连接方式，轨腰与轨底之间的连接曲线，一般采用单曲线。（3）钢轨底部设计
钢轨底部应保持钢轨的稳定，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。
钢轨的头部顶面宽度（b）、轨腰厚度（t）、钢轨高度（H）及轨底宽度（B）是钢轨断面的4个主要参数。钢轨高度应尽可能大一些，以保证其有足够的惯性矩及截面系数来承受竖直的轮载动力作用。但钢轨越高，其在横向水平力作用下的稳定性越差。钢轨高度与轨底宽度间应有一个适当的比例。一般要求钢轨高度与轨底宽度之比在1.15～1.20范围内。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。
我国主要钢轨类型的断面尺寸及特征见表2-1。钢轨的断面尺寸如图2-2所示。表2-1 钢轨截面尺寸及特性参数图2-2 三种钢轨的截面尺寸（mm）2.1.2 钢轨的材质、性能和平直度
钢轨的材质是指钢轨的化学成分及其金相组织，要使钢轨具有高可靠性的前提是钢轨的材质具有较高的纯净度。钢轨出现质量问题是由于钢轨的内部夹杂缺陷所引起的疲劳折损。所以提高钢轨材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨可靠性、延长使用寿命的有效途径之一。
组成钢轨的主要元素为铁元素，除了铁元素外，还有一些有利元素和不利元素。同一种类型的钢轨中，不同的炉号，不同的生产批次，化学元素也有一些差别，所以钢轨中的化学元素含量是一个范围。
钢轨钢的化学成分主要为铁（Fe），其他还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）等元素。
碳（C）对钢轨的性质影响最大。提高钢轨的含碳量，其抗拉强度、耐磨性及硬度都迅速增加。但含碳量过高，会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降。因此，一般钢轨的含碳量不超过0.82％。
锰（Mn）可以提高钢轨的强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物，其含量一般为0.6％～1.0％。锰含量超过1.2％称为高锰钢，其钢材的硬度，抗冲击性，耐磨性能得到较大的提高。
硅（Si）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％。提高钢轨的含硅量，也能提高钢轨的耐磨性能。
磷（P）是有害成分，如在钢轨中含磷过多，则就具有冷脆性，在严寒地区，易造成钢轨断裂。硫（S）也是有害成分，如钢材中含硫量过高，则当钢轨温度达到800℃～1200℃时出现脆性，造成钢轨轧制或热加工过程中断裂，出现大量废品。一般要求磷和硫的含量都小于0.04％，但国外有些钢轨磷和硫的含量达到或小于0.015％。
此外，目前世界各国也生产合金轨，即在钢轨中加入钒（V）、铬（Cr）、钼（Mo）等，制成合金钢轨，可有效提高钢轨的抗拉和疲劳强度，以及耐磨和耐腐蚀的性能。
为了提高国产钢轨的纯净度，在冶炼和轧制过程中必须引入铁水预处理、碱性氧气转炉或电弧冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、高压水除磷等先进技术。b
钢轨的力学性能也是钢轨的主要特性，包括强度极限σ 、屈服srsk极限σ 、疲劳极限σ 、延伸率δ 、断面收缩率ψ、冲击韧性a 及布氏硬度指标HB等。这些指标对钢轨的承载能力、磨耗、压溃、断裂及其他伤损有很大的影响。
近几年来，我国的钢轨制造技术和工艺都有较大的进步。减少钢轨中的非金属夹杂物，提高钢轨的纯净度可提高钢轨的抗接触疲劳性能。钢轨的硬度是一项重要指标，高硬度的钢轨一般较耐磨（要与车轮的硬度相匹配），其使用寿命也相应提高。对于普通的高碳钢钢轨，一般布氏硬度为280～300HB，但低的也有260HB。对于有些特殊要求的钢轨，如曲线钢轨，当钢轨在800℃以上时，采用水雾冷却，使钢轨的硬度达355～390HB。目前对钢轨的热处理分两种，一种是铁路工务部门对钢轨轨头淬火，一种是钢铁厂在钢轨出厂前根据铁路工务部门的要求对钢轨进行淬火等热处理，一般钢铁厂对钢轨淬火的质量较好。工厂热处理的钢轨大大减小了钢体中珠光体薄片的间距，钢轨的最高硬度可达400HB。为了提高钢轨的性能，应尽量采用高性能的合金轨。
钢轨截面几何形状偏差大小和平直度也是钢轨质量的一个重要指标。如采用截面形状偏差过大，平直度不良的钢轨，则很难铺设高质量的铁路轨道。为保证列车运行的平稳性，要求轨道的几何形位稳定，轨头的轮轨接触光带位置及宽度稳定，而要达到这一点，高精度的外形尺寸和高平直度的钢轨是必不可少的。
由于钢轨焊缝材质、金相组织、硬度、韧度等与钢轨母材的差别，焊接设备的精度高低，操作工人的技术熟练程度等，都会造成钢轨焊接接头处的轨面不平整。钢轨焊接接头分三种：接触焊、气压焊和铝热焊。三种焊接方法的焊接接头质量也有差异，铝热焊钢轨接头的质量最差。所以钢轨焊接接头是无缝线路轨道单独不平顺的来源之一。为保证列车的高速、平稳地运行，并减少轮轨之间的动力作用，对钢轨焊接接头的焊接质量、平直度等提出了更高的要求。所以钢轨焊接接头也是轨面不平直的控制部位。2.1.3 钢轨伤损
钢轨在极其复杂的工作条件下，不可避免地会产生各种伤损。其伤损的原因，既有钢轨在冶炼过程中出现的缺陷，又有在运输、使用过程中出现的破损。因此，及时发现钢轨伤损，并积极采取措施保证线路行车安全，对铁路工务部门是极为重要的。
钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生钢轨折断、裂纹及其他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置、伤损外貌及伤损原因等分为9类32种伤损，采用两位数字编号分类，个位数表示造成伤损的原因，十位数表示伤损的部位和状态。钢轨伤损分类具体内容可见《铁路工务技术手册轨道》。以下介绍几种常见的钢轨伤损。（1）钢轨接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹
在普通线路上，钢轨接头无法避免。一般在轨腰中和轴附近钻孔，以便安装接头螺栓。由于轨腰钻孔，强度被削弱，钢轨在应力传递过程中，在螺栓孔周围产生应力集中，同时由于车轮通过接头时产生冲击，螺栓孔周围应力集中现象更为严重。在轮轨冲击荷载作用下，螺栓孔周围先产生肉眼看不见的45°斜向（与主应力垂直方向）细微裂纹，也称裂纹萌生期，在列车荷载的进一步作用下，裂纹进一步扩展并产生断裂，如图2-3所示。
研究表明，裂纹萌生期远大于扩展期，一般情况下是四倍左右，所以控制裂纹萌生期是延长螺栓孔裂纹发展的有效措施。一般措施有：提高钢轨接头区轨道结构的弹性；提高螺栓孔表面的加工光洁度和在孔口倒棱；对螺栓孔表面进行硬化、防锈等处理，提高螺栓表面的强度。
钢轨焊接接头的轨面平顺性较普通螺栓接头好得多，但由于焊缝（主要是铝热焊接头）材料与钢轨母材不一致，造成焊缝处钢轨的磨损与母材不一致而产生轨面不平顺，增大了轮轨冲击荷载，从而造成焊接接头钢轨的断裂，如图2-4所示。图2-3 钢轨接头螺栓孔裂纹图2-4 钢轨焊接接头的断裂（2）轨头核伤
轨头核伤是对行车威胁最大的一种钢轨伤损。在列车荷载的反复作用下，在轨头内部出现极为复杂的应力分布和应力状态，使细小裂纹横向扩展成核伤，直至核伤周围的钢材强度不足以抵抗轮载作用下的应力，钢轨发生猝断，如图2-5所示。图2-5 轨头核伤
钢轨核伤的内因是由于钢轨在制造过程中，钢轨中的非金属夹杂物或微小气泡，外因是列车荷载的反复作用。核伤的发展与运量、轴重、行车速度及线路平面状态有关。为确保行车安全，要定期进行钢轨探伤检查。
防止和减缓核伤的发生和发展的措施有：提高钢轨的纯净度，减少钢轨中的非金属夹杂物；提高钢轨的接触疲劳强度；提高轨道结构的弹性，减小轮轨冲击荷载。（3）轨头剥离
轨头剥离是当今铁路运输中经常出现的一种钢轨伤损，主要发生在轨头内侧圆角处。发生的主要原因是由于在轨头内侧圆角处的轮轨接触应力最大，钢轨表面下几毫米处的剪应力使得钢轨产生剪切疲劳，生产裂纹后，钢轨表面掉块。剥离的最初阶段，钢轨表面出现间距呈规律的45°细微斜裂纹，裂纹方向与行车方向相反，如图2-6所示。之后轨头表面下出现微裂纹，当裂纹在表面下发展几毫米后，几乎成水平裂纹，当裂纹面积达到一定程度后，裂纹顶层在列车车轮碾压下产生塑性变形，最后断裂，轨面出现凹坑，如图2-7所示。图2-6 轨头圆角处45°细微斜裂纹图2-7 钢轨表面的剥离掉块
钢轨剥离的主要原因是接触应力过大，钢轨强度不足；钢轨材质有缺陷；车轮和轨道的维修工作不良等。钢轨剥离使得轮轨接触区产生较大变化，如细微裂纹向下发展，就有可能有形成轨头核伤，造成钢轨断裂。（4）钢轨磨耗
钢轨磨耗分轨顶成垂直磨耗、轨头侧面磨耗和波浪形磨耗。
不管在直线还是在曲线轨道上，都存在垂直磨耗。垂直磨耗与轮轨之间的垂直力和轮轨之间的蠕滑、摩擦等因素有关，随着线路通过总质量的增大，垂直磨耗也相应增大。当垂直磨耗量达到一定值时，就得更换钢轨。在正常情况下决定钢轨使用寿命的两项依据是：钢轨强度下降和车轮轮缘不与接头夹板上缘碰撞。
钢轨侧面磨耗主要发生在曲线轨道的外股钢轨，是目前曲线钢轨伤损的主要类型之一。
钢轨侧磨使得轨头宽度变窄，如图2-8所示。钢轨在侧磨过程中，轨头下侧钢材产生塑性变形，产生裂纹，严重时形成核伤等病害，如图2-9所示。图2-8 钢轨侧磨及量测图2-9 钢轨侧磨及轨头侧面核伤
钢轨侧磨的主要原因是机车车辆通过曲线时，作用在外股钢轨轨头内侧的轮缘力和轮轨冲击角。而轮缘力和轮轨冲击角的大小受机车车辆的动力性能、转向架固定轴距的长短、曲线半径的大小、轨道的动力性能、轨道几何参数设置等诸多因素影响。
工务方面减缓曲线轨道钢轨侧磨的措施有：合理调整轨道结构参数，如轨距、轨底坡、超高等；改善轨道结构的动力性能，如改变轨道结构弹性，钢轨侧面涂油等。
我国把钢轨磨耗分为轻伤和重伤两类。总磨耗量为垂直磨耗加上一半侧面磨耗。垂直磨耗在轨顶距标准断面作用边三分之一处测量，侧面磨耗在钢轨标准断面的轨顶面下16mm处测量，如图2-8所示。工务部门要求对轻伤钢轨要加强观测，对重伤钢轨必须及时更换。
钢轨波浪形磨耗，简称波磨，是指在轨顶面呈现高低起伏的不均匀垂直磨耗，如图2-10所示。根据波长可将波磨分两大类：波长30～80mm，波深0.1～0.5mm，波峰亮、波谷暗，规律明显，此类波磨称为波纹磨耗；波长为150～600mm及以上，波深0.5～5mm，波峰、波谷都发亮，波浪界线不规则，此类波磨称为长波磨耗。图2-10 钢轨的波浪形磨耗
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，会使旅客有不适感，严重时还会威胁到行车安全；波磨也是轮轨噪声的来源。波磨一般出现在曲线地段，在半径为300～4500m的曲线上都可能发生波磨。列车制动地段的波磨出现概率和磨耗速率都较大。直线地段出现波磨的情况很少。影响钢轨波磨发生及发展的因素很多，涉及钢轨材质、线路及机车车辆条件等多个方面。世界各国都在致力于钢轨波浪形磨耗成因的理论研究。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，钢轨材质的性能是波磨形成的内因。防止和减缓钢轨波磨的措施有：提高轨道结构的弹性；合理设置曲线轨道的参数；钢轨表面打磨等。2.2钢轨联结
钢轨联结是将标准长度的钢轨联结起来，使钢轨联结部分具有与钢轨一样的整体性，给列车提供连续的滚动表面，承受列车通过时作用于其上的动荷载，并满足钢轨伸缩的要求。
钢轨联结方式可分为钢轨接头联结、钢轨焊接两种。2.2.1 钢轨接头联结
在轨道上用定长的钢轨联结成连续的轨线，在两根定长的钢轨之间，用夹板联结，称为钢轨接头。接头处轮轨动力作用大，相应的养护维修工作量大。因此，钢轨接头是轨道结构的薄弱环节之一。（1）接头布置
钢轨接头相对于轨枕的承垫形式可分为两种：悬空式和承垫式，如图2-11所示。单枕承垫式因车轮通过时使轨枕左右摇摆而稳定性较差，故目前很少采用；双枕承垫式在正线绝缘接头使用较多；我国铁路采用悬空式钢轨接头。图2-11 钢轨接头的承垫方式
按两股钢轨接头的位置可分为相对式和相错式，如图2-12所示。相错式的缺点是车轮轮流冲击接头，如轨道状态不良，加剧了车辆的摇晃。在轨道铺设时，也不能采用单根钢轨长度的轨排铺设，不利于机械化施工。美国铁路多采用相错式钢轨接头，我国铁路采用相对式钢轨接头。图2-12 相对式和相错式钢轨接头布置（2）接头类型
按钢轨接头的功能可分普通接头、异型接头、导电接头、绝缘胶接接头、伸缩接头和焊接接头。
①普通接头是由夹板、螺栓、螺母、弹簧垫圈组成。接头夹板的作用是夹紧钢轨。夹板以双头对称式（对称度在10％以内）为最常用。接头夹板分斜坡支承型和圆弧支承型两种，如图2-13所示。我国目前标准钢轨接头用斜坡支承型双头对称式夹板。这种夹板的优点在竖直荷载作用下，具有较大的抵抗弯曲和横向位移的能力。夹板上下两面的斜坡，能楔入轨腰空间，但不贴住轨腰。这样，当夹板稍有磨耗，以致联结松弛时，仍可重新旋紧螺栓，保持接头联结的牢固。接头夹板有4孔和6孔，我国铁路使用的夹板上有6个螺栓孔，圆形与长圆形孔相间布置。圆形螺栓孔的直径较螺栓直径略大，长圆形螺栓孔的长径较螺栓头下长圆形短柱体的长径略大，当夹板就位后，螺栓的长圆形柱体部分与夹板的长圆孔配合，拧螺母时螺栓就不会转动。依靠钢轨圆形螺栓孔直径与螺栓直径之差，以及夹板圆形螺栓孔直径与螺栓直径之差，就可以得到所需要预留的轨缝。夹板的6个螺栓头部交替布置，以免列车脱轨时，车轮轮缘将所有的螺栓剪断。我国铁路使用的接头夹板如图2-14所示。图2-13 接头夹板的支承形式
螺栓需要有一定的直径，螺栓直径愈大，紧固力愈强。但加大螺栓直径势必加大钢轨及夹板上的螺栓孔直径，这将削弱轨端与夹板的强度，因此宜用高强度的碳素钢制成的螺栓，并加以热处理，以提高螺栓的紧固力和耐磨、耐腐蚀的性能。
接头螺栓按其机械性能划分等级。为按照国际标准划分，分成10.9级和8.8级两种高强度螺栓，抗拉强度分别相当于1090MPa和880MPa。图2-14 钢轨接头夹板
在普通的有缝线路上，为防止螺栓松动，要加弹簧垫圈（单圈），有圆形和矩形两种。在无缝线路伸缩区的钢轨接头加设高强度平垫圈。22材料为55Si Mn、60Si Mn或55SiMn、60SiMn。
②钢轨异型接头是用于联结两种不同型号的钢轨，如75kg/m轨与60kg/m轨联结，60kg/m轨与50kg/m轨联结，但不能60kg/m轨与45kg/m或43kg/m轨联结，也要相邻等级钢轨之间可用异型接头联结。由于不同等级的钢轨高度，轨腰高度都不一致，所以夹板也随两种钢轨的变化而变化，如图2-15所示。
由于钢轨表面和夹板表面生锈，导接头电阻较大，为了减少轨道电路的电流损失，在轨端钻孔连接导电线。由于在轨头钻孔影响钢轨的疲劳强度，现在的导电接头一般用喷焊连接导电线，如图2-16所示。图2-15 承垫式钢轨异型接头图2-16 承垫式导电钢轨接头
③绝缘接头用于自动闭塞区段闭塞分区两端的钢轨接头上，隔断电流。以往是在夹板与轨腰之间用尼龙绝缘板，在轨缝中也用一块与钢轨截面形状相同绝缘板，接头螺栓也用尼龙套管绝缘，但这种结构形式的钢轨接头由于尼龙绝缘层的存在，在列车冲击轮载作用下，接头螺栓容易松动。近年来，由于高分子胶接技术的发展和铺设跨区间无缝线路的需要，胶接绝缘接头应用越来越广泛。如道岔区域内的绝缘接头采用胶接接头，取得了较好的效果。胶接接头具有较高的强度，在强大的作用下也能保证钢轨与夹板不发生相对移动，所以胶接接头区的轨道养护条件也与无缝线路的养护条件相同。胶接接头的夹板与普通接头夹板不同，胶接接头夹板内侧与轨腰形状一致，夹板与轨腰之间用尼龙条隔开，螺栓拧紧后注入合成胶，如图2-17所示。图2-17 钢轨胶接接头
④伸缩接头又称温度调节器，可以有150～1200mm的伸缩量，伸缩量的大小可以根据需要设计。我国一般在跨度大于100m的桥上使用伸缩接头，原因是普通钢轨接头的伸缩量难以满足钢轨伸缩的要求；另外是我国在铺设跨区间无缝线路时，在桥梁的活动端也铺设温度调节器。日本、法国的高速铁路上也使用钢轨伸缩接头。
钢轨伸缩接头分基本轨和尖轨，尖轨固定不动，基本轨向轨道外侧伸缩，这样保证了基本伸缩时轨距保持不变，如图2-18所示。由于伸缩接头结构复杂，基本轨的伸缩影响到轨道几何形位的变化，也影响到运行平稳性，我国在设计高速客运专线时考虑尽量不用伸缩接头。图2-18 钢轨伸缩接头
温度应力无缝线路长钢轨使用钢轨焊接接头，焊接接头有接触焊、气压焊和铝热焊。
此外，还有用于线路钢轨出现重伤时，临时加固所采用的钢轨急救保护器和臌包夹板等。2.2.2 钢轨焊接
钢轨焊接是指将标准长度的钢轨在工厂或现场用焊接方法焊接成所需长度的长钢轨，铺设于无缝线路的一种钢轨连接方式。发展无缝线路技术，消灭钢轨接头，不仅可以提高行车平稳性，降低牵引阻力，减少养护维修工作量，而且大大减少了钢轨接头破损，是合理使用钢轨的有效措施之一。
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