日报标题：这种铁路跑起车来「尽享丝般顺滑」，因为它是无缝的
lei xi
本文原来是我的回答总是听人说无缝线路，无缝线路究竟是什么？ - lei xi 的回答里面的内容，我想把我写过的关于地铁线路的文章都收集起来，会把我有关的回答都转载在这里，欢迎大家交流。
先上个目录，写到一半发现这个题目比较大，乱写下去有弃坑的风险，趁着开会的时候在手机上编了一个提纲，大家可以先看看。不一定完全按着这个目录写，有些内容太过于专业就直接跳过去了，免得枯燥。
什么是无缝线路？
无缝线路是铁路轨道的专有名词，从字面上理解就是没有缝的线路，专业一点的说法就是把标准长度的钢轨焊接成长钢轨的线路。
这个“缝”指的是轨缝，就是这个：
“无缝”了之后怎么样呢？这样：
无缝线路的使用情况如何？
据答主所知，国内的地铁的正线、高铁、大部分客运线路都新铺或换铺了无缝线路，部分运行速度慢的、高寒地区的、运量小的线路仍为普通线路。意思就是，无缝线路是主流，能用的都用上，新建的都按照无缝线路来，既有的可以改造的也改造了。
温度应力与温度力
热涨冷缩的原理大家都知道，物体受热膨胀、受冷收缩，若膨胀和收缩收到约束就会在物体内部产生温度应力，也叫热应力。
在无缝线路系统中，钢轨可看做是被完全约束的物体，经过计算可以知道钢轨内部的温度应力为（计算过程省略，下文一样，直接上结论）：
那钢轨的温度力为：
有人要问了，温度应力和温度力啥关系？应力单位面积上的力的大小，更像是一个数学概念，应力在面积上的积分就是力的大小了，温度应力可以看成是均匀分布的，直接温度应力乘以钢轨截面面积就等于温度力了。这里提出温度应力只是路过，后文全部使用温度力的概念，毕竟咱们研究的是宏观的问题嘛。上面公式里的 F 指的就是钢轨的截面面积。为了大家能顺利的看下去，后面我尽量少用计算。
无缝线路概念的理论依据
好，我们继续把上面的公式搬下来看，
发现了什么？
钢轨的温度力之和钢轨的截面面积以及温度变化幅度有关，和钢轨的长度无关！我们换一个专业点的说法，那就是在实现钢轨完全约束的条件下，无缝线路可以任意的增加长度而不会增加钢轨的温度力。这是无缝线路设计的理论基础。
高铁新建无缝线路的铺设
——长钢轨的基地内焊接。高铁钢轨出厂标准定尺是 100 米一根，然后会在焊轨基地内焊接成长轨（一般是 300—500 一根），目的是减少现场焊接的接头数量，但是又不能焊接的太长导致运输不便。相比于现场焊接，基地焊接作业环境更好，质量控制更好。
——长轨运输。从焊轨基地把长钢轨用长轨运输车运送到铺设地。
——卸轨、落槽、安装扣件。运送到位后，用拉轨器、移动龙门吊等设备把长钢轨从车上卸下来，定好位置确定其落入轨枕的承轨槽中，然后安装好扣件（此时扣件不需要全部安装，隔几个安一个即可）。
——现场闪光焊、打磨、调整。将落槽的钢轨的几何位置先调整到位，然后焊接。此时一般使用闪光接触焊（和基地焊接的原理是一样的），焊接完成后接头打磨、探伤。
——锁定。无缝线路安装作业的最后一道工序是锁定，即使在设计好的锁定轨温条件下将所有长钢轨一次固定，所有扣件安装好。完成作业。
~~手头图片不够，这一节的内容图片后补吧。
地铁新建无缝线路的铺设
——轨排装配。地铁和高铁的最大不同是地下大部分是地下线路，不要说 500 米的钢轨，就是 100 米的也很难运到施工作业地点，所以地铁的钢轨出厂一般是 25 米定尺的。然后在铺轨基地内装配成轨排后用起重设备把轨排整体吊入隧道内。所谓轨排，就是把钢轨、轨枕用扣件连接在一起。
——轨排吊运。轨排装配好之后，用起重设备把轨排从下料口吊到隧道内的轨道车上，再由轨道车运送到铺设地点。由于一个轨排长度是 25 米，所以轨道车用普通的就行，不用高铁那么长的。
——轨排定位支撑、粗调、精调。轨排运输到位后，用小型龙门吊吊运到安装位置，然后定位、支撑，然后再对线路几何尺寸（轨距、水平、前后高低等）进行粗调、精调。
——道床浇筑。前面步骤完成以后，就浇筑道床，把轨排和道床连接在一起。忘了说了，地铁的隧道内线路都是整体道床。详见上面那张图。
——闪光焊、打磨、探伤、调整。这个步骤和高铁的一样。
——锁定。
既有线的无缝线路换铺
就是已经再运营的线路，原来是普通线路的，后来逐步改造成无缝线路。步骤类似于高铁的铺设，就是运输方便一些。不详述了。
钢轨的焊接技术
从上面的描述里，大家可以发现，无缝线路的发展离不开钢轨的焊接，焊接答题可以分成几类：闪光焊、气压焊、铝热焊。咱们一个一个说：
——闪光焊。上文里说到的闪光焊、闪光接触焊、接触焊等等，都是一个意思。根据电流的热效应原理，把被焊接的钢轨安放在相对的两个夹具内，端部通以强大的电流，由于对接钢轨之间存在着较大的电阻，因而产生大量的热量把轨端加热，当钢轨被加到塑性状态，然后以极快的速度予以挤压进行焊接。闪光焊是母材焊接，不加入钢轨材质本身材料之外的成分，在我国使用较多。分类也较多，有移动式、固定式，有连续闪光焊、脉冲闪光焊等等，不一一详述。
——气压焊。用气体(乙炔 -- 氧)燃烧的火焰加热钢轨端头，使其温度达到 l200℃左右，轨端成为塑性状态，在预施的压力挤压下，使两根钢轨挤压在一起，从而把钢轨焊接起来。也是母材焊接，不加入钢轨材质本身材料之外的成分，在我国使用较少，日本等国家使用较多。
——铝热焊。是利用铝热焊剂的剧烈化学反应，铁的氧化物被铝还原成铁水，同时产生巨大热量，把高温铁水浇铸于固定在两轨轨缝处的砂型内，将两根钢轨铸焊在一起。这是一种非母材焊接方法，焊接后的接头位置主要成本是铝热剂还原的铁质，和钢轨母材不一样，铝热焊接头的强度也比闪光焊和气压焊的接头强度低，一般用于在线钢轨的应急处置等，大量的使用较少。
图也回头上吧~~
无缝线路的养护维修
——典型病害：高温胀轨和低温断轨
无缝线路的典型病害都和没有了轨缝相关。大家想一想轨缝的最大特点是什么？轨缝是可以变化的，准确的说是允许在 0—18mm 之间变化的，也就是说当钢轨温度升高时轨缝可以采取自身缩小的方式允许两侧的钢轨变长而不影响轨道的整体线型和平顺，在钢轨温度降低的时候轨缝采取自身变大的方式允许两侧的钢轨收缩而不影响轨道的整体性。
而无缝线路呢？没有了这样的便利，除了两端的伸缩区其他部位都被约束。在轨温升高时，钢轨有变长的趋势而被约束，于是就有了温度力。当温度力太大或者对钢轨的约束不够强的时候，就可能会胀轨跑道，看看图
不要被这个恐怖的场景吓到了，我专门找了一个比较严重的。现在随着设计和施工技术的发展，这样的情况基本见不到了。而且现在高铁和地铁普遍采用整体道床，约束力非常强（专业词汇叫轨道框架强度），更不会有这样的事情。我工作 11 年，没有见过，我估计也见不到。
前面说的是温度升高的情况，现在咱们看看温度降低的情况。在钢轨温度降低的时候会发生什么事情呢？钢轨有收缩的趋势但是被约束了，于是温度力就会有把钢轨上任意一个点向两侧拉开的趋势，要是真的拉开的就是断轨了。
那下一个问题，温度降低了应该是温度力一样啊，那么哪里会被拉断呢？
钢轨上的薄弱位置。
哪里是薄弱位置呢？
焊接接头和伤损位置！这简直是太顺理成章了。
无缝线路断轨，基本都是在焊缝和伤损位置断开的。看个照片吧
上面这个图是不久前广东寒潮的时候断的，位置是在一个闪光焊焊缝，不要被吓到哦，没事的，一断就发现了，而且处理了。还有最重要的信息，不是答主工作范围内的！我是不会干出这样的事情的！你们要相信我！
关于断轨，还有最后一个问题，前面不是说温度力之和面积和温度变化有关么？为什么无缝线路要专门提到断轨的事情呢？
第一，因为无缝线路确实断轨的风险更大，普通线路有轨缝调节。第二，无缝线路断轨了危害更大，温度力是和长度没有关系，但是无缝线路断轨后拉开的距离比普通线路要大的多（这个断缝宽度，主要和伸缩区长度有关，伸缩区长度和扣件单点阻力及温度有关，比较复杂，就不多讲了）。
——作业轨温的概念
前面我们不停的说到一个关于无缝线路的约束的概念，对长轨条的约束是非常重要的，完全约束的无缝线路轨条的温度力和扣件对轨条的约束力处于一种平衡状态，在温度变化比较大的时候，拆开扣件调整线路几何尺寸会破坏这种平衡，甚至会出现严重的病害。
那么什么样的温度变化算是比较大呢？
经验表明，当温度变化超过 20℃ 时，作业风险较高。所以一般情况下，只允许在锁定轨温 ±20℃ 温度范围内对无缝线路进行调整，这个温度范围被称作作业轨温。
——应力放散
这个概念有点复杂，还是看图说话吧。
上面图是无缝线路的安装示意图，让大家有一个直观的认识，下面都是简图了。
按照设计轨温施工并且锁定的无缝线路，在锁定轨温状态下，就像是一个均匀的弹簧，没有受到荷载的作用，簧距相等，温度力为 0。
在轨温升高以后，比如说在夏季，由于钢轨的伸长趋势被约束，所以内部产生了均匀的压应力，相当于弹簧被压缩，簧距相等。
在轨温降低以后，比如说在冬季，由于钢轨收缩的趋势被约束，内部产生了均匀的拉应力，相当于弹簧被拉伸，簧距相等。
上面所说的是无缝线路的理想工作状态，但是由于列车制动、钢轨下的基础不均匀、扣件压力不均匀等原因，会导致钢轨爬行，造成钢轨内部应力分布不均匀，甚至是部分区域受拉伸、部分区域受压缩，就像下面这张图一样
这才是无缝线路的实际工作状态，这个过程到了比较厉害的时候，就需要应力放散，使内部应力的分布均匀。
哪些情况需要应力放散呢？
—实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股轨条的实际锁定轨温相差超过 5℃
—锁定轨温不清楚或不准确
—跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过 5℃，同一区间内单元轨条的最低、最高锁定轨温相差超过 10℃
—铺设或维修作业方法不当，使轨条产生不正常的伸缩
—固定区或无缝道岔出现严重的不均匀位移
—夏季线路轨向严重不良，碎弯多
—通过测试，发现温度力分布严重不匀
—因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温
—低温铺设轨条时，拉伸不到位或拉伸不均匀
如何放散呢？
主要用两种办法，一个温度控制法，比如说滚筒法等；另一个是长度控制发，比如说撞轨法、列车碾压法等等。这都是具体的操作方法，就不详述了。
多说一句，在无缝线路的概念里，轨条的温度变化是等效于长度变化的，所有才有了上述两种方法。
分析和结论
——优势
无缝线路的优势非常明显，主要就体现在没有缝上，具体来说就有：
—没有了轨缝，提高了平顺性，这是现在轨道交通速度越来越快的重要基础之一，这也是无缝线路被广泛使用的最重要原因
—消除了接头病害。普通夹板夹头的病害是非常多的，类似于螺栓、夹板折断啊，轨端伤损啊，统统都没有了
—降低材料消耗。坏的东西少了，要换的东西自然少了。钢轨伤损会减少，夹板啥的都不用了自然换的少，没有了轨缝震动少了扣件、轨枕坏的也少
—降低负极电阻。现在的地铁大部分是直流供电，钢轨作为负极，使用了无缝线路之后负极的电阻大大的降低
—降低养护维修的工作量。这个同样不言而喻，普通接头线路每年要把所有的接头拆开保养一次不说，扣件轨枕坏的也多，自从用上了无缝线路，这些都大大减少
——无缝线路带来的问题
—断轨的风险更大
—养护维修的要求更高
—增加了胀轨跑道的可能
—需要很多新的东西，铝热焊设备啊啥的
—铺设、施工难度比普通线路大，价格高
——简单结论
通过前面的分析可以明显的看出来，使用无缝线路是以后的趋势，除了高寒地区或者要求实在不高的、临时的设施，以后都会用上无缝线路。前面的优劣对比也看得见，优势巨大，相应的问题简直不值一提。