中国高铁独门绝学！几百公里没有一丝缝，如何克服热胀冷缩？

　　你敢相信吗？
　　几百公里长的中国高铁道路，居然没有一丝缝，而且丝毫不担心热胀冷缩的问题！
　　这么神奇的高铁是如何诞生的？中国有何独门绝学？
　　高铁走进千万家
　　＂朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还＂，李白的这句诗词至今脍炙人口。
　　从前白帝城到江陵的水路约有330公里，古代的船只顺风的话大概一小时20公里左右，所以这句诗并没有太夸张。
　　不过由于古代的交通不便，这种速度在古时候的人们看来，恐怕仍然会觉得十分不可思议。
　　可是到了现代的高铁时代，330公里的路程都不用＂一日还＂，＂一小时还＂都没问题。真正让人人都轻松实现了＂朝游沧海而暮苍梧＂的时空穿越。
　　纵观中国铁路历史，先后完成了多次大提速。1997年火车最高时速为140公里；2004年运营铁路的部分路段已到200公里；2007年提高到时速250公里。
　　然后就是08年之后的动车大升级。＂和谐号＂运营的最高时速限定在300公里，＂复兴号＂列车标准运行速度则为350公里。
　　因此不同于过去的交通不便，如今全国的道路交通网纵横遍布，高铁走进了千万家，也让人们的出行更加方便。
　　不仅速度变快了，我们发现道路也变得更稳了，车厢不会摇摇晃晃，也不用担心装好的开水会颠簸溢出。
　　最神奇的是，你也听不到过去那种乘坐火车时＂哐当哐当＂的声音了。为什么会有这种变化呢？一些有了解的朋友会说，这是因为现在的钢轨之间都是没有缝隙的原因。
　　要知道铁路都是几百公里长的，道路无缝这样的说法，乍一听似乎很不靠谱啊。
　　可是，事实还真就是如此。
　　铁路升级为＂无缝＂
　　高铁的＂无缝铁路＂之所以让人惊讶。这是因为很多人都知道，原先的火车钢轨之间要留有缝隙，才能保证不同季节里列车行驶时，钢轨不会因为热胀冷缩而崩坏。
　　1825年，英国人铺设了第一条铁路。刚刚发明＂神奇＂交通工具的大英绅士们来不及细想，兴匆匆地把所有钢轨全部一股脑焊接在一起。
　　结果钢轨上面发生热胀冷缩，夏天的时候钢轨被挤得七歪八扭，到冬天后钢轨就裂开成几段，从此人们就在钢轨上预留了一定的轨缝来防止这个问题。
　　简单来说，在轨温变化时钢轨就会自由伸缩。随着温度每降低或者升高1℃，每根钢轨就要承受1.645吨的压力或拉力。
　　而最高轨温一般要比当地最高气温高20度左右，最低轨温与当地最低气温大致相同。轨温变化幅度如果到达50度时，一根钢轨则要承受82.25吨的压力或拉力，巨大的温度力足以破坏掉铁路。
　　根据钢轨伸缩量的计算公式得出，每一米钢轨在轨温变化1℃时，钢轨长度的伸缩量大约在0.0118 毫米。
　　目前我国标准的钢轨长度有12.5m和25m两种，基于这个计算结果，那么就要求轨道每隔12.5m或25m就要有一个钢轨接头，这中间要留有6毫米的轨缝，防止温度力破坏钢轨。
　　除此之外，过去的钢轨下面还要铺放枕木以及道砟，道砟就是那些铺设在铁路路面上的碎石。
　　这是为了通过增大受力面积来减小压强。
　　当列车在钢轨上面呼啸而过时，巨大的压力便会集中透过钢轨，落在同路基接触到的小块面积上。而有了枕木、道砟之后，这份压力便会分散开来，使到路基不会轻易被破坏。
　　传统的有砟轨道有着铺设简便、成本较为低廉的好处，只是缺点也很多。
　　首先这种轨道容易产生老化和变形的问题，需要经常维护。列车经过时会带来震动，长久以往路基上的泥土就会掺入到道砟里，泥土少了，路基强度自然要下降，那么就要导致轨面的沉降不平。
　　因此，维修的清筛或换道砟、捣固的工作每年都要做。
　　然后就是道砟里的乱石飞溅问题。列车车速一旦过高，小石子也会跟着滚落出来。毕竟道砟再平整，也没有达到混凝土的水平。
　　道砟里的小石子飞溅滚落出来的话，在一些没有完善防护措施的道路上，很容易砸到人和车辆。
　　最后一点是，列车高速行驶车轮会对钢轨造成严重冲击，如果列车运行速度过快，有可能发生脱轨。科学实验表明，当火车时速超过140公里后，使用无缝钢轨才能保证行驶安全。
　　而随着高铁技术的更新迭代，日新月异，不仅绿皮火车逐渐告别了我们，过去那有缝、有砟轨道也要随着时间流逝消失。
　　铁路轨道的升级是必然的。
　　再看看如今的高铁道路，正是由许多根长达500米的钢轨焊接在一起。望眼过去甚至看不到一丝焊缝，好似原本就是两条完整的钢轨铺展开来，平行贯穿这大江南北。
　　无缝钢轨对于列车的行驶帮助巨大，它让轨道更加平顺，与过去普通钢轨相比，它创造了高铁高速平稳运行的条件。
　　举个例子，一列有8辆编组的复兴号动车，整体大概450吨，差不多200多辆小轿车重。这么个庞然大物在高速行驶时，车轮与钢轨之间的接触面积，只有小小的100多平方毫米。
　　在这不到硬币大小的钢轨面积上，却要承载着上百吨不断变化的复杂载荷，这中间哪怕是多了一点头发丝直径那么大的凸起，都会给轨道和车轮带来数吨新的冲击力。
　　因此，无缝钢轨有多神奇大家可以想象一下。
　　无缝钢轨又是如何铺设的呢？
　　首先需要使用牵引车牵着两根500米的钢轨滑行到指定位置，然后由牵引机卸下钢轨、拼接。这期间需要数十名工程技术人员一起进行协助如何准确定位。
　　牵引机这边一旦完成无砟轨道的一段钢轨铺设，那边的无缝钢轨焊接施工队便会马上跟进，把前面铺设好钢轨焊接成没有缝隙的钢轨。
　　有了无缝钢轨搭配风驰电掣的高铁列车，人们在车上完全可以做到立硬币不倒，搭积木不晃。
　　这一切，离不开中国＂高铁人＂在背后挥洒汗水，辛苦研制出的高超技术。
　　中国高铁＂独门绝学＂
　　那么，无缝钢轨又如何被称为中国高铁的＂独门绝学＂呢？
　　无缝钢轨第一个要解决的就是热胀冷缩的问题。
　　在很多人的认知中，普通铁路以石子和枕木为基础，钢轨裸露在枕木上，不与地表接触，温差还比地面大。
　　要是做成无缝的铁路，任何的膨胀收缩都要回到铁轨本身，最终必然造成隆起或者断裂。
　　想要保持无缝的同时还避免钢轨热胀冷缩引起的脱轨，那就只能将钢轨牢牢地扣在轨道上。
　　如果可以扣的话，那为什么过去轨道采用留有缝隙的方式呢。那是因为以前钢轨用的是枕木和道钉，压力完全不够，钢轨根本不能被锁定在轨道上，所以只能通过缝隙来释放压力。
　　而无缝铁路的铺设，具体来说就是用扣板和螺栓将无缝钢轨死死地摁在轨枕上，然后在焊接的地方通过紧固件来抑制轨道本身的热涨冷缩。
　　钢轨两端各100个紧固件，每个紧固件产生1吨的固定力，共计200吨的力。
　　而且本身这个固定装置具备上下方向的弹性的，当钢轨因为轨温产生升力时，固定装置就将力吸收到自身，然后最终通过螺丝将力转移给下面的轨枕，避免力的集中挤压。
　　钢轨下面还铺了橡胶垫，它的热胀冷缩系数比钢轨要大，所以钢轨因温度变化产生受力时，下面的橡胶垫一定会产生一个更大的力在拖着钢轨，这就让它底部能保持非空受力状态。
　　全凭优质的轨枕、扣件产生足够大的固定力，把钢轨死死压在轨枕上，也不位移。所有温度造成形变产生的应力也不会集中爆发出来，全部被锁定在一小段一小段的钢轨里。
　　这当中还有一个关键点在于，高速铁路上面的高架结构、钢筋混凝土材料完成技术升级，使得钢轨与路面温度的膨胀系数都维持在一致。
　　因此列车高速经过时，造成的升温效应基本可以说十分微弱。加上弯道、弹簧以及橡胶材料的辅助，热胀冷缩产生的温度力完全能够消化掉。
　　当然，这只是整体上的大致原理阐述，具体实施起来需要多方面领域的技术进步来配合。
　　比如说轨道钢材本身的材料进步，在热胀冷缩下如何维持形变较小，这对钢轨材料制造有着很高的要求。
　　对于普快、高铁客专、重载铁路来说，它们的钢轨要求各不相同。重载铁路上用的每米75公斤的钢轨，另外两个一般采用每米60公斤的钢轨，高铁对钢轨的技术要求要比普快更高。
　　无论是精度要求，还是钢质含量，高铁钢轨的生产都要求必须严格满足具备残余拉应力小、脱碳层浅的高抗疲劳性能。
　　这里面说的＂脱碳＂，是指氧化作用下，各种加热或保温的热加工工序过程中，造成的钢材表面碳全部或部分丧失的现象。
　　而钢表层的脱碳多少影响到钢材的各种性能，例如硬度、韧塑性、抗拉强度、耐磨性和疲劳极限，要求脱碳层越浅就越好。
　　此外高铁专用的钢轨还要具备良好的焊接性能。
　　正是具备了生产如此高规格钢轨材料的能力，才为无缝钢轨的实现打造出坚固的基础。
　　再就是焊接技术的进步。
　　无缝钢轨并不是说它真的完全没有＂缝隙＂，在刚生产出来时，本身钢轨也是一节一节的。
　　要用无缝钢轨焊接机把两根钢轨的两端加热到1000度以上，然后再将两根轨道挤压到一起。
　　这样焊接出来的轨道长达500米长，且每段之间有都有高精度的焊接打磨，段与段之间的接口的精度被控制在十分之一毫米级别。
　　这是目前全球轨道焊接上的最高精度，是独属于中国的独门绝技！如今，作为火车提速关键设备的无缝钢轨，它的国产化率已接近100%。
　　焊接、打磨结束后，经过一道道检验工序的钢轨段，运到铺设现场后再进行二次焊接。
　　这次焊接则采用了应力放散工序，简单来说，就是能够让无缝钢轨内部的应力均匀地分布开来，避免温度过高时胀轨，温度过低时断轨。
　　如此层层作业下来，才最终＂接成＂几百公里长的＂无缝轨道＂。
　　可以看出＂无缝铁路＂背后，是中国高铁基建全方面的技术升级。
　　随着中国高铁的高速发展，相信不久的将来，我们会拿出更多惊艳世界的技术成果。