时速300公里高铁上立硬币！中国无缝高铁轨道，如何解决热胀冷缩

乘坐绿皮火车时车窗外“咣当”、“咣当”响起的车轮撞击轨缝声音，列车振动颠簸不仅会影响乘坐火车的舒适感，无尽的噪声会让人感到烦躁，也会对列车轮对和车体造成损伤及磨耗。

但是高铁却没有这种感觉，2023年6月，来自马来西亚等15个国家的记者在中国高铁上见证了一场立硬币挑战。

挑战中尽管列车时速达到了304公里每小时，但是硬币还是稳稳地立在列车窗沿上，引得无数围观群众拍手叫好，为什么高铁和普铁差距这么大呢？高铁稳稳立硬币的原理是什么呢？

高铁的平稳运行

首先要了解的是不同铁路的区分，通常分为三个档次，设计时速250公（含）至350公里（含）的铁路称为高速铁路，简称高铁，设计时速250公里以下到200公里以上是快速铁路，又称快铁，或者亚高铁，而设计时速200公里以下的就是普通铁路，也叫低速铁路。

在普铁中钢轨因为热胀冷缩等因素影响会产生变形，而为了弥补钢轨的变形就特地设计了铁轨轨缝，火车行驶速度慢的时候当然影响不大，但是一旦火车提速，列车车轮对轨缝的冲击会大大增强，甚至威胁行车安全，因此必须要减少轨缝，提高列车的平稳性，而我国高铁的处理办法就是无砟轨道。

无砟轨道是为了区分有砟轨道，普通铁路采用的就是有砟轨道，也就是大家常见的将钢轨固定在枕木上，枕木下是小碎石铺成的道砟，具有铺设简便、综合造价低廉的特点。

但是它也容易变形，维修频繁，维修费用较大，列车运行速度也受到限制，安全性、舒适性、经济性相对较差，不适用于高铁发展，因此新设计出无砟轨道。

采用混凝土轨枕等整体基础代替传统轨道结构，路基不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上，这样列车时速可以平稳达到 300km 以上，平顺性、稳定性好，使用寿命长，还可以避免了飞溅道砟。

无砟轨道从上往下依次是无缝钢轨、轨道板、填充层、底座板、滑动层。这5个部分看起来很普通，然而技术人员用了整整4年才研制出来。

无缝钢轨无缝轨道，是由25米长的标准钢轨，联接焊接成长轨再去铺设，一般长度为 2到3公里，有的甚至长达上百公里。

与普通铁轨相比，无缝钢轨由于消除了大量接头，消除了接头冲击力，减少了铁路线路磨损，轨道维修费用可节约30%到75%，极大增加了旅客的平稳和舒适感，火车可以放心提速了。

如何克服热胀冷缩？

虽然叫无缝轨道，但是接头还是有的，只是整条铁路段间隙数量少到几近忽略不计，每段无缝钢轨之间有11毫米的空隙，接头采用斜面焊接而成，钢轨接口处1.5m以内的平直度误差不超过0.2mm，仅相当于2根头发丝粗细。

不同于传统轨道的垂直立面焊接，这样可以大大降低列车经过时产生的震动及噪音，当车轮行至两根钢轨接缝时，可以同时压在钢轨上，平滑度过，同时受力，不产生振动。

钢轨焊接是铺设无缝线路的重要环节，焊接接头的质量是保证高铁正常运行的关键。国内外无缝钢轨焊接方式主要有 4 种，分为钢轨闪光电阻焊、钢轨气压焊接技术、铝热焊接技术、电弧焊技术。

而我国常用的是铝热焊接技术，巧妙地利用铝热剂的氧化还原反应，将焊剂中的铁还原出来，形成铝热钢水，将铝热钢水浇筑到钢轨端头模型中，待钢水凝固后，两节钢轨就被焊接起来了。

这样做的钢轨这种具有端面较为复杂，含碳量较高的特点，铝热焊法有着方法简单，成功率高，接头平顺性好的特点。

无缝线路同样面临热胀冷缩自然规律的考验，巨大温差的变化情况下，无缝钢轨内部存在的巨大温度应力，很容易造成钢轨失稳，为此工程师们想到以下几个方法，首先是优化钢轨质量，优先使用性能优异的新型钢材，通过脱硫、炉外精炼、真空脱气等先进技术，减少内部杂质，对钢轨进行拉伸预应力处理，降低热胀冷缩幅度。

其次，巧妙设计扣件系统，扣件可以有效分散应力，将钢轨牢牢固定在混凝土轨枕上，钢轨即使有热胀冷缩也只会顺着轨道方向而不会出现位移，保持轨道稳定。同时，钢轨铺设区域划分固定区、伸缩区和缓冲区，配备特制钢轨伸缩调节器，实现轨道的微调，避免变形。

还有就是要讲究科学的焊接，根据铁路线通过地区的最高和最低钢轨温度及无缝线路允许温降和允许温升，尽可能平衡最高和最低轨温时的温度应力，然后选择最佳温度铺设，保证钢轨的伸缩值造成的影响能控制在最小范围内。必要时通过加热或冷却轨道来调控温度，确保轨道稳定。

最后是定时精心的检修保养，通过在钢轨上安装温度传感器和加热元件，实时监测和控制钢轨的温度变化，利用科学的数据收集、整理、计算，合理的释放轨道应力，确保无缝轨道保持良好的运行状态。

中国高铁：从零到世界第一

在1990 年以前，中国铁路时速才八九十公里，2008 年 8 月 1 日，京津城际高铁开通运营，是我国首条设计时速 350 公里的高铁，中国正式开启了高铁时代。

截止到2024年，我国已建成 4.5 万公里的高铁，成为当之无愧的世界第一，超过了全世界其他国家所有高铁里程的总和，中国高铁还作为大国制造的代表出口到世界各地。

2023年10月17日，印度尼西亚雅万高速铁路正式开通运营，这不仅是印度尼西亚甚至整个东南亚地区的第一条高铁，也是中国高铁走向世界的开始，同年，匈塞铁路取得重大进展，塞尔维亚境内段开通运营，高铁逐渐改变了当地人的生活方式，中国高铁正式踏入欧洲市场。

还有位于巴基斯坦第二大城市拉合尔的拉合尔轨道交通橙线项目，是“一带一路”倡议下巴基斯坦的首个大型轨道交通项目。

中泰铁路是泰国首条标准轨高速铁路，一期工程预计2026年正式开通，未来将与中老铁路相连，最终将连接中国昆明……中国铁路“走出去”的步伐不断加快,成为“一带一路”战略合作的一张亮丽名片。

结语

经过无数铁路人的辛苦付出，热胀冷缩等铁路技术难题不断克服，中国高铁完成了模仿到超越的华丽蜕变，现在更是能走出国门，以其安全性和可靠性，极致的性价比，作为国家名片迈向世界，期待未来中国高铁能够再创佳绩，为人们出行带来更多便利和安全保障。