哈大鐵路客運專線高速無砟道岔工電聯調常見問題解析及探討

李先明，王基全，張先軍，朱海城，孫玉蘭

(哈大鐵路客運專線有限公司，沈陽 110002)

道岔作為線路的三大薄弱環節之一，直接影響列車的行車速度和安全，在高速鐵路中占有十分重要的特殊地位。

我國高速無砟道岔主要是18號及以上道岔，近年來通過秦沈客專、京津城際、武廣、鄭西、滬寧客專、京滬高鐵等線路的實踐，我國無砟道岔也經歷了消化、吸收、創新和自主研發的過程，形成了一整套先進、成熟、經濟、適用、可靠的技術和經驗，截止目前國產無砟道岔使用情況良好并已在全路推廣運用。

1 哈大客運專線無砟道岔工程概況

哈大鐵路客運專線縱貫東北三省，區間正線采用CRTSⅠ型板式無砟軌道，車站兩端咽喉區及線路所采用軌枕埋入式及雙塊式無砟軌道結構。哈大客運專線正線全長904 km，設計時速350 km，其中新建16個中間站房，鋪設無砟道岔166組，是目前我國乃至世界嚴寒地區設計標準最高、設計運營速度最快的無砟軌道結構。

2 無砟道岔總體施工方案

哈大客運專線無砟道岔主要采取“長枕埋入式無砟道岔工廠預組裝，公路整體運輸，現場精調并灌注混凝土”的施工方法，并使用了道岔平移臺車、精調支架系統、GRP1000軌道狀態測量儀和斯密特鋁熱焊等先進的工裝和設備，施工中著重解決了無砟道岔施工過程的運輸、組裝、測量、精調、混凝土澆筑、鋼軌焊接、鎖定等關鍵技術難題。

哈大客運專線無砟道岔施工流程如下:施工準備—測量定位—組裝平臺—轉轍器、轍叉軌排就位—剩余岔枕鋪設—擺放彈性鐵墊板、扣件—安裝其他鋼軌件—豎向支持螺桿安裝—高程調整—地錨或側向支撐安裝、橫向調整—綁扎鋼筋、立模板—檢查與精調—轉換設備預安裝—工電聯調—拆除轉換設備—檢查、精調、固定—混凝土澆筑、養生、拆除支撐系統、拆模—檢查、精調—焊聯道岔—安裝轉換設備、工電聯調—檢查調整、維護驗收。施工流程詳見圖1。

圖1 哈大客運專線無砟道岔施工流程

3 工電聯調有關要求、常見問題分析及過程控制

3.1 道岔工電聯調情況說明

根據相關規范文件的要求，道岔電務轉換設備安裝調試完成后，線路聯調聯試前要組織進行道岔工電聯調工作。工務和電務技術人員相互配合對各項檢測項點進行系統調整，保證道岔軌距、方向、密貼和間隔等幾何尺寸檢測值;轉換裝置、鎖閉裝置等電務設備工作性能達到驗標要求。國產無砟道岔設計理論和制造工藝和進口道岔都存在一定區別，道岔在工電聯調過程中會出現一些影響質量和安全的問題。

3.2 常見問題分析和驗收要求

3.2.1 道岔幾何尺寸超限問題

原因分析:高速無砟道岔不同于普速道岔，各項鋪設要求極為嚴格，作為一個系統工程，在道岔的運輸、組裝、調試等過程中，任何一個細節疏忽都會影響道岔的鋪設效果。哈大客運專線無砟道岔鋪設定位偏差及驗收幾何尺寸靜態驗收標準詳見表1。

表1 道岔定位允許偏差 mm

表2 無砟道岔靜態(直向)平順度允許偏差 mm

驗收要求:鋪岔單位應嚴格按照《高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準》(TN10754—2010)等相關規范的要求，使用軌道幾何狀態測量儀進行道岔平面位置和高程的測試，認真進行檢查和調整，確保道岔幾何尺寸等各項靜態數據滿足驗收要求。圖2、圖3為軌道幾何狀態測量儀進行檢測作業。

圖2 GRP1000軌檢車現場數據采集

圖3 數據調整過程

3.2.2 尖軌和心軌存在2 mm左右的不足位移問題

原因分析:(1)臺板與活動軌件(尖軌、心軌)軌底存在摩擦阻力，最后牽引點至固定端距離較長，在摩擦阻力作用下變形不足是產生不足位移的主要原因;(2)細長軌件也存在一定彈性恢復滯后或殘余;(3)活動軌件彎折殘余應力釋放;(4)國產鋼軌材質不均變形規律性差;(5)對于心軌還存在側股后端滑移摩擦阻力對軌件產生的彎矩影響;(6)道岔鋪設后至運營前，長期采用鉤鎖器鎖定，造成活動軌件不能自由伸縮后導致軌件塑性變形，是不足位移產生的重要原因;(7)影響不足位移大小的其他因素還有環境溫度變化，臺板與尖軌軌底摩擦阻力變化等。

為確保道岔的密貼，考慮國產道岔的設計線形、鋼軌材質、生產工藝等因素，道岔尖軌制造時均進行了反變形設置，這樣可較大程度減緩不足位移。

現場調整時主要采取活動軌件的反變形處理、活動軌件固定端方向調整、減小摩擦阻力和調整特殊部位頂鐵頂靠等措施對不足位移進行修正。但在實際操控中受軌件應力釋放、摩擦阻力變化、環境溫度變化等諸多因素的影響，不足位移在現場的體現是不斷變化。

驗收要求:道岔廠家配合鋪岔單位對不足位移情況進行綜合整治，必須確保聯調聯試前軌檢車檢測消滅Ⅲ級扣分，并在聯調聯試期間根據動檢數據對不足位移進行調整，確保消滅Ⅰ級及以上扣分，人體添乘無明顯晃車現象。

3.2.3 尖軌虛開問題

原因分析:(1)為保證道岔尖軌線形和密貼要求，在道岔尖軌牽引點之間、牽引點至固定端之間，進行了反變形設置，受反變形設置的影響，尖軌虛開現象比較普遍;(2)尖軌在輥輪上橫移，轉換速度的慣性也會造成一定的虛開現象。

驗收要求:道岔廠家配合鋪岔單位對尖軌虛開進行綜合整治，在充分保證不足位移、牽引點間密貼的前提下，適當減少反變形量，確保在自然狀態下尖軌虛開量控制在8 mm以內，然后根據《客運專線鐵路道岔鋪設手冊》等規范文件的要求，使用防跳限位裝置將尖軌開程控制在±3 mm以內，以避免虛開口過大損傷到轉轍器表示缺口。

3.2.4 轉轍機鎖閉框兩側墊片調整厚度不均問題

原因分析:(1)尖軌由于道岔在設計時直、曲股的尖軌軌腰至非工作邊尺寸不一致，且轉換設備為滿足現場便于更換而設計成尺寸一致的通用件，導致鎖閉鐵與鎖閉框間調整片出現厚度不均現象，尖軌第二牽引點處理論上內、外側的調整片厚度分別為10 mm、3 mm，但考慮道岔尖軌、鎖閉框等組件制造公差累積的影響，個別道岔在該處的加片不均現象尤為明顯，甚至出現尖軌外側不能預置調整片的現象;(2)心軌二動轉換設備與心軌為間接連接，影響因素多，且處于翼軌最大彎折角度之間，工電尺寸保證困難;為減小轉換力，多數心軌反位時轉換不到位，也是造成心軌二動范圍調整片厚度偏少的重要原因。

驗收要求:預置調整片的數量，現有規范沒有明確要求，為確保道岔運營過程中轉換設備的調整和維修，以及尖軌密貼調整的需要，根據現場實際情況和其他客專的驗收經驗，鎖閉框應能至少預置1 mm厚調整片，驗收過程中，道岔廠家要對不能預置調整片的組件進行整改，詳見圖4。待相關規范完善后，建設單位應根據最終確定預置調整片的最少數量和整改方案，組織相關單位對轉轍機鎖閉框兩側墊片調整厚度不均的現象進行徹底整治。

圖4 鎖閉框調整片預置

3.2.5 尖軌、心軌密貼段(牽引點間)夾異物檢測超標問題

原因分析:根據《道岔轉換設備安裝技術條件(暫行)》的要求，尖軌的密貼段，在牽引點間設密貼檢查器，有5 mm及以上水平間隙時，不應接通道岔表示。現場尖軌夾異物超標的現象為道岔密貼檢查器調整不到位引起的。

心軌牽引點間的夾異物也是影響安全的重要因素，但是受可動心軌轍叉結構影響，在道岔設計中還未形成心軌牽引點間的夾異物檢測設備。因此該項未納入道岔檢查項目。

驗收要求:尖軌夾異物檢測超標的現象，在現場工電聯調中，對密檢器進行調整，使其達到相關驗收要求。

鑒于心軌密貼段(牽引點間)夾異物檢測在設計過程中未進行考慮，道岔驗收時只對心軌牽引點處進行夾異物檢測，密貼段夾異物檢測不作為驗收項點進行驗收。由于心軌密貼段(牽引點間)夾異物確實存在安全隱患，驗收單位驗收時可將該問題作為靜態驗收遺留問題進行記錄。建設單位、鐵路局應配合鐵道部有關部門進行科研攻關，盡可能消除安全隱患。圖5為心軌牽引點處4 mm檢測。

3.2.6 道岔靜態宏觀密貼問題

原因分析:《道岔轉換設備安裝技術條件(暫行)》(運基信號［2010］386號文)等規范對道岔密貼進行了詳細的闡述。“尖軌與基本軌、心軌與翼軌應達到靜態宏觀密貼，尖軌與基本軌，心軌與翼軌間牽引點中心處允許有不大于0.5 mm的間隙”，在道岔工電聯調過程中，部分單位將“靜態宏觀密貼”理解為“自然密貼”作為道岔電務轉換設備前驗收的依據，這樣會直接導致道岔鋪設狀態達不到驗收要求。

圖5 心軌牽引點處4 mm檢測

(1)尖軌與基本軌:在理論上，尖軌與基本軌是在貼合狀態下設計的。但是在摩阻力存在的情況下，按理論線形設計與制造，會造成無牽引力部位尖軌轉換不到位的情況，出現不足位移、配合間隙過大及線形不正確的問題。為此在設計中，對尖軌密貼段終端和跟端固定端之間進行了反變形設計。以18號客專道岔為例，其尖軌最大反變形偏移量達到6 mm，在實際制造中，除按設計進行反變形曲線頂調外，還在牽引點之間采用了一定程度的反變形設置，以保證尖軌的密貼和線形正確。但是基本軌線形、頂鐵支距仍按理論進行。因此部分頂鐵與尖軌軌腰貼靠產生一定的反作用力，是不可避免的。

綜合以上情況，在摩阻力為0的情況下形成自然密貼是不可能的，密貼情況也隨著摩阻力的變化略有差別。

據調查，在實際鋪設狀態下，受摩擦阻力影響尖軌與基本軌的密貼狀態基本保持良好。大多數滿足宏觀密貼(尖軌尖端縫隙小于3.0 mm)，在牽引點施加外力的條件下，靜態密貼均可保證。

(2)心軌與翼軌:心軌與翼軌的貼合關系較為復雜，在理論上、設計上和實際制造中都不能保證自然密貼。原因分析如下。

①可動心軌結構

客專18號可動心轍叉長心軌為彈性可彎結構，短心軌跟部與叉跟尖軌形成斜接頭滑移結構，且設計上直側股均處于密貼狀態。

當反位向正位轉換時，滑移接頭存在一定的摩阻力，造成長短心軌結構產生內應力，產生一定的彈性;同時在轉換過程中短心軌會產生變形，也要產生一定的反彈力。

正位向反位轉換時，長心軌處于彈性變化最大位置，反彈力最大，同時滑移接頭存在摩阻力，因此一般情況反位時轉換力和密貼力大于定位。

因此，假設在心軌與臺板無摩阻力的情況下，形成自然密貼是達不到的。

②心軌軌底和臺板的摩擦阻力

這種摩擦阻力是必然存在的，隨著部位不同產生的影響也不同，最后一個牽引點以前，由于牽引力的作用，軌件可轉換到位，轉換過程中摩阻力影響轉換力的大小，靜止后，則對心軌的回彈起阻滯作用，對減小回彈有利;最后一個牽引點后至固定端之間的摩阻力，對軌件的移動起阻滯作用，而這種阻滯作用除了影響轉換力和不足位移的同時，還對軌件形成彎矩，增加反彈力。

③組裝狀態

反變形影響:由于叉跟尖軌與短心軌摩阻力存在，長心軌彈性可彎段變形反彈力存在、心軌與臺板之間摩阻力存在，若完全按設計線形組裝，心軌在轉換時會產生較大的不足位移，為緩解不足位移，在心軌間隔鐵連接以后部位進行適當反變形頂調以抵消不足位移。但為了保證線形，需要個別頂鐵進行緊密頂靠，會產生一定的反彈力，也是心軌難以自然密貼的原因之一。

同時長短心軌之間利用間隔鐵及緊定螺栓形成整體的同時，受組裝狀態、緊定力矩、軌件變形等影響會組件的自身剛度、組裝的內應力會有所不同，也會影響回彈力的大小。

短心軌與叉跟尖軌的密貼力產生的摩阻力。由于客專道岔此部位要求直側向運行均保持密貼，且廠內組裝技術要求較嚴(尖端0.2 mm，其余部位0.5 mm)，加之尖端部位短心軌存在彎折點，所以為了保證密貼，間隔鐵、扣板等頂靠較嚴，個別轍叉可能會產生較大的密貼力，造成摩阻力增加。

綜上所述，受多種作用力同時作用，心軌與翼軌保持自然密貼是不能實現的。

驗收要求:道岔驗收時尖軌與基本軌、心軌與翼軌進行靜態宏觀密貼檢測時，應根據《客運專線鐵路道岔鋪設手冊》等規范文件的要求，在牽引點處施加外力的狀態下對各部密貼要求進行檢測，密貼要求應滿足相關驗收要求(第一牽引點前縫隙小于0.5 mm，其余部位小于1.0 mm)。圖6、圖7為鉤鎖狀態下檢查道岔靜態宏觀密貼。

3.2.7 轉換設備轉換阻力問題

原因分析:道岔轉換設備的轉轍機額定功率是根據道岔理論轉換力和安全系數選定的。道岔電務轉換設備安裝后，電務應配合工務進行道岔調整，局部細調軌距、支距及軌向調整，重點對尖軌和可動心軌密貼段檢查調整，使允許偏差符合設計要求，同時轉換設備轉換阻力均應小于設計指標，轉換設備在轉動過程中應動作平穩、靈活，無卡阻現象，鎖閉裝置正確鎖閉、表示正確。工電聯調過程中，任何一方調整不到位均可能導致轉換阻力超標。圖8為轉換設備的安裝流程。

圖6 尖軌與基本軌密貼檢查

圖7 尖軌與基本軌密貼檢查

圖8 道岔轉換設備安裝流程

驗收要求:道岔轉換阻力備是否正常直接關系到道岔的正常轉換，對線路運營安全起著決定性作用，工電聯調中要確保各牽引點轉換阻力均小于按規定配置的轉轍機額定功率，達到驗收要求。

據調查，在工電聯調過程中，通過工務、電務人員相互配合、系統調整，道岔轉換阻力能夠滿足設計指標要求。表3為哈大客專現場轉換阻力檢測結果。

表3 哈大客專18號道岔轉換阻力明細

5 結語

哈大客專無砟高速道岔按照客專線(07)009-Ⅰ制造和施工，道岔鋪設狀態滿足《高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準》(TN10754—2010)等規范文件要求。

國產道岔的設計和制造均在進口道岔基礎上進行了優化和創新(轉轍器區域不設置軌距加寬、道岔側股中心圓曲線理論起點至直股中心線設定12 mm偏離值、轍叉增設護輪軌等)，在道岔工電聯調過程中會出現上述不易控制和調整的問題。

根據問題產生的原因及機理、結合各類規范文件的要求以及有關專家的解釋和說明，上訴問題均能得到較好的解決，且能滿足相關驗收要求。哈大客運專線無砟高速道岔暴露的一系列問題對國產道岔的鋪設和驗收過程具有一定參考意義。

6 建議

從上述道岔工電聯調中反映的一系列問題中可以看出，道岔鋪設是一個全面的系統工程，專業范圍廣、技術含量高、驗收要求嚴。各項檢查項點相互影響、相互制約，任何數據超限都可能影響工電聯調效果甚至道岔的整體質量。

作為國務院《中長期鐵路網規劃》的重要組成部分，目前高速鐵路正處于全面發展階段。我們要抓住這個機遇，從基礎做起，從細節做起，遵循“專業化、機械化、標準化”原則，進一步細化和完善道岔施工工藝，從本質上提高道岔鋪設質量，保證道岔的驗收和運營要求。

［1］鐵道部建設管理司.TN10754—2010 高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［2］鐵道部工程管理中心.工管技［2008］7號 客運專線無砟軌道道岔鋪設暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］鐵道部工程管理中心.客運專線鐵路道岔鋪設手冊(工管工［2009］104號)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］鐵道部工程管理中心.工管技［2011］35號 關于印發《無砟軌道和高速道岔首件工程評估實施細則》的通知［S］.北京:鐵道部工程管理中心，2011.

［5］鐵道部運輸局.運基信號［2010］386號 關于印發《道岔轉換設備安裝技術條件(暫行)》的通知［S］.北京:鐵道部運輸局，2010.

［6］鐵道部建設管理司.鐵建設［2010］240號 高速鐵路信號工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［7］鐵道部建設管理司.鐵建設［2010］241號 高速鐵路信號工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.