國內客運高速鐵路道岔技術淺析

劉清臣

引言：本文在消化吸收國外先進技術的基礎上，結合我國客運專線道岔建設和運營實踐，提出我國客運專線道岔技術方案，對250km/h和350km/h客運專線道岔技術特點、道岔結構中主要部件設計參數和性能的改進提出了方案。

一、國外高速鐵路道岔技術概況

（一）設計理念

在國外高速鐵路道岔設計中，采用多項安全保證措施，以確保高速列車運行的安全性。一是按直向設計速度增加10%、側向設計速度增加10km/h進行高速道岔理論檢算及實車試驗考核，以保證列車按設計速度通過道岔時的安全性；二是有可靠的鎖閉、密貼檢查及監測設備；三是采用成熟、合理的無縫道岔技術；四是保證尖軌、心軌等關鍵部件有較高的強度儲備。

德國、法國在線型比選、軌距動態優化技術等方面采用了動力仿真軟件，在道岔結構設計、剛度設計和轉換計算方面采用有限元分析程序。部件性能和道岔整體動力性能分別在室內和現場進行大量試驗，通過試驗反饋和現場運營實踐，不斷完善和提高道岔的技術性能。

（二）高速道岔結構特征

1.轉轍器。法國（60D）和德國（Zul-60）高速道岔的尖軌采用整根AT軌加工制造，本的38#道岔的尖軌（80S）采用中間焊接方法。法國設計高速道岔時，在輪軌動力學分析的基礎上，采用1：20的軌底坡，德國和日本采用1：40的軌底坡。各國道岔尖軌尖端均采用藏尖結構，深度均為3mm。法國道岔尖軌尖端降低值為17mm，德國為16mm，日本為22mm。法國高速道岔尖軌在頂寬42mm處開始降低，以降低軌距不平順區段的長度，減少蛇行運動的距離，提高列車運行的平穩性。

2.轍叉。德國、法國、英國的大號碼高速道岔轍叉可動心軌采用雙肢彈性可彎結構。法國轍叉心軌為長短心軌嵌入拼接式，翼軌為高錳鋼鑄造搖籃式。德國、英國轍叉可動心軌尖端為整體結構，后部拼焊基本軌，翼軌采用普通UIC60鋼軌加工制造，可動心軌的牽引桿件穿過翼軌軌腰。日本高速道岔轍叉可動心軌采用單肢彈性可彎結構，可動心軌和翼軌為高錳鋼整體鑄造。

二、客運專線道岔技術特點

（一）250km/h客運專線道岔技術特點

1.研究對象。直向通過速度250km/h客運專線道岔用于客貨共線鐵路，側向通過速度為80km/h、160km/h。運營條件為：客車最高速度為250km/h，軸重不大于170kN。貨車最高速度為120km/h，軸重為230kN。250km/h客運專線道岔研制應在200km/h提速道岔及秦沈客運專線道岔基礎上進行，以有碴軌道為主。而無碴道岔，要保證鋼軌件的互換性，通過更換扣件系統實現通用性要求。

2.技術關鍵。根據秦沈18#和38#道岔的使用情況，250km/h客運專線道岔要解決兩個技術關鍵。一是解決外鎖閉機構對尖軌及心軌大伸縮位移的適應性。道岔結構設計應盡可能減少心軌和尖軌的伸縮位移，轉換設備應針對秦沈線出現的卡阻問題對外鎖閉結構進行優化設計。二是解決尖軌及心軌的不足位移。不足位移的存在會導致軌距減小，影響尖軌和心軌線型，以及尖軌與基本軌、心軌和翼軌的密貼。雖然不足位移是一種動態的軌距減小，在輪軌力的作用下有可能消除或減小，但在高速行車的條件下對列車運行的平穩性影響很大，

應給予足夠重視。

（二）350km/h客運專線道岔技術特點

1.研究對象。350km/h客運專線道岔用于客運運輸，側向通過速度為80km/h、160km/h、220km/h。運營條件為：動車組最高速度350km/h，軸重不大于170kN。350km/h客運專線道岔以無碴軌道為主。

2.技術關鍵。350km/h客運專線道岔除具有250km/h客運專線道岔的技術特點，還應對以下關鍵技術進行研究并取得突破。一是研制雙肢彈性可彎心軌，應用于側向通過速

度為160km/h、220km/h的大號碼道岔。二是研制用于制造翼軌的高型特種斷面鋼軌（GT鋼軌）。三是確定岔區剛度的合理取值，并通過合理設計扣件系統的剛度實現岔區剛度的均勻化。四是研制適用于無碴軌道的可調距、調高并具有高彈性的扣件系統。五是創建350km/h道岔動力學設計理論，分析行車安全性、平穩性和舒適性，根據輪軌關系設計尖軌與基本軌、心軌與翼軌的匹配結構。另外，心軌跟端結構、道岔監測系統、道岔制造工藝及系統集成等技術難題在客運專線道岔研發中也要給予足夠的重視。

三、客運專線道岔總體技術方案

軌距為1435mm的線路，道岔區軌距構造加寬不應大于15mm，最高速度250km/h線路的線間距為4.6m，最高速度350km/h線路的線間距為5m。年最大軌溫差100℃。有碴道岔枕間距為600mm，無碴道岔枕間距為625mm。平面設計參數：未被平衡的離心加速度最大容許值≤0.5m/s2，未被平衡的離心加速度增量最大容許值≤0.5m/s3。道岔區采用1：40軌底坡與區間線路一致。根據客運專線區間扣件系統剛度研究成果，250km/h有碴道岔岔區鋼軌支點剛度擬選取50～70kN/m，250km/h無碴道岔岔區鋼軌支點剛度擬選取30～50kN/m，350km/h無碴道岔岔區鋼軌支點剛度擬選取20～30kN/m，并要對降低軌道剛度繼續進行研究。側向通過速度80km/h的道岔號碼為18#，側向通過速度160km/h的道岔號碼為42#，側向通過速度220km/h的道岔號碼為62#，42#和62#道岔側線采用緩和曲線與圓曲線組合型。

四、客運專線道岔制造、鋪設與試驗

（一）制造和組裝

道岔制造廠家應樹立高品質、高精度的質量意識，針對客運專線道岔特點，對道岔生產系統進行技術改造，對關鍵工藝重點攻關，提高技術裝備及工藝水平，滿足客運專線道岔制造要求。道岔供應商是道岔產品的總集成單位，對道岔產品總體負責，要嚴格控制自制部件的質量，對所采購的所有道岔部件和產品負責。道岔及轉換設備逐組進行廠內組裝，所有組裝均須在專用組裝平臺上進行。

（二）鋪設

道岔鋪設是完整道岔技術中的關鍵組成部分，與道岔設計和制造環節并重。根據不同的鋪設條件，道岔采用原位鋪設法或移位鋪設法。道岔應由配有相應施工機具的專業施工隊伍鋪設，鋪設時應采用大型養路機械配合施工并加強對焊接質量的嚴格控制，做到鋪設一次達到驗收要求，禁止邊維修邊通行，防止給日后養護維修遺留難題。

（三）實車試驗和運營實踐

道岔設計理論是否正確，道岔制造、運輸、鋪設完成后能否滿足動車組按設計速度通過，其安全性、平穩性、舒適性要通過實車試驗和考核。在試驗過程中，要合理設置試驗內容，豐富試驗手段，認真分析試驗數據，根據試驗結果優化道岔設計，推進道岔的優化升級和更新換代。道岔投入運營后，設計人員和制造廠家應加強對道岔產品的跟蹤調查，及時發現使用過程中出現的問題，分析并找出解決問題的辦法。

參考文獻

[1]顧培雄.關于道岔現狀及其發展問題.鐵道建筑.1995，4：1-6.

[2]何華武.中國鐵路高速道岔技術研究.中國工程科學.2009，11（5）：23-30.

作者單位：北京鐵路局天津電務段