高速鐵路道岔機(jī)械化鋪換發(fā)展展望

陳躍順

【摘 要】結(jié)合我國高速鐵路道岔的發(fā)展歷程，研究既有線在用鐵路道岔的型號、尺寸和重量，國內(nèi)小型道岔鋪換機(jī)組的運用情況，以及國際具有代表性的設(shè)備設(shè)計理念，分析適應(yīng)我國國情的長大型高速道岔鋪換設(shè)備的發(fā)展趨勢及需要解決的設(shè)計難題。

【關(guān)鍵詞】道岔鋪換;機(jī)械化;工法

中圖分類號： U216.425 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）23-0001-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.001

1 現(xiàn)狀分析

目前鐵路成組更換道岔施工，各鐵路局大同小異，都是以人工更換輔以部分小型機(jī)械為主的模式，施工現(xiàn)場人山人海，很難保證施工安全和質(zhì)量。新線建設(shè)中，各施工單位也基本都采用傳統(tǒng)的道岔鋪設(shè)方法，即在道岔原位鋪砟整平壓實后，進(jìn)行道岔組裝、調(diào)試后整體起升，然后上砟整道，施工場地占用多、施工周期長。我國是世界鐵路運量、密度較大的國家之一，鐵路道岔與線路的比例大，道岔基數(shù)大，道岔養(yǎng)護(hù)及更換的需求量巨大。

由于道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命遠(yuǎn)低于正線，是線路中的薄弱環(huán)節(jié)之一，也是制約列車運行速度和行車安全的關(guān)鍵設(shè)施。現(xiàn)場組裝場地受限，并且道岔現(xiàn)場移動影響道岔質(zhì)量、施工人員較多、作業(yè)準(zhǔn)備時間長等問題，提高換鋪質(zhì)量和勞效，降低作業(yè)安全風(fēng)險，鐵路道岔區(qū)域機(jī)械化維修施工工法及設(shè)備急需研究。

隨著大規(guī)模客專線的建設(shè)，新型客專道岔的發(fā)展，整組道岔重量及道岔全長都大幅增加，對道岔鋪設(shè)質(zhì)量要求較高。由于道岔裝配工程量大、使用頻率高、養(yǎng)護(hù)周期短等特點，道岔快速更換已發(fā)展成為制約高速鐵路正常營運的瓶頸，小型鋪換設(shè)備已經(jīng)無法滿足現(xiàn)場施工的需要。迫切需要研制出鐵路道岔區(qū)域道床機(jī)械化維修施工工法及設(shè)備，利用有限的“封鎖天窗”時間，快速地實現(xiàn)道岔大修施工，實現(xiàn)對應(yīng)鐵路線路道岔的機(jī)械化更換。

2 高速鐵路道岔的發(fā)展及型號

國外的高速鐵路發(fā)展起步較國內(nèi)更早，在高速鐵路道岔的研究和使用方面也積累了豐富的經(jīng)驗，當(dāng)然也形成了技術(shù)較為成熟的產(chǎn)品。其中以德國、法國以及日本為代表。目前除日本新干線外，其它國家的高速鐵路基本上都是采用德、法兩國的技術(shù)，如西班牙、意大利、韓國、荷蘭及國內(nèi)臺灣高鐵等。德、法兩國的高速道岔自成技術(shù)體系，互不兼容，其設(shè)計參數(shù)取值、道岔平面布置及尺寸、結(jié)構(gòu)、岔枕、電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備均不相同，沒有互換性。德國的高速道岔主要由BWG公司生產(chǎn)，代表產(chǎn)品為18、39.11、50號等;法國的高速道岔主要由COGIFER公司生產(chǎn)，代表產(chǎn)品為18、41、65號等。

在我國高速鐵路發(fā)展初期，尤其是在京津武廣線、鄭西線等無砟線路上大量使用德國、法國技術(shù)的高速道岔，隨著我國道岔研制水平的提高，大量自主研發(fā)的道岔型號開始使用。

我國的高速道岔研究在上世紀(jì)90年代就完成了設(shè)計圖，但沒有進(jìn)行試制。2000年，為我國第一條最高速度超過200km/h的秦沈客運專線鐵路建設(shè)，國內(nèi)首次研制開發(fā)了秦沈60kg/m鋼軌18號和38號高速道岔。2005年，我國開始研制250km/h和350km/h客運專線鐵路用高速道岔，成功研制了60kg/m鋼軌18、42、62號高速道岔。

為了統(tǒng)一和規(guī)范客運專線站場設(shè)計，促進(jìn)道岔型號的合理選用，切實提高客運專線的道岔裝備水平，原鐵道部分別于2007年、2010年先后兩次印發(fā)了《鐵路道岔有效設(shè)計圖紙目錄》[1]和《客運專線道岔有效設(shè)計圖紙目錄》[2]對道岔種類及圖號進(jìn)行了規(guī)范。規(guī)范后新建正線以我國自主研發(fā)的60kg/m鋼軌12號、42號單開道岔為主，30號、38號道岔限于專線及大修使用，而德國、法國引進(jìn)道岔則逐步被自主研發(fā)、更加適合中國鐵路現(xiàn)狀的國產(chǎn)道岔所替代。

目前國內(nèi)鐵路道岔行業(yè)主要有五家單位：鐵建重工道岔分公司（在湖南株洲）、中鐵寶橋集團(tuán)（在陜西寶雞）、中鐵山橋集團(tuán)（在河北山海關(guān)）、新鐵德奧（中德合資公司，在山海關(guān)）、唐山中鐵亨通道岔有限公司（唐山）。其中以鐵建重工道岔分公司的在售鐵路道岔型譜最全，圖表2為鐵建重工道岔分公司2019年在售道岔矩陣圖。

3 機(jī)械化施工的發(fā)展歷程

2018年12月在北京召開的“2018年鐵路線路大修學(xué)術(shù)研討會”上，中國鐵路總公司工電部楊忠吉作了《現(xiàn)代鐵路線路大修及工藝發(fā)展方向》[3]的專題報告，重點闡述了近十年來我國鐵路線路大修的歷程，鐵路線路大修為適應(yīng)鐵路發(fā)展，需要以大型養(yǎng)路機(jī)械為代表的線路大修施工技術(shù)裝備不斷發(fā)展和完善，施工工藝流程不斷優(yōu)化，基本實現(xiàn)了施工作業(yè)機(jī)械化，為工務(wù)線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化、管理科學(xué)化打下了堅實基礎(chǔ)。提出了鐵路線路大修是體現(xiàn)“施工作業(yè)機(jī)械化”的主戰(zhàn)場的重要論斷。

目前世界上擁有成熟高速道岔技術(shù)的國家都很重視道岔的鋪設(shè)，視其為完整道岔技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，與道岔的設(shè)計和制造環(huán)節(jié)并重[4]。我國鐵路成組道岔施工，仍是以人工更換輔以部分小型機(jī)械為主的模式，施工工藝方法有原位鋪設(shè)法和整體移位鋪設(shè)法兩種。原位鋪設(shè)法，即道岔部件散件運輸至鋪設(shè)現(xiàn)場（撤叉部分保持出廠狀態(tài)，不允許拆卸分解），在具體的鋪設(shè)地點將散件組裝成整組道岔。該方法的缺點是所需施工天窗時間較長、作業(yè)人員較多、施工質(zhì)量控制困難、遺留工作量大，一般多在新鋪時使用，大修時較少使用。整體移位鋪設(shè)法，即道岔在工廠內(nèi)組裝，分段運輸，采用專用施工機(jī)械現(xiàn)場拼接鋪設(shè)，或采用散件運輸，在施工現(xiàn)場設(shè)置專用組裝平臺進(jìn)行組裝，再采用專用施工機(jī)械整體移位至鋪設(shè)地點進(jìn)行鋪設(shè)的方法。該方法因不考慮冗長的道岔散件組裝時間，且鋪設(shè)質(zhì)量能夠得到有效保證、岔內(nèi)鋼軌焊接或膠接同步實施、道岔鋪設(shè)后遺留工作量較小等優(yōu)點，而被廣泛采用。由于國內(nèi)暫時沒有成組道岔的運輸設(shè)備，實際施工時多采用就近搭設(shè)專用組裝平臺，然后整體移位的方式進(jìn)行施工。

1997年鐵路提速之前的木岔枕道岔大修，多采用人工推拉道岔的方式完成道岔鋪設(shè)，該方式需要大量人工及使用齒條壓機(jī)多次頂起道岔，對施工的人身安全影響很大，加之施工過程中道岔受力不均，對道岔結(jié)構(gòu)有較大影響。鐵路提速改造時，由于新道岔為混凝土岔枕，整組道岔重量大幅增加，整組起、落、平移時，傳統(tǒng)的起道機(jī)具幾乎不可能完成施工任務(wù)，這時候應(yīng)運而生的是小型液壓道岔鋪換設(shè)備，該類道岔起道機(jī)起落及移動道岔靈活、穩(wěn)定、迅速，使道岔鋪換作業(yè)更安全更快捷高效，輔以挖掘機(jī)清除既有道床（更換新道砟），施工質(zhì)量得以保證。尤其是隨著大規(guī)模客運專線建設(shè)和新型客專道岔的發(fā)展，整組道岔重量及道岔全長繼續(xù)大幅增加，對道岔鋪設(shè)質(zhì)量要求較高，小型設(shè)備無法滿足需要，我國鐵路開始引進(jìn)使用吉斯瑪?shù)啦礓亾Q設(shè)備，全路以濟(jì)南局、南昌局為代表，經(jīng)過多年的探索，初步形成了一套適應(yīng)我國鐵路既有線施工的工藝流程。

4 國內(nèi)典型道岔鋪換設(shè)備生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)品介紹

4.1 鐵建裝備

鐵建裝備致力于為使用者提供鐵路養(yǎng)護(hù)的系統(tǒng)解決方案，建立了全面的產(chǎn)業(yè)鏈，包含設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售、培訓(xùn)、服務(wù)、大修、鐵路養(yǎng)護(hù)施工及零配件生產(chǎn)，為中國鐵路歷次大面積提速擴(kuò)能、保障運輸安全、加速技術(shù)進(jìn)步、推進(jìn)工務(wù)修程修制改革發(fā)揮了重要作用。以法國GEISMAR（即吉斯瑪）道岔鋪換設(shè)備為原型，由鐵建裝備技術(shù)引進(jìn)吸收、制造及修理的上、下位機(jī)式道岔鋪換設(shè)備，適應(yīng)道岔大型化、施工精細(xì)化、靈活性較高的機(jī)械。該設(shè)備可用于成組更換單開或復(fù)式交分道岔。每套設(shè)備有8個移動單元及2組50m長的臨時軌道組成，每個單元又由一個可伸縮道岔更換機(jī)械（PEM）和一個運輸臺車（LEM）組成。PEM為可伸縮的橋式臺架，統(tǒng)稱為上位機(jī);LEM是可負(fù)重20t運行的運輸小車，統(tǒng)稱為下位機(jī)。原則上，依據(jù)不同道岔的長度，以端頭懸出長度不超過3米、中間兩臺上位機(jī)的間距不超過10米（對于木枕道岔，間距不超過15米）的方式，選定上位機(jī)及相應(yīng)的下位機(jī)臺數(shù)，從而確定道岔采用整體換鋪還是分段換鋪。

4.2 沈陽業(yè)興鐵路工務(wù)器材廠

沈陽業(yè)興鐵路工務(wù)器材廠作為一家小型養(yǎng)路機(jī)械提供商，其CPH-2100液壓道岔鋪換機(jī)組和YDQ-1型道岔鋪換機(jī)組，采用起道裝置配合橫移輔助鋼軌、縱移輔助鋼軌的作業(yè)模式，以其設(shè)備輕便靈活、購置成本低廉等優(yōu)勢，在北京鐵路局、濟(jì)南鐵路局、沈陽鐵路局、哈爾濱鐵路局、蘭州鐵路局、昆明鐵路局、中鐵二局等均有配備。

其中CPH-2100液壓道岔鋪換機(jī)組一般以每臺泵站帶四臺起道油缸即“一拖四”的方式，配合液壓橫移和縱移絞車，由于設(shè)備較小，便于公路運輸和現(xiàn)場的搬運，施工組織較靈活。根據(jù)道岔號數(shù)的不同，可按推薦的設(shè)備配比進(jìn)行設(shè)備配置。

YDQ-1型道岔鋪換機(jī)組由5臺YQJ-250型液壓起道機(jī)、2臺YQBJ-250型液壓起撥道機(jī)、14臺走行滑輪小車組成，一次最大撥道橫移量150mm，能使一組12號單開道岔基本就位后，快速撥正方向，使道岔迅速合龍保證整組道岔的平順性。

5 國外典型道岔鋪換設(shè)備生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品介紹

5.1 普拉賽WM500U型道岔鋪換機(jī)組

奧地利普拉賽公司作為全球最大的養(yǎng)路機(jī)械提供商，其設(shè)備幾乎代表了世界鐵路養(yǎng)路機(jī)械的先進(jìn)水平。由普拉賽公司生產(chǎn)的WM500U型道岔鋪換機(jī)組，包括WTW道岔運輸車、PK1道岔提升裝置和PK2道岔舉升裝置。其設(shè)計理念為將在道岔工廠加工并預(yù)裝好的道岔或道岔組件，先進(jìn)行分段運輸，在時間緊迫的施工現(xiàn)場卸載并快速鋪換。WTW道岔運輸車主要負(fù)責(zé)將組裝完成的道岔件由制造廠運輸至施工現(xiàn)場，其基本工作原理為道岔組裝件首先以水平位置固定在裝載平臺上，然后液壓缸將裝載平臺翻轉(zhuǎn)到所要求的傾斜位置以保證其不超出車輛限界。PK1道岔提升裝置、PK2道岔舉升裝置分別為帶履帶行走和不帶履帶行走的舉升裝置，能實現(xiàn)在沒有軌道的地面上行駛。由于諸多因素的限制，該設(shè)備并未實際運用，也未進(jìn)入中國市場。

5.2 德國Kirow公司旗下DESEC TRACKLAYER 1200型履帶式軌排移動鋪換設(shè)備

DESEC TRACKLAYER 1200型履帶式軌排移動鋪換設(shè)備由德國Kirow公司生產(chǎn)。單機(jī)長18.5m，最大工作長度可達(dá)28.5m，支腿間最大展寬可為4.7～5.5m，起重能力為36～40t，適用于道床長度小于36m的軌排作業(yè)，理論上可多機(jī)聯(lián)合作業(yè)來實現(xiàn)對更長更重軌排的搬運。該機(jī)采用柴油動力、靜液壓傳動技術(shù)，具有無線電遙控和發(fā)動機(jī)故障備份系統(tǒng)。該機(jī)運用上最大障礙為線路條件，需要考慮道床寬度足夠履帶裝置通過，且機(jī)器行駛路徑上無接觸網(wǎng)桿等障礙物（或者事先拆除）。

該類型的履帶式軌排移動鋪換設(shè)備具有一定的國際市場，印度鐵路局就曾引進(jìn)過類似設(shè)備，在2018年的印度國家鐵路局發(fā)布的集采計劃中，就有擬采購16組履帶式軌排移動鋪換設(shè)備。印度鐵路局在用設(shè)備中，也有16組該類型設(shè)備，考慮到印度鐵路總里程僅有6.5萬公里，設(shè)備保有量并不低，足以表明該類型設(shè)備在印度鐵路系統(tǒng)有較大的運用市場。圖6為印度鐵路局在用設(shè)備現(xiàn)場作業(yè)照片。

6 結(jié)束語

鐵建裝備現(xiàn)有上位機(jī)、下位機(jī)式道岔鋪換設(shè)備，在一定程度減少了配合人工，為機(jī)械化更換長大型道岔提供了可能性，但是因設(shè)備及施工組織的原因，并未在全路推廣使用。該設(shè)備在國內(nèi)的用戶主要為南昌局和濟(jì)南局，其中最具代表性的為2014年濟(jì)南局在鋪設(shè)新建青榮城際鐵路引入膠濟(jì)客專墨站的混凝土枕60kg/m-1/42道岔時，將兩組16個單元整合在一起，成功的在既有線鋪設(shè)了自重212t、全長172.495m的42號道岔，同以往鋪設(shè)的該類道岔的施工工藝相比，避免了移動電氣化鐵路接觸網(wǎng)支柱，長距離移動整組道岔不再是難題，不但節(jié)省了施工費用，更重要的是極大的減少了對運營線路的影響[5]。沈陽業(yè)興鐵路工務(wù)器材廠生產(chǎn)的CPH-2100型道岔鋪換機(jī)組以輕便靈活、購置成本低廉的優(yōu)勢，作為人工鋪換道岔的輔助性設(shè)備，較好地降低了勞動強(qiáng)度和提高了鋪換工作效率。

隨著大規(guī)模客專線建設(shè)和新型客專道岔的發(fā)展，整組道岔重量及道岔全長繼續(xù)大幅增加，對道岔鋪設(shè)質(zhì)量要求越來越高，小型設(shè)備無法滿足需要。特別是提速道岔的運用，給鐵路帶來了飛躍式的發(fā)展，也帶動了國家經(jīng)濟(jì)到了另一個新的平臺，同時也給各鐵路局提出了針對提速道岔的鋪設(shè)的難題。尤其是近年來快速發(fā)展的高速鐵路，對施工要求“工完料盡，人走場清”，在道岔附近選擇有利地形進(jìn)行新道岔組裝的工法又面臨著巨大挑戰(zhàn)，急需研制道岔分段組裝、運輸?shù)脑O(shè)備，重點研究道岔運輸超限問題，解決現(xiàn)場組裝場地瓶頸;研制分段道岔收鋪吊裝設(shè)備，重點研究無軌情況下吊裝設(shè)備的移動問題，道岔吊裝移動中受力變形問題，解決道岔移動困難問題;研究道岔換鋪作業(yè)工藝工法，解決現(xiàn)場組裝場地瓶頸，道岔現(xiàn)場移動影響道岔質(zhì)量，施工人員多，作業(yè)準(zhǔn)備時間長等問題，提高換鋪質(zhì)量和勞效，降低作業(yè)安全風(fēng)險。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鐵建設(shè)函（2007）1306號，關(guān)于印發(fā)《鐵路道岔有效設(shè)計圖紙目錄》的通知.

[2]運基線路（2010）584號，關(guān)于印發(fā)《客運專線道岔有效設(shè)計圖紙目錄》的通知.

[3]楊忠吉，《現(xiàn)代鐵路線路大修及工藝發(fā)展方向》，北京，中國鐵路總公司工電部，2018.

[4]王樹國，客運專線18號有砟道岔鋪設(shè)機(jī)驗收標(biāo)準(zhǔn)的研究，北京，鐵道科學(xué)研究院，2006.

[5]穆長江，《機(jī)械化更換道岔施工組織探討》，山東濟(jì)南，濟(jì)南集團(tuán)公司工務(wù)部，2018.

[6]原鐵道部文件鐵運（2006）146號《鐵路線路修理規(guī)則》.

[7]原鐵道部運輸局《鐵路線路大修技術(shù)條件》.