国内客运高速铁路道岔技术浅析

刘清臣

引言：本文在消化吸收国外先进技术的基础上，结合我国客运专线道岔建设和运营实践，提出我国客运专线道岔技术方案，对250km/h和350km/h客运专线道岔技术特点、道岔结构中主要部件设计参数和性能的改进提出了方案。

一、国外高速铁路道岔技术概况

（一）设计理念

在国外高速铁路道岔设计中，采用多项安全保证措施，以确保高速列车运行的安全性。一是按直向设计速度增加10%、侧向设计速度增加10km/h进行高速道岔理论检算及实车试验考核，以保证列车按设计速度通过道岔时的安全性；二是有可靠的锁闭、密贴检查及监测设备；三是采用成熟、合理的无缝道岔技术；四是保证尖轨、心轨等关键部件有较高的强度储备。

德国、法国在线型比选、轨距动态优化技术等方面采用了动力仿真软件，在道岔结构设计、刚度设计和转换计算方面采用有限元分析程序。部件性能和道岔整体动力性能分别在室内和现场进行大量试验，通过试验反馈和现场运营实践，不断完善和提高道岔的技术性能。

（二）高速道岔结构特征

1.转辙器。法国（60D）和德国（Zul-60）高速道岔的尖轨采用整根AT轨加工制造，本的38#道岔的尖轨（80S）采用中间焊接方法。法国设计高速道岔时，在轮轨动力学分析的基础上，采用1：20的轨底坡，德国和日本采用1：40的轨底坡。各国道岔尖轨尖端均采用藏尖结构，深度均为3mm。法国道岔尖轨尖端降低值为17mm，德国为16mm，日本为22mm。法国高速道岔尖轨在顶宽42mm处开始降低，以降低轨距不平顺区段的长度，减少蛇行运动的距离，提高列车运行的平稳性。

2.辙叉。德国、法国、英国的大号码高速道岔辙叉可动心轨采用双肢弹性可弯结构。法国辙叉心轨为长短心轨嵌入拼接式，翼轨为高锰钢铸造摇篮式。德国、英国辙叉可动心轨尖端为整体结构，后部拼焊基本轨，翼轨采用普通UIC60钢轨加工制造，可动心轨的牵引杆件穿过翼轨轨腰。日本高速道岔辙叉可动心轨采用单肢弹性可弯结构，可动心轨和翼轨为高锰钢整体铸造。

二、客运专线道岔技术特点

（一）250km/h客运专线道岔技术特点

1.研究对象。直向通过速度250km/h客运专线道岔用于客货共线铁路，侧向通过速度为80km/h、160km/h。运营条件为：客车最高速度为250km/h，轴重不大于170kN。货车最高速度为120km/h，轴重为230kN。250km/h客运专线道岔研制应在200km/h提速道岔及秦沈客运专线道岔基础上进行，以有碴轨道为主。而无碴道岔，要保证钢轨件的互换性，通过更换扣件系统实现通用性要求。

2.技术关键。根据秦沈18#和38#道岔的使用情况，250km/h客运专线道岔要解决两个技术关键。一是解决外锁闭机构对尖轨及心轨大伸缩位移的适应性。道岔结构设计应尽可能减少心轨和尖轨的伸缩位移，转换设备应针对秦沈线出现的卡阻问题对外锁闭结构进行优化设计。二是解决尖轨及心轨的不足位移。不足位移的存在会导致轨距减小，影响尖轨和心轨线型，以及尖轨与基本轨、心轨和翼轨的密贴。虽然不足位移是一种动态的轨距减小，在轮轨力的作用下有可能消除或减小，但在高速行车的条件下对列车运行的平稳性影响很大，

应给予足够重视。

（二）350km/h客运专线道岔技术特点

1.研究对象。350km/h客运专线道岔用于客运运输，侧向通过速度为80km/h、160km/h、220km/h。运营条件为：动车组最高速度350km/h，轴重不大于170kN。350km/h客运专线道岔以无碴轨道为主。

2.技术关键。350km/h客运专线道岔除具有250km/h客运专线道岔的技术特点，还应对以下关键技术进行研究并取得突破。一是研制双肢弹性可弯心轨，应用于侧向通过速

度为160km/h、220km/h的大号码道岔。二是研制用于制造翼轨的高型特种断面钢轨（GT钢轨）。三是确定岔区刚度的合理取值，并通过合理设计扣件系统的刚度实现岔区刚度的均匀化。四是研制适用于无碴轨道的可调距、调高并具有高弹性的扣件系统。五是创建350km/h道岔动力学设计理论，分析行车安全性、平稳性和舒适性，根据轮轨关系设计尖轨与基本轨、心轨与翼轨的匹配结构。另外，心轨跟端结构、道岔监测系统、道岔制造工艺及系统集成等技术难题在客运专线道岔研发中也要给予足够的重视。

三、客运专线道岔总体技术方案

轨距为1435mm的线路，道岔区轨距构造加宽不应大于15mm，最高速度250km/h线路的线间距为4.6m，最高速度350km/h线路的线间距为5m。年最大轨温差100℃。有碴道岔枕间距为600mm，无碴道岔枕间距为625mm。平面设计参数：未被平衡的离心加速度最大容许值≤0.5m/s2，未被平衡的离心加速度增量最大容许值≤0.5m/s3。道岔区采用1：40轨底坡与区间线路一致。根据客运专线区间扣件系统刚度研究成果，250km/h有碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取50～70kN/m，250km/h无碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取30～50kN/m，350km/h无碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取20～30kN/m，并要对降低轨道刚度继续进行研究。侧向通过速度80km/h的道岔号码为18#，侧向通过速度160km/h的道岔号码为42#，侧向通过速度220km/h的道岔号码为62#，42#和62#道岔侧线采用缓和曲线与圆曲线组合型。

四、客运专线道岔制造、铺设与试验

（一）制造和组装

道岔制造厂家应树立高品质、高精度的质量意识，针对客运专线道岔特点，对道岔生产系统进行技术改造，对关键工艺重点攻关，提高技术装备及工艺水平，满足客运专线道岔制造要求。道岔供应商是道岔产品的总集成单位，对道岔产品总体负责，要严格控制自制部件的质量，对所采购的所有道岔部件和产品负责。道岔及转换设备逐组进行厂内组装，所有组装均须在专用组装平台上进行。

（二）铺设

道岔铺设是完整道岔技术中的关键组成部分，与道岔设计和制造环节并重。根据不同的铺设条件，道岔采用原位铺设法或移位铺设法。道岔应由配有相应施工机具的专业施工队伍铺设，铺设时应采用大型养路机械配合施工并加强对焊接质量的严格控制，做到铺设一次达到验收要求，禁止边维修边通行，防止给日后养护维修遗留难题。

（三）实车试验和运营实践

道岔设计理论是否正确，道岔制造、运输、铺设完成后能否满足动车组按设计速度通过，其安全性、平稳性、舒适性要通过实车试验和考核。在试验过程中，要合理设置试验内容，丰富试验手段，认真分析试验数据，根据试验结果优化道岔设计，推进道岔的优化升级和更新换代。道岔投入运营后，设计人员和制造厂家应加强对道岔产品的跟踪调查，及时发现使用过程中出现的问题，分析并找出解决问题的办法。

参考文献

[1]顧培雄.关于道岔现状及其发展问题.铁道建筑.1995，4：1-6.

[2]何华武.中国铁路高速道岔技术研究.中国工程科学.2009，11（5）：23-30.

作者单位：北京铁路局天津电务段