高速铁路道岔机械化铺换发展展望

陈跃顺

【摘 要】结合我国高速铁路道岔的发展历程，研究既有线在用铁路道岔的型号、尺寸和重量，国内小型道岔铺换机组的运用情况，以及国际具有代表性的设备设计理念，分析适应我国国情的长大型高速道岔铺换设备的发展趋势及需要解决的设计难题。

【关键词】道岔铺换;机械化;工法

中图分类号： U216.425 文獻标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）23-0001-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.001

1 现状分析

目前铁路成组更换道岔施工，各铁路局大同小异，都是以人工更换辅以部分小型机械为主的模式，施工现场人山人海，很难保证施工安全和质量。新线建设中，各施工单位也基本都采用传统的道岔铺设方法，即在道岔原位铺砟整平压实后，进行道岔组装、调试后整体起升，然后上砟整道，施工场地占用多、施工周期长。我国是世界铁路运量、密度较大的国家之一，铁路道岔与线路的比例大，道岔基数大，道岔养护及更换的需求量巨大。

由于道岔结构复杂，使用寿命远低于正线，是线路中的薄弱环节之一，也是制约列车运行速度和行车安全的关键设施。现场组装场地受限，并且道岔现场移动影响道岔质量、施工人员较多、作业准备时间长等问题，提高换铺质量和劳效，降低作业安全风险，铁路道岔区域机械化维修施工工法及设备急需研究。

随着大规模客专线的建设，新型客专道岔的发展，整组道岔重量及道岔全长都大幅增加，对道岔铺设质量要求较高。由于道岔装配工程量大、使用频率高、养护周期短等特点，道岔快速更换已发展成为制约高速铁路正常营运的瓶颈，小型铺换设备已经无法满足现场施工的需要。迫切需要研制出铁路道岔区域道床机械化维修施工工法及设备，利用有限的“封锁天窗”时间，快速地实现道岔大修施工，实现对应铁路线路道岔的机械化更换。

2 高速铁路道岔的发展及型号

国外的高速铁路发展起步较国内更早，在高速铁路道岔的研究和使用方面也积累了丰富的经验，当然也形成了技术较为成熟的产品。其中以德国、法国以及日本为代表。目前除日本新干线外，其它国家的高速铁路基本上都是采用德、法两国的技术，如西班牙、意大利、韩国、荷兰及国内台湾高铁等。德、法两国的高速道岔自成技术体系，互不兼容，其设计参数取值、道岔平面布置及尺寸、结构、岔枕、电务转换设备均不相同，没有互换性。德国的高速道岔主要由BWG公司生产，代表产品为18、39.11、50号等;法国的高速道岔主要由COGIFER公司生产，代表产品为18、41、65号等。

在我国高速铁路发展初期，尤其是在京津武广线、郑西线等无砟线路上大量使用德国、法国技术的高速道岔，随着我国道岔研制水平的提高，大量自主研发的道岔型号开始使用。

我国的高速道岔研究在上世纪90年代就完成了设计图，但没有进行试制。2000年，为我国第一条最高速度超过200km/h的秦沈客运专线铁路建设，国内首次研制开发了秦沈60kg/m钢轨18号和38号高速道岔。2005年，我国开始研制250km/h和350km/h客运专线铁路用高速道岔，成功研制了60kg/m钢轨18、42、62号高速道岔。

为了统一和规范客运专线站场设计，促进道岔型号的合理选用，切实提高客运专线的道岔装备水平，原铁道部分别于2007年、2010年先后两次印发了《铁路道岔有效设计图纸目录》[1]和《客运专线道岔有效设计图纸目录》[2]对道岔种类及图号进行了规范。规范后新建正线以我国自主研发的60kg/m钢轨12号、42号单开道岔为主，30号、38号道岔限于专线及大修使用，而德国、法国引进道岔则逐步被自主研发、更加适合中国铁路现状的国产道岔所替代。

目前国内铁路道岔行业主要有五家单位：铁建重工道岔分公司（在湖南株洲）、中铁宝桥集团（在陕西宝鸡）、中铁山桥集团（在河北山海关）、新铁德奥（中德合资公司，在山海关）、唐山中铁亨通道岔有限公司（唐山）。其中以铁建重工道岔分公司的在售铁路道岔型谱最全，图表2为铁建重工道岔分公司2019年在售道岔矩阵图。

3 机械化施工的发展历程

2018年12月在北京召开的“2018年铁路线路大修学术研讨会”上，中国铁路总公司工电部杨忠吉作了《现代铁路线路大修及工艺发展方向》[3]的专题报告，重点阐述了近十年来我国铁路线路大修的历程，铁路线路大修为适应铁路发展，需要以大型养路机械为代表的线路大修施工技术装备不断发展和完善，施工工艺流程不断优化，基本实现了施工作业机械化，为工务线桥结构现代化、管理科学化打下了坚实基础。提出了铁路线路大修是体现“施工作业机械化”的主战场的重要论断。

目前世界上拥有成熟高速道岔技术的国家都很重视道岔的铺设，视其为完整道岔技术的关键组成部分，与道岔的设计和制造环节并重[4]。我国铁路成组道岔施工，仍是以人工更换辅以部分小型机械为主的模式，施工工艺方法有原位铺设法和整体移位铺设法两种。原位铺设法，即道岔部件散件运输至铺设现场（撤叉部分保持出厂状态，不允许拆卸分解），在具体的铺设地点将散件组装成整组道岔。该方法的缺点是所需施工天窗时间较长、作业人员较多、施工质量控制困难、遗留工作量大，一般多在新铺时使用，大修时较少使用。整体移位铺设法，即道岔在工厂内组装，分段运输，采用专用施工机械现场拼接铺设，或采用散件运输，在施工现场设置专用组装平台进行组装，再采用专用施工机械整体移位至铺设地点进行铺设的方法。该方法因不考虑冗长的道岔散件组装时间，且铺设质量能够得到有效保证、岔内钢轨焊接或胶接同步实施、道岔铺设后遗留工作量较小等优点，而被广泛采用。由于国内暂时没有成组道岔的运输设备，实际施工时多采用就近搭设专用组装平台，然后整体移位的方式进行施工。

1997年铁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铺设，该方式需要大量人工及使用齿条压机多次顶起道岔，对施工的人身安全影响很大，加之施工过程中道岔受力不均，对道岔结构有较大影响。铁路提速改造时，由于新道岔为混凝土岔枕，整组道岔重量大幅增加，整组起、落、平移时，传统的起道机具几乎不可能完成施工任务，这时候应运而生的是小型液压道岔铺换设备，该类道岔起道机起落及移动道岔灵活、稳定、迅速，使道岔铺换作业更安全更快捷高效，辅以挖掘机清除既有道床（更换新道砟），施工质量得以保证。尤其是随着大规模客运专线建设和新型客专道岔的发展，整组道岔重量及道岔全长继续大幅增加，对道岔铺设质量要求较高，小型设备无法满足需要，我国铁路开始引进使用吉斯玛道岔铺换设备，全路以济南局、南昌局为代表，经过多年的探索，初步形成了一套适应我国铁路既有线施工的工艺流程。

4 国内典型道岔铺换设备生产厂家及其产品介绍

4.1 铁建装备

铁建装备致力于为使用者提供铁路养护的系统解决方案，建立了全面的产业链，包含设计开发、生产制造、销售、培训、服务、大修、铁路养护施工及零配件生产，为中国铁路历次大面积提速扩能、保障运输安全、加速技术进步、推进工务修程修制改革发挥了重要作用。以法国GEISMAR（即吉斯玛）道岔铺换设备为原型，由铁建装备技术引进吸收、制造及修理的上、下位机式道岔铺换设备，适应道岔大型化、施工精细化、灵活性较高的机械。该设备可用于成组更换单开或复式交分道岔。每套设备有8个移动单元及2组50m长的临时轨道组成，每个单元又由一个可伸缩道岔更换机械（PEM）和一个运输台车（LEM）组成。PEM为可伸缩的桥式台架，统称为上位机;LEM是可负重20t运行的运输小车，统称为下位机。原则上，依据不同道岔的长度，以端头悬出长度不超过3米、中间两台上位机的间距不超过10米（对于木枕道岔，间距不超过15米）的方式，选定上位机及相应的下位机台数，从而确定道岔采用整体换铺还是分段换铺。

4.2 沈阳业兴铁路工务器材厂

沈阳业兴铁路工务器材厂作为一家小型养路机械提供商，其CPH-2100液压道岔铺换机组和YDQ-1型道岔铺换机组，采用起道装置配合横移辅助钢轨、纵移辅助钢轨的作业模式，以其设备轻便灵活、购置成本低廉等优势，在北京铁路局、济南铁路局、沈阳铁路局、哈尔滨铁路局、兰州铁路局、昆明铁路局、中铁二局等均有配备。

其中CPH-2100液压道岔铺换机组一般以每台泵站带四台起道油缸即“一拖四”的方式，配合液压横移和纵移绞车，由于设备较小，便于公路运输和现场的搬运，施工组织较灵活。根据道岔号数的不同，可按推荐的设备配比进行设备配置。

YDQ-1型道岔铺换机组由5台YQJ-250型液压起道机、2台YQBJ-250型液压起拨道机、14台走行滑轮小车组成，一次最大拨道横移量150mm，能使一组12号单开道岔基本就位后，快速拨正方向，使道岔迅速合龙保证整组道岔的平顺性。

5 国外典型道岔铺换设备生产厂家及产品介绍

5.1 普拉赛WM500U型道岔铺换机组

奥地利普拉赛公司作为全球最大的养路机械提供商，其设备几乎代表了世界铁路养路机械的先进水平。由普拉赛公司生产的WM500U型道岔铺换机组，包括WTW道岔运输车、PK1道岔提升装置和PK2道岔举升装置。其设计理念为将在道岔工厂加工并预装好的道岔或道岔组件，先进行分段运输，在时间紧迫的施工现场卸载并快速铺换。WTW道岔运输车主要负责将组装完成的道岔件由制造厂运输至施工现场，其基本工作原理为道岔组装件首先以水平位置固定在装载平台上，然后液压缸将装载平台翻转到所要求的倾斜位置以保证其不超出车辆限界。PK1道岔提升装置、PK2道岔举升装置分别为带履带行走和不带履带行走的举升装置，能实现在没有轨道的地面上行驶。由于诸多因素的限制，该设备并未实际运用，也未进入中国市场。

5.2 德国Kirow公司旗下DESEC TRACKLAYER 1200型履带式轨排移动铺换设备

DESEC TRACKLAYER 1200型履带式轨排移动铺换设备由德国Kirow公司生产。单机长18.5m，最大工作长度可达28.5m，支腿间最大展宽可为4.7～5.5m，起重能力为36～40t，适用于道床长度小于36m的轨排作业，理论上可多机联合作业来实现对更长更重轨排的搬运。该机采用柴油动力、静液压传动技术，具有无线电遥控和发动机故障备份系统。该机运用上最大障碍为线路条件，需要考虑道床宽度足够履带装置通过，且机器行驶路径上无接触网杆等障碍物（或者事先拆除）。

该类型的履带式轨排移动铺换设备具有一定的国际市场，印度铁路局就曾引进过类似设备，在2018年的印度国家铁路局发布的集采计划中，就有拟采购16组履带式轨排移动铺换设备。印度铁路局在用设备中，也有16组该类型设备，考虑到印度铁路总里程仅有6.5万公里，设备保有量并不低，足以表明该类型设备在印度铁路系统有较大的运用市场。图6为印度铁路局在用设备现场作业照片。

6 结束语

铁建装备现有上位机、下位机式道岔铺换设备，在一定程度减少了配合人工，为机械化更换长大型道岔提供了可能性，但是因设备及施工组织的原因，并未在全路推广使用。该设备在国内的用户主要为南昌局和济南局，其中最具代表性的为2014年济南局在铺设新建青荣城际铁路引入胶济客专墨站的混凝土枕60kg/m-1/42道岔时，将两组16个单元整合在一起，成功的在既有线铺设了自重212t、全长172.495m的42号道岔，同以往铺设的该类道岔的施工工艺相比，避免了移动电气化铁路接触网支柱，长距离移动整组道岔不再是难题，不但节省了施工费用，更重要的是极大的减少了对运营线路的影响[5]。沈阳业兴铁路工务器材厂生产的CPH-2100型道岔铺换机组以轻便灵活、购置成本低廉的优势，作为人工铺换道岔的辅助性设备，较好地降低了劳动强度和提高了铺换工作效率。

随着大规模客专线建设和新型客专道岔的发展，整组道岔重量及道岔全长继续大幅增加，对道岔铺设质量要求越来越高，小型设备无法满足需要。特别是提速道岔的运用，给铁路带来了飞跃式的发展，也带动了国家经济到了另一个新的平台，同时也给各铁路局提出了针对提速道岔的铺设的难题。尤其是近年来快速发展的高速铁路，对施工要求“工完料尽，人走场清”，在道岔附近选择有利地形进行新道岔组装的工法又面临着巨大挑战，急需研制道岔分段组装、运输的设备，重点研究道岔运输超限问题，解决现场组装场地瓶颈;研制分段道岔收铺吊装设备，重点研究无轨情况下吊装设备的移动问题，道岔吊装移动中受力变形问题，解决道岔移动困难问题;研究道岔换铺作业工艺工法，解决现场组装场地瓶颈，道岔现场移动影响道岔质量，施工人员多，作业准备时间长等问题，提高换铺质量和劳效，降低作业安全风险。

【参考文献】

[1]铁建设函（2007）1306号，关于印发《铁路道岔有效设计图纸目录》的通知.

[2]运基线路（2010）584号，关于印发《客运专线道岔有效设计图纸目录》的通知.

[3]楊忠吉，《现代铁路线路大修及工艺发展方向》，北京，中国铁路总公司工电部，2018.

[4]王树国，客运专线18号有砟道岔铺设机验收标准的研究，北京，铁道科学研究院，2006.

[5]穆长江，《机械化更换道岔施工组织探讨》，山东济南，济南集团公司工务部，2018.

[6]原铁道部文件铁运（2006）146号《铁路线路修理规则》.

[7]原铁道部运输局《铁路线路大修技术条件》.