國(guó)內(nèi)客運(yùn)高速鐵路道岔技術(shù)淺析

劉清臣

引言：本文在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)客運(yùn)專線道岔建設(shè)和運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，提出我國(guó)客運(yùn)專線道岔技術(shù)方案，對(duì)250km/h和350km/h客運(yùn)專線道岔技術(shù)特點(diǎn)、道岔結(jié)構(gòu)中主要部件設(shè)計(jì)參數(shù)和性能的改進(jìn)提出了方案。

一、國(guó)外高速鐵路道岔技術(shù)概況

（一）設(shè)計(jì)理念

在國(guó)外高速鐵路道岔設(shè)計(jì)中，采用多項(xiàng)安全保證措施，以確保高速列車運(yùn)行的安全性。一是按直向設(shè)計(jì)速度增加10%、側(cè)向設(shè)計(jì)速度增加10km/h進(jìn)行高速道岔理論檢算及實(shí)車試驗(yàn)考核，以保證列車按設(shè)計(jì)速度通過道岔時(shí)的安全性；二是有可靠的鎖閉、密貼檢查及監(jiān)測(cè)設(shè)備；三是采用成熟、合理的無縫道岔技術(shù)；四是保證尖軌、心軌等關(guān)鍵部件有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備。

德國(guó)、法國(guó)在線型比選、軌距動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)等方面采用了動(dòng)力仿真軟件，在道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換計(jì)算方面采用有限元分析程序。部件性能和道岔整體動(dòng)力性能分別在室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量試驗(yàn)，通過試驗(yàn)反饋和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，不斷完善和提高道岔的技術(shù)性能。

（二）高速道岔結(jié)構(gòu)特征

1.轉(zhuǎn)轍器。法國(guó)（60D）和德國(guó)（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(guó)設(shè)計(jì)高速道岔時(shí)，在輪軌動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用1：20的軌底坡，德國(guó)和日本采用1：40的軌底坡。各國(guó)道岔尖軌尖端均采用藏尖結(jié)構(gòu)，深度均為3mm。法國(guó)道岔尖軌尖端降低值為17mm，德國(guó)為16mm，日本為22mm。法國(guó)高速道岔尖軌在頂寬42mm處開始降低，以降低軌距不平順區(qū)段的長(zhǎng)度，減少蛇行運(yùn)動(dòng)的距離，提高列車運(yùn)行的平穩(wěn)性。

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

二、客運(yùn)專線道岔技術(shù)特點(diǎn)

（一）250km/h客運(yùn)專線道岔技術(shù)特點(diǎn)

1.研究對(duì)象。直向通過速度250km/h客運(yùn)專線道岔用于客貨共線鐵路，側(cè)向通過速度為80km/h、160km/h。運(yùn)營(yíng)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(yùn)專線道岔研制應(yīng)在200km/h提速道岔及秦沈客運(yùn)專線道岔基礎(chǔ)上進(jìn)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)通用性要求。

2.技術(shù)關(guān)鍵。根據(jù)秦沈18#和38#道岔的使用情況，250km/h客運(yùn)專線道岔要解決兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。一是解決外鎖閉機(jī)構(gòu)對(duì)尖軌及心軌大伸縮位移的適應(yīng)性。道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減少心軌和尖軌的伸縮位移，轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)針對(duì)秦沈線出現(xiàn)的卡阻問題對(duì)外鎖閉結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。二是解決尖軌及心軌的不足位移。不足位移的存在會(huì)導(dǎo)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(dòng)態(tài)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(duì)列車運(yùn)行的平穩(wěn)性影響很大，

應(yīng)給予足夠重視。

（二）350km/h客運(yùn)專線道岔技術(shù)特點(diǎn)

1.研究對(duì)象。350km/h客運(yùn)專線道岔用于客運(yùn)運(yùn)輸，側(cè)向通過速度為80km/h、160km/h、220km/h。運(yùn)營(yíng)條件為：動(dòng)車組最高速度350km/h，軸重不大于170kN。350km/h客運(yùn)專線道岔以無碴軌道為主。

2.技術(shù)關(guān)鍵。350km/h客運(yùn)專線道岔除具有250km/h客運(yùn)專線道岔的技術(shù)特點(diǎn)，還應(yīng)對(duì)以下關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并取得突破。一是研制雙肢彈性可彎心軌，應(yīng)用于側(cè)向通過速

度為160km/h、220km/h的大號(hào)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(qū)剛度的合理取值，并通過合理設(shè)計(jì)扣件系統(tǒng)的剛度實(shí)現(xiàn)岔區(qū)剛度的均勻化。四是研制適用于無碴軌道的可調(diào)距、調(diào)高并具有高彈性的扣件系統(tǒng)。五是創(chuàng)建350km/h道岔動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論，分析行車安全性、平穩(wěn)性和舒適性，根據(jù)輪軌關(guān)系設(shè)計(jì)尖軌與基本軌、心軌與翼軌的匹配結(jié)構(gòu)。另外，心軌跟端結(jié)構(gòu)、道岔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、道岔制造工藝及系統(tǒng)集成等技術(shù)難題在客運(yùn)專線道岔研發(fā)中也要給予足夠的重視。

三、客運(yùn)專線道岔總體技術(shù)方案

軌距為1435mm的線路，道岔區(qū)軌距構(gòu)造加寬不應(yīng)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(shè)計(jì)參數(shù)：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(qū)采用1：40軌底坡與區(qū)間線路一致。根據(jù)客運(yùn)專線區(qū)間扣件系統(tǒng)剛度研究成果，250km/h有碴道岔岔區(qū)鋼軌支點(diǎn)剛度擬選取50～70kN/m，250km/h無碴道岔岔區(qū)鋼軌支點(diǎn)剛度擬選取30～50kN/m，350km/h無碴道岔岔區(qū)鋼軌支點(diǎn)剛度擬選取20～30kN/m，并要對(duì)降低軌道剛度繼續(xù)進(jìn)行研究。側(cè)向通過速度80km/h的道岔號(hào)碼為18#，側(cè)向通過速度160km/h的道岔號(hào)碼為42#，側(cè)向通過速度220km/h的道岔號(hào)碼為62#，42#和62#道岔側(cè)線采用緩和曲線與圓曲線組合型。

四、客運(yùn)專線道岔制造、鋪設(shè)與試驗(yàn)

（一）制造和組裝

道岔制造廠家應(yīng)樹立高品質(zhì)、高精度的質(zhì)量意識(shí)，針對(duì)客運(yùn)專線道岔特點(diǎn)，對(duì)道岔生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)關(guān)鍵工藝重點(diǎn)攻關(guān)，提高技術(shù)裝備及工藝水平，滿足客運(yùn)專線道岔制造要求。道岔供應(yīng)商是道岔產(chǎn)品的總集成單位，對(duì)道岔產(chǎn)品總體負(fù)責(zé)，要嚴(yán)格控制自制部件的質(zhì)量，對(duì)所采購(gòu)的所有道岔部件和產(chǎn)品負(fù)責(zé)。道岔及轉(zhuǎn)換設(shè)備逐組進(jìn)行廠內(nèi)組裝，所有組裝均須在專用組裝平臺(tái)上進(jìn)行。

（二）鋪設(shè)

道岔鋪設(shè)是完整道岔技術(shù)中的關(guān)鍵組成部分，與道岔設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)并重。根據(jù)不同的鋪設(shè)條件，道岔采用原位鋪設(shè)法或移位鋪設(shè)法。道岔應(yīng)由配有相應(yīng)施工機(jī)具的專業(yè)施工隊(duì)伍鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)采用大型養(yǎng)路機(jī)械配合施工并加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量的嚴(yán)格控制，做到鋪設(shè)一次達(dá)到驗(yàn)收要求，禁止邊維修邊通行，防止給日后養(yǎng)護(hù)維修遺留難題。

（三）實(shí)車試驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)實(shí)踐

道岔設(shè)計(jì)理論是否正確，道岔制造、運(yùn)輸、鋪設(shè)完成后能否滿足動(dòng)車組按設(shè)計(jì)速度通過，其安全性、平穩(wěn)性、舒適性要通過實(shí)車試驗(yàn)和考核。在試驗(yàn)過程中，要合理設(shè)置試驗(yàn)內(nèi)容，豐富試驗(yàn)手段，認(rèn)真分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化道岔設(shè)計(jì)，推進(jìn)道岔的優(yōu)化升級(jí)和更新?lián)Q代。道岔投入運(yùn)營(yíng)后，設(shè)計(jì)人員和制造廠家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)道岔產(chǎn)品的跟蹤調(diào)查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)使用過程中出現(xiàn)的問題，分析并找出解決問題的辦法。

參考文獻(xiàn)

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

作者單位：北京鐵路局天津電務(wù)段