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1、21铁路客运专线中国铁路 CHINESE RAILWAYS 2007/8P a s se n g e r-d e d ic ate d L in e1 国外高速铁路道岔技术概况1.1 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 10 km/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。高速道岔设计的关键还要保证高速列车通过道岔
2、的平稳性和旅客乘坐的舒适性。 在高速道岔设计、 制造、 运输、 铺设、 养护等环节中， 国外将道岔的高平顺性和其部件间的精密配合视为最重要的指导思想， 在平面线型和结构设计方面做了大量的理论创新和实验研究。 基于轮轨关系， 合理设计尖轨和心轨的摘 要 ： 国外高速铁路设计理念以安全性为第一要求， 以提高旅行舒适度为首要设计指标。 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 250 km/h 和 350 km/h 客运专线道岔技术特点、 道岔的主要设计参数和平面线性、 通用性进行了分析， 提出客运专线道岔结构中转辙器、 辙叉、 道岔
3、区轨下基础、 扣件系统、 转换和锁闭设备的技术性能和要求， 并根据试验结果优化道岔设计， 推进道岔的升级和更新换代。关键词 ： 客运专线道岔 ； 技术研究 ； 高速道岔结构特征 ； 道岔设计王树国 ： 铁道科学研究院铁道建筑研究所， 助理研究员， 北京， 100081顾培雄 ： 铁道科学研究院铁道建筑研究所， 研究员， 北京， 100081客运专线道岔技术研究铁路客运专线P a s se n g e r-d e d ic ate d L in e22 中国铁路 CHINESE RAILWAYS 2007/8降低值， 同时控制尖轨和心轨的不足位移， 保证道岔的高平顺性。 道岔的铺设由专业化队伍使
4、用专用机械铺设， 并及时维修和定期打磨。 由于采取了这些有效措施和道岔的逐代改进优化， 使列车通过道岔的平稳性和旅客乘坐的舒适性接近或达到区间线路行车水平。 高速道岔部件间的精密配合也是保证高平顺性和良好工作状态的关键技术之一， 因此要严格控制包括岔枕在内的各部件制造工差与装配误差。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。高速道岔设计以提高旅行舒适度为首要设计指标， 主要平面设计参数为
5、未被平衡离心加速度 和未被平衡离心加速度时变率 。 在侧向允许通过速度较高的大号码道岔中， 道岔侧线采用三次抛物线与圆曲线的组合线型 （德国为缓 + 圆 + 缓， 法国为圆 +缓）， 并控制其欠超高时变率。1.2 高速道岔结构特征（ 1 ） 转辙器。 法国 （ 60 D ） 和德国 （ Zul - 60 ） 高速道岔的尖轨采用整根 AT 轨加工制造， 日本的 38 # 道岔的尖轨 （ 80 S ） 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 3 mm
6、。 法国道岔尖轨尖端降低值为17 mm ， 德国为 16 mm ， 日本为 22 mm 。法国高速道岔尖轨在顶宽 42 mm 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。 德国采用 FAKOP 技术将轨距加宽 15 mm ， 使轮对左右两车轮的滚动半径趋于相同， 避免激扰蛇形运动， 同时加大尖轨厚度， 提高尖轨的耐磨性。 德国和法国在尖轨跟端采用了窄小的弹性扣件， 扣压力为10 12 kN ， 日本采用刚性扣件。 德国在尖轨跟端设置多个限位器， 日本采用间隔铁结构。 法国认为， 尖轨伸缩时， 限位器处产生扭矩， 易造成尖轨变形， 所以不设限位器或间隔
7、铁结构。（ 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 UIC 60 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。（ 3 ） 高速道岔扣件系统。 德国、 法国高速道岔采用分开式扣件。 法国主要采用 Nabla 弹片式扣件， 扣压力为10 12 kN ， 道岔区轨距不可调， 并采用刚性滑床台板， 滑床板对基本轨的扣压件为形状， 扣压力为 1
8、2 kN ， 安装简单方便。 德国高速道岔弹性扣件主要采用 Vossloh 弹条扣件， 扣压力为 10 12 kN ， 低刚度的弹性基板是其特色之一， 扣件与钢轨间不调距，以保证钢轨方向稳定， 调距主要是通过铁垫板钉孔内的偏心块。 德国的转辙器部分采用了可拆卸滑床台板， 台板下设置垫片 , 方便基本轨的安装和拆卸。（ 4 ） 岔区轨下基础。 德国、 法国的道岔基础可分为有碴道床混凝土岔枕基础和整体道床基础两大类。 法国以有碴道床混凝土岔枕基础为主， 德国有碴道床混凝土岔枕基础和整体道床基础共同发展。 德国在列车运营速度 220 km/h 的线路上重点发展整体道床基础， Rheda 2000 整
9、体道床是主要发展方向。 为便于运输， 混凝土岔枕长度超过 3.2 m 时， 采用铰接式结构。 德国有一些高速道岔铺设在有碴轨道上， 为便于运输和减少长岔枕对有碴道床的拍打作用， 一般采用铰接式岔枕。2 客运专线道岔技术特点2.1 250 km/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 80 km/h 、 160 km/h 。运营条件为 ： 客车最高速度为 250km/h ， 轴重不大于 170 kN 。 货车最高速度为 120 km/h ， 轴重为 230 kN 。250 km/h 客运专线道岔研制应在 200k
10、m/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， 250 km/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、 心轨和客运专线道岔技术研究 王树国等23铁路客运专线中国铁路 CHINESE
11、RAILWAYS 2007/8P a s se n g e r-d e d ic ate d L in e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。2.2 350 km/h 客运专线道岔技术特点（1） 研究对象。 350 km/h客运专线道岔用于客运运输， 侧向通过速度为 80km/h 、 160 km/h 、 220 km/h 。 运营条件为 ： 动车组最高速度 350 km/h， 轴重不大于 170 kN 。 350 km/h 客运专线道岔以无碴轨道为主。（2） 技术关键。 350 km/
12、h 客运专线道岔除具有 250 km/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 160 km/h 、 220 km/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 350 km/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
13、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。3 客运专线道岔总体技术方案3.1 主要设计参数和平面线性轨距为 1 435 mm 的线路， 道岔区轨距构造加宽不应大于 15 mm ， 最高速度 250 km/h 线路的线间距为 4.6 m，最高速度 350 km/h 线路的线间距为5 m。 年最大轨温差 100 。 有碴道岔枕间距为 600 mm ， 无碴道岔枕间距为625 mm 。 平面设计参数 ： 未被平衡 的离心加速度最大容许值 0.5 m/s2，未被平衡的离心加速度增量最大容许值 0.5 m/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
14、， 250 km/h 有碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取 5070 kN/m ，250 km/h 无碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取 3050 kN/m ， 350 km/h无碴道岔岔区钢轨支点刚度拟选取2030 kN/m ， 并要对降低轨道刚度继续进行研究。侧向通过速度 80 km/h 的道岔号码为18#， 采用单圆曲线（见图 1 ），侧向通过速度 160 km/h 的道岔号码为 42#， 侧向通过速度 220 km/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。 3 种型号道岔的平面参数见表 1。正线与到发线的连接采 用 18 # 道岔，车站咽喉区两条正线间的渡线
15、道岔按功能需要选用18#或 42#道岔， 正线与联络线连接的转线道岔按功能需要选用 42#或 62#道岔。3.2 通用性要求尽量减少道岔型号，侧向通过速度相同的道岔号数、线型及平面主要尺寸应统一。无论有碴道床基础或无碴轨道基础、 4.6 m 或 5.0 m 线间距离、 250 km/h 或 350 km/h 运行速度， 侧向通过速度相同的道岔号码、平面线型、主要尺寸、枕间距及牵引点安装位置均保持固定不变。为了保证 4.6 m、5 m 线间距的道岔具有良好的通用性， 按 4.6 m 的线间距进行设计， 在线间距 4.6 m 以上时插入相应的直线段。对不同的运行速度和运用条件，客运专线道岔的尖轨、
16、心轨的降低值、扣件系统刚度、过渡段长度有所不同。基于上述通用性设计理念，客运专线道岔号码、平面线型和主要尺寸有 3 种 （对应 于 3 种侧向速度 ） ， 道岔表 1 道岔平面参数客运专线道岔技术研究 王树国等14351435rr143561 048=1100mm铁路客运专线P a s se n g e r-d e d ic ate d L in e24 中国铁路 CHINESE RAILWAYS 2007/8的枕间距及牵引点布置是不变的， 可变的部分只是扣件系统的结构和刚度、 轨下基础及尖轨、 心轨顶面降低值 （根据运营条件确定）。 引进国外侧向速度 80 km/h 的 18 # 道岔的长度、前长、 后长应与我国自主研发的道岔相同， 引进国外侧向速度 160 km/h 、220 km/h 的高速道岔在采用相同线型（圆 + 缓或缓
