高速道岔的特点及发展

高速道岔的研究与发展中铁山桥集团有限公司2010年9月11/26/2023主要内容1.概述2.高速道岔的特点3.高速道岔的种类、特征和使用条件4.自主研发客运专线道岔的关键技术5.高速道岔的发展6.结语11/26/20231、概述11/26/20231客运专线道岔

道岔是指将一条铁路线分成两条或以上线路的轨道设备，主要由钢轨件、扣件和连接零件等组成。客运专线道岔是指客运专线铁路正线铺设的道岔，即通称的高速道岔。广义上的客专道岔除包括道岔本身外，还包括混凝土岔枕和转换设备。

11/26/20231.1国外高速道岔简介

国外的高速铁路已有几十年的发展史，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、法国为代表。目前除日本外，其它国家的高速铁路基本上都是采用德、法两国的高速道岔产品。

11/26/20231.2国内客运专线道岔的研发和引进

为满足国内客运专线建设的需要，2005年6月铁道部组织国内相关单位开展了客运专线道岔的国产化研发，目前时速250公里的18号道岔已于2006年12月，在第6次提速的郑武、沪宁线时速250km提速区段，和石太、甬台温、温福、福厦、广珠等客运专线应用。时速350km客运专线已在武广客运专线试验段乌龙泉车站上道4组，2009年1月通过了时速350km动车组的试验，道岔的平稳性、舒适性良好。60-42号道岔已在达成线上道试铺2组，并进行动力试验。11/26/20231.2国内客运专线道岔的研发和引进

2006年3月，铁道部针对十一条客运专线的正线用道岔进行招标，目前中铁山桥与德国BWG公司合资成立了新铁德奥道岔厂，为京津、武广、京沪等客运专线提供道岔。法国科吉富公司对中铁宝桥进行了技术转让，为合宁、武合、郑西等客运专线提供了道岔。本文重点介绍自主研发客运专线道岔的特点和关键技术。

11/26/20232、客运专线道岔的特点11/26/20232.1客运专线道岔的使用要求较高的容许通过速度高安全性高可靠性较高的旅客乘座舒适度较长的使用寿命较少的维护工作量道岔的轨下基础与区间轨道相匹配各系统相互协调。

11/26/20232.2客运专线道岔特点

道岔种类较为单一，以单开道岔为主。道岔号码较大，一般在18号以上，最大可达65号。道岔要具有高平顺性、高稳定性，保证列车平稳、舒适运行。辙叉普遍采用可动心轨辙叉。道岔适用于跨区间无缝线路。电务转换采用外锁闭装置。轨下基础采用混凝土长岔枕或道岔板，并与道床相匹配。道岔要具有较高的制造、组装、铺设精度。

11/26/20232.3客运专线道岔制造特点

需要专门的原材料，如钢轨等。具有较高的加工精度。按照专门的技术标准需专门的加工设备需专门的工艺、工装需要在厂内逐组组装道岔、混凝土岔枕、转换设备由道岔厂集成供货。

11/26/20232.4客运专线道岔铺设特点

道岔的装缷、铺设需采用专门的机械设备，不得采用目前的常规方法铺设客专道岔。客专道岔对铺设质量要求较高，需要专业的铺设队伍。客专道岔需严格按照相关文件的要求进行铺设，确保道岔的铺设精度。客专道岔铺设验交后，即需满足列车以设计速度通过的要求。11/26/20233、客运专线道岔的种类、

特征和使用条件

11/26/20233.1客运专线道岔的种类划分

客运专线道岔均为单开道岔，其种类可以按速度（包括直向容许通过速度和侧向容许通过速度）、轨下基础类型进行分类。按直向容许通过速度分为250km/h和350km/h两种。按侧向容许通过速度分为80、160、220km/h三种，其中规定侧向容许通过速度为80km/h的道岔，应采用18号，并规定了主要尺寸。按轨下基础分为有砟道床和无砟道床，道岔也分为有砟道岔和无砟道岔。无碴道岔的轨下基础分为混凝土岔枕和道岔板两种类型，但道岔本身相同。11/26/20233.1客运专线道岔的种类划分

表3.1自主研发客运专线道岔系列表道岔号数184262备注时速250km客运专线（无砟道床）客专线（07）001时速250km客运专线（有砟道床）客专线（07）004时速350km客运专线（无砟道床）客专线（07）009客专线（07）006客专线（08）013时速350km客运专线（有砟道床）客专线（08）016客专线（07）011侧向容许通过速度（km/h）8016022011/26/20233.2客运专线道岔的使用条件

按《客运专线道岔暂行技术条件的规定》，道岔的使用条件如下：轴重：时速350km客运专线为170kN。时速250km客运专线（旅客列车最高速度250km/h，货物列车最高速度120km/h）为230kN.线间距：时速350km客运专线为5m，时速250km客运专线为4.6m。最大年轨温差100℃。侧向160km/h的道岔用于4.6m线间距的渡线时，两道岔可以对接。轨下基础分为有砟道床与无砟道床。11/26/20234、自主研发客运专线道岔的关键技术11/26/20234.1道岔的平面设计

道岔的平面设计

道岔平面线型的设计主要与下列因素有关：道岔的使用条件。设计参数取值。渡线道岔的线间距。道岔号数.列车过岔时的动力性能。

11/26/20234.1道岔的平面线型和主要尺寸

18号道岔的平面线型：

18号道岔采用单圆曲线的平面线型，导曲线半径1100m，尖轨采用相离半切线的平面线型，相离离值12mm，尖轨在26.8mm断面作半切线。其主要优点列车侧向过岔时的舒适性较好，同时可以延长曲尖轨的使用寿命。

相离半切线的平面线型是中国高速道岔独有线型。11/26/20234.1道岔的平面线型

大号码道岔的平面线型

对于侧向通过速度较高的大号码道岔，当用于渡线时，由于两反向曲线间夹直线较短，为避免列车通过圆直点和直圆点时产生的冲击振动叠加，一般采用圆曲线与缓和曲线的组合平面线型，其中缓和曲线一般采用三次抛物线（或放射螺旋线），其优点是列车通过时未被平衡的离心加速度增量是常量。11/26/20234.1道岔的主要尺寸自主研发客运专线道岔主要尺寸表序号道岔名称道岔号数道岔总长（m）前长（m）后长（m）辙叉角度岔区道岔结构高度（mm）备注有砟无砟1自主研发1869.031.72937.2713°10′47.39″454423无砟岔枕按枕顶至钢筋底部的高度计2自主研发42157.260.57396.6271°21′50.13″45242311/26/20234.2客运专线道岔的结构设计11/26/2023客运专线道岔的结构设计原则优化轮轨关系，保证列车过岔时的平稳、舒适。保证道岔的高平顺性。提高道岔的稳定性。保证道岔具有合适的刚度，在整个岔区实现刚度的均匀化。工电接口应相互协调，保证道岔转换和锁闭的可靠性。道岔应适用于跨区间无缝线路，并与轨下基础相匹配。4.2道岔的结构设计11/26/2023

钢轨件尖轨、心轨用60D40钢轨制造（70kg/m），不采用中国60AT钢轨，断面尺寸见图4.1。其优点是高度较小，便于滑床板的结构设计，横向刚度较小，有利于减小扳动力。图4.160D40钢轨断面尺寸图4.2道岔的结构设计

根据高速道岔轮轨关系的研究成果，优化了尖轨的降低值设计，保证了列车高速运行时的平稳。11/26/2023尖轨跟端的传力结构尖轨跟端传力机构的作用是将导曲线钢轨的温度力传递给基本轨，以保证尖轨尖端的伸缩位移在规定的限度内。尖轨跟端的传力机构主要有限位器和间隔铁两种形式，当能够保证尖轨尖端的伸缩位移在允许范围以内时，也可以不设传力机构。4.2道岔的结构设计11/26/2023尖轨跟端的传力结构

国内自主研发的客专道岔按不同轨温差选用不同的传力结构。经无缝道岔计算，各种结构适用的轨温变化幅度如下：

传力机构类型允许温升（℃）允许温降(℃)

限位器

49

57

间隔铁

43

51

不设传力机构：45

45

4.2道岔的结构设计11/26/2023滑床板范围基本轨内侧的弹性扣压滑床板和护轨垫板采用弹性夹扣压基本轨，其优点是扣压力大，安装和拆卸均较为方便，见图4.3。图4.3施维格弹性夹

4.2道岔的结构设计11/26/2023滑床台板的减磨方案为减小扳动和不足位移，尖轨和心轨的滑床台板必须采取减磨措施。在滑床台板表面增设镍基合金自润滑复合镀层。对于尖轨部分，每隔3m左右设一对施维格辊轮滑床板。辊轮高高度可以无级调整，最大调高量达6mm，可以方便的保证辊轮与滑床台板的接触。4.2道岔的结构设计11/26/2023可动心轨辙叉的翼轨国内自主研发的客专道岔初期采用提速道岔和秦沈道岔的翼轨进行机加工，进度快，容易实现。18号道岔的翼轨通长采用特种断面钢轨制造，42号道岔的翼轨采用特种断面翼轨与普通60kg/m钢轨厂内焊接的方式。4.2道岔的结构设计11/26/2023可动心轨辙叉的翼轨图4.13特种翼轨断面图

图4.14心轨一动处翼轨加工示意图图4.15心轨一动工电接口示意图

4.2道岔的结构设计11/26/2023可动心轨辙叉的翼轨自主研发客专道岔的翼轨结构解决了长期存在的工电接口难题，不仅提高了翼轨的强度，也保证了翼轨尺寸的精确，有利于保证列车的平稳运行，具有较好的经济性。4.2道岔的结构设计11/26/2023心轨结构心轨均采用60D40钢轨组合的结构，具有制造简单、实现容易的特点，缺点是工电结合部的设计较为困难，整体性较差。但国内有多年的使用经验，技术相对成熟。

60D40钢轨拼装式心轨

4.2道岔的结构设计11/26/2023心轨结构国内自主研发客专道岔取消了心轨前端的转换凸缘，采用机加工的方式进行制造。心轨前端的结构示意见图4.21。

图4.21心轨前端结构示意图

4.2道岔的结构设计11/26/2023心轨结构时速350km道岔，心轨前端采用水平藏尖结构，见图4.22。图4.22道岔的水平藏尖结构

4.2道岔的结构设计11/26/2023心轨跟端结构自主研发的18号道岔尖轨跟端采用斜接头，与岔跟尖轨拼接，见图4.23。42号道岔采用双肢弹性可弯结构，见图4.24。图4.23心轨跟端的斜接头图4.24双肢弹性可弯心轨

4.2道岔的结构设计11/26/2023心轨防跳结构国内自主研发道岔的心轨采用顶铁扣压尖轨或心轨轨底和将心轨前端伸到间隔铁下二种方式防跳，见图4.26、图4.27。

图4.26顶铁防跳图4.27心轨前端的防跳结构4.2道岔的结构设计11/26/2023翼轨跟端结构翼轨跟端结构是指翼轨与心轨或岔跟尖轨的连接方式，主要用来固定心轨并将心轨的温度力传递给翼轨。国内自主研发客专道岔采用在翼轨与心轨或岔跟轨之间设置两个大间隔铁，并在厂内胶接的方式，见图4.29。图4.29翼轨跟端结构4.2道岔的结构设计11/26/2023翼轨跟端结构对于42号道岔，在岔后两心轨间，增设了两个间隔铁，并与大垫板相连。结构示意见图4.30。图4.3042号道岔后端心轨与大垫板的连接示意图4.2道岔的结构设计11/26/2023自主研发道岔扣件系统参数（1）扣压件扣压力不小于10kN。（2）防爬阻力大于10kN。（3）疲劳性能单组扣件的疲劳荷载为40kN，疲劳试验前后，钢轨纵向阻力减小≤20%垫板刚度变化≤25%，扣压力损失≤20%（4）两走行轨间绝缘电阻大于108Ω（干态）。（5）高低调整量+26、-4mm。4.2道岔的扣件系统11/26/2023自主研发道岔扣件系统参数

（6）钢轨左右位置调整量为-4～+2mm，轨距调整量为-8～+4mm，调整级别为1mm。（7）岔枕中预埋件的抗拔力大于100kN。（8）轨底坡为1:40。（9）系统刚度单股钢轨作用地段，扣件节点刚度分别为50kN/mm(有砟轨道)和25kN/mm(无砟轨道)，其它地段以轨道整体刚度均匀化原则分区段设置。

4.2道岔的扣件系统11/26/2023主要结构特征为：(1)结构为带铁垫板的弹性分开式结构；(2)扣压件为有螺栓弹条；(3)挡肩与钢轨轨底间设轨距块可用于调整和保持轨距；(4)钢轨与弹性铁垫板间设轨下橡胶垫板，主要起缓冲作用；(5)弹性铁垫板下部的弹性垫层起弹性作用；(6)弹性铁垫板与混凝土岔枕采用螺栓与预埋套管配合紧固方式联结；(7)弹性铁垫板与螺栓间设置缓冲调距块，既缓冲铁垫板对螺栓的横向冲击又可调整轨距；(8)垫板螺栓通过盖板扣压弹性铁垫板，盖板上附有弹性较好的橡胶垫圈，既不对弹性铁垫板产生较大压力也可防止垫板倾翻；(9)一般地段轨距调整无需备件，调整级别为1mm，可实现精细调整。

4.2道岔的扣件系统11/26/2023扣件系统结构图4.2道岔的扣件系统图4.40道岔区扣件系统结构组装图4.41道岔区扣件系统结构散件图11/26/2023扣件系统结构图4.2道岔的扣件系统图4.41道岔区扣件系统结构散件图11/26/2023轨距调整配置扣件系统具有-8～＋4mm轨距调整量，通过调整轨距块可实现-2～＋4mm的轨距调整，附以缓冲调距块的掉边可实现-8～＋4mm的轨距调整，调整无需备件，表4.2为轨距调整的具体配置。对滑床板和护轨垫板，通过更换不同号码的缓冲调距块实现。表4.3滑床板和护轨垫板处轨距调整具体配置。4.2道岔的扣件系统表4.2轨距配置表4.3滑床板和护轨垫板处轨距配置11/26/2023铁垫板铁垫板在钢轨中心线处的厚度为27mm，平垫板等承轨槽设有1：40的轨底坡。铁垫板下设有20mm存的弹性垫层。为保证垫板的使用性能，铁垫板与其下的弹性垫层均采用硫化处理。铁垫板的设计充分考虑了硫化工艺要求。由于道岔铁垫板的规格较多，设计中尽量减少了铁垫板的长度规格，同时根据铁垫板所处道岔中不同位置，每种规格均进行了专门的弹性设计，确保了整个岔区刚度的均匀化。4.2道岔的扣件系统11/26/2023铁垫板根据硫化工艺的需要，专门研制了橡胶材料的配方，提高了橡胶与铁垫板的粘结强度和橡胶的耐油性能。通过铁垫板与弹性垫层的硫化处理，提高了垫板的整体性，避免了铁垫板与弹性垫层之间的磨损及弹性垫层的变形，也有利于保证扣件系统的刚度和使用性能。4.2道岔的扣件系统11/26/2023无砟道岔与有砟道岔主要区别道岔的钢轨件和扣件基本相同。两者的主要区别是扣件系统刚度不同，混凝土岔枕不同。4.2道岔的结构设计11/26/2023时速250公里客专道岔与时速350公里客专道岔的区别对于18号道岔，由于时速350公里的18号道岔辙叉采用心轨藏尖结构，时速250公里的道岔不采用藏尖结构，因此两者的辙叉结构有所差别，图号也不同。对于城际铁路和没有货车运行的时速250公里客运专线，应采用时速350公里的道岔。42号两者无区别。4.2道岔的结构设计11/26/20234.3混凝土岔枕11/26/2023混凝土岔枕类型有碴道岔采用预应力全断面岔枕。无碴道岔采用带钢筋桁架的混凝土岔枕。岔枕内预埋塑料套管。有碴岔枕研究的重点是提高塑料套管的预埋精度和解决岔枕上拱度较大的问题4.3混凝土岔枕11/26/2023岔枕的断面及配筋为减少岔枕的上拱度，将岔枕的配筋,由改为14φ7改为16φ7mm，减小了预应力中心与岔枕截面重心的偏离，有效减少了岔枕的上拱度。4.3混凝土岔枕优化后的岔枕截面尺寸及配筋原设计截面尺寸及配筋11/26/2023自主研发无碴岔枕的设计

无碴道岔的岔枕采用带钢筋桁架的结构形式，以加强岔枕与道床的连接。主钢筋分别为Φ7.0mm的预应力钢丝4根，8根ф14mm的螺纹钢筋。其中4根ф14mm的螺纹钢筋与4根ф8mm的螺纹钢筋组成钢筋桁架，露出在混凝土截面的下方。4.3混凝土岔枕11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备转换设备的技术要求保证道岔的正常转换和表示。保证道岔转换后的可靠锁闭。适应道岔使用过程中尖轨、心轨一定范围内的伸缩。实现大号码道岔的同步转换。较少的现场养护维修工作量。

11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备转换设备的特点采用多机多点牵引方式。每个牵引点均采用钩形外锁闭装置。尖轨分动转换。适应S700K、ZYJ7、ZD9三种转辙机，转辙机均安装在岔枕上。在牵引点之间，设置密贴检查器。转换杆件安装在两岔枕之间。11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备自主研发客运专线道岔转换设备18号道岔尖轨设三个牵引点，心轨设2个牵引点。42号道岔尖轨设6个牵引点，心轨设3个牵引点。尖轨一动动程均为160mm。有碴道岔与无碴道岔转换设备相同。转辙机均安装在岔枕上。11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备道岔转换设备—心轨外锁闭装置

心轨钩型外锁闭主要锁闭杆、锁钩、锁闭框组成，锁闭框直接安装在翼轨上。11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备自主研发客运专线道岔转换设备—心轨外锁闭装置

11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备自主研发客运专线道岔转换设备—心轨外锁闭装置心轨二动外锁闭：

11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备自主研发客运专线道岔转换设备—大号码道岔的转换设计为满足自主研发的42号客专道岔尖轨伸缩位移较大的使用要求，目前国内也研究开发适应尖轨大位移伸缩的接头铁。

11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备自主研发客运专线道岔转换设备—大号码道岔的转换设计

42号道岔心轨二动、三动由于结构限制，采用如下的连接方式：

心轨二动外锁闭的连接心轨三动外锁闭的连接11/26/20234.4客运专线道岔的转换设备转换设备的特点：采用多机多点的牵引方式，提高了安全性，减少了养护维修工作量。在提速道岔和秦沈道岔转换设备的基础上，进行了优化改进，能够满足尖轨、心轨伸缩的要求。采用新型的心轨与转换设备的连接方式，有效的解决了4mm锁闭检查失效的问题，提高了设备的可靠性。研制了动程分别为220、190mm、170mm、120mm等的转辙机，较好的解决了大号码道岔尖轨转换的同步问题。转换杆件设在两岔枕之间，有碴道岔大机捣固时需拆除转换设备。

研制了道岔融雪设备。11/26/20235高速道岔的发展11/26/20235客运专线道岔的发展客运专线道岔目前存在的主要问题及下一步工作目标技术标准不统一，不利于站场设计和养护维修。牵引杆件安装在两混凝土岔枕之间，大机捣固时需拆除转换设备。为此需进一步研究工电接口，将转换杆件放在岔枕上或钢枕内。11/26/20235客运专线道岔的发展客运专线道岔存在的问题及下一步工作目标3、提高制造道岔的钢轨原材料质量水平。4、研究道岔的整体运输方案。5、进一步完善道岔铺设工艺，提高铺设质量。6、进一步完善技术标准。11/26/20236.高速道岔存在的主要问题及施工注意事项11/26