高速鐵路道岔機械化鋪換發展展望

陳躍順

【摘 要】結合我國高速鐵路道岔的發展歷程，研究既有線在用鐵路道岔的型號、尺寸和重量，國內小型道岔鋪換機組的運用情況，以及國際具有代表性的設備設計理念，分析適應我國國情的長大型高速道岔鋪換設備的發展趨勢及需要解決的設計難題。

【關鍵詞】道岔鋪換;機械化;工法

中圖分類號： U216.425 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）23-0001-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.001

1 現狀分析

目前鐵路成組更換道岔施工，各鐵路局大同小異，都是以人工更換輔以部分小型機械為主的模式，施工現場人山人海，很難保證施工安全和質量。新線建設中，各施工單位也基本都采用傳統的道岔鋪設方法，即在道岔原位鋪砟整平壓實后，進行道岔組裝、調試后整體起升，然后上砟整道，施工場地占用多、施工周期長。我國是世界鐵路運量、密度較大的國家之一，鐵路道岔與線路的比例大，道岔基數大，道岔養護及更換的需求量巨大。

由于道岔結構復雜，使用壽命遠低于正線，是線路中的薄弱環節之一，也是制約列車運行速度和行車安全的關鍵設施。現場組裝場地受限，并且道岔現場移動影響道岔質量、施工人員較多、作業準備時間長等問題，提高換鋪質量和勞效，降低作業安全風險，鐵路道岔區域機械化維修施工工法及設備急需研究。

隨著大規模客專線的建設，新型客專道岔的發展，整組道岔重量及道岔全長都大幅增加，對道岔鋪設質量要求較高。由于道岔裝配工程量大、使用頻率高、養護周期短等特點，道岔快速更換已發展成為制約高速鐵路正常營運的瓶頸，小型鋪換設備已經無法滿足現場施工的需要。迫切需要研制出鐵路道岔區域道床機械化維修施工工法及設備，利用有限的“封鎖天窗”時間，快速地實現道岔大修施工，實現對應鐵路線路道岔的機械化更換。

2 高速鐵路道岔的發展及型號

國外的高速鐵路發展起步較國內更早，在高速鐵路道岔的研究和使用方面也積累了豐富的經驗，當然也形成了技術較為成熟的產品。其中以德國、法國以及日本為代表。目前除日本新干線外，其它國家的高速鐵路基本上都是采用德、法兩國的技術，如西班牙、意大利、韓國、荷蘭及國內臺灣高鐵等。德、法兩國的高速道岔自成技術體系，互不兼容，其設計參數取值、道岔平面布置及尺寸、結構、岔枕、電務轉換設備均不相同，沒有互換性。德國的高速道岔主要由BWG公司生產，代表產品為18、39.11、50號等;法國的高速道岔主要由COGIFER公司生產，代表產品為18、41、65號等。

在我國高速鐵路發展初期，尤其是在京津武廣線、鄭西線等無砟線路上大量使用德國、法國技術的高速道岔，隨著我國道岔研制水平的提高，大量自主研發的道岔型號開始使用。

我國的高速道岔研究在上世紀90年代就完成了設計圖，但沒有進行試制。2000年，為我國第一條最高速度超過200km/h的秦沈客運專線鐵路建設，國內首次研制開發了秦沈60kg/m鋼軌18號和38號高速道岔。2005年，我國開始研制250km/h和350km/h客運專線鐵路用高速道岔，成功研制了60kg/m鋼軌18、42、62號高速道岔。

為了統一和規范客運專線站場設計，促進道岔型號的合理選用，切實提高客運專線的道岔裝備水平，原鐵道部分別于2007年、2010年先后兩次印發了《鐵路道岔有效設計圖紙目錄》[1]和《客運專線道岔有效設計圖紙目錄》[2]對道岔種類及圖號進行了規范。規范后新建正線以我國自主研發的60kg/m鋼軌12號、42號單開道岔為主，30號、38號道岔限于專線及大修使用，而德國、法國引進道岔則逐步被自主研發、更加適合中國鐵路現狀的國產道岔所替代。

目前國內鐵路道岔行業主要有五家單位：鐵建重工道岔分公司（在湖南株洲）、中鐵寶橋集團（在陜西寶雞）、中鐵山橋集團（在河北山海關）、新鐵德奧（中德合資公司，在山海關）、唐山中鐵亨通道岔有限公司（唐山）。其中以鐵建重工道岔分公司的在售鐵路道岔型譜最全，圖表2為鐵建重工道岔分公司2019年在售道岔矩陣圖。

3 機械化施工的發展歷程

2018年12月在北京召開的“2018年鐵路線路大修學術研討會”上，中國鐵路總公司工電部楊忠吉作了《現代鐵路線路大修及工藝發展方向》[3]的專題報告，重點闡述了近十年來我國鐵路線路大修的歷程，鐵路線路大修為適應鐵路發展，需要以大型養路機械為代表的線路大修施工技術裝備不斷發展和完善，施工工藝流程不斷優化，基本實現了施工作業機械化，為工務線橋結構現代化、管理科學化打下了堅實基礎。提出了鐵路線路大修是體現“施工作業機械化”的主戰場的重要論斷。

目前世界上擁有成熟高速道岔技術的國家都很重視道岔的鋪設，視其為完整道岔技術的關鍵組成部分，與道岔的設計和制造環節并重[4]。我國鐵路成組道岔施工，仍是以人工更換輔以部分小型機械為主的模式，施工工藝方法有原位鋪設法和整體移位鋪設法兩種。原位鋪設法，即道岔部件散件運輸至鋪設現場（撤叉部分保持出廠狀態，不允許拆卸分解），在具體的鋪設地點將散件組裝成整組道岔。該方法的缺點是所需施工天窗時間較長、作業人員較多、施工質量控制困難、遺留工作量大，一般多在新鋪時使用，大修時較少使用。整體移位鋪設法，即道岔在工廠內組裝，分段運輸，采用專用施工機械現場拼接鋪設，或采用散件運輸，在施工現場設置專用組裝平臺進行組裝，再采用專用施工機械整體移位至鋪設地點進行鋪設的方法。該方法因不考慮冗長的道岔散件組裝時間，且鋪設質量能夠得到有效保證、岔內鋼軌焊接或膠接同步實施、道岔鋪設后遺留工作量較小等優點，而被廣泛采用。由于國內暫時沒有成組道岔的運輸設備，實際施工時多采用就近搭設專用組裝平臺，然后整體移位的方式進行施工。

1997年鐵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鋪設，該方式需要大量人工及使用齒條壓機多次頂起道岔，對施工的人身安全影響很大，加之施工過程中道岔受力不均，對道岔結構有較大影響。鐵路提速改造時，由于新道岔為混凝土岔枕，整組道岔重量大幅增加，整組起、落、平移時，傳統的起道機具幾乎不可能完成施工任務，這時候應運而生的是小型液壓道岔鋪換設備，該類道岔起道機起落及移動道岔靈活、穩定、迅速，使道岔鋪換作業更安全更快捷高效，輔以挖掘機清除既有道床（更換新道砟），施工質量得以保證。尤其是隨著大規模客運專線建設和新型客專道岔的發展，整組道岔重量及道岔全長繼續大幅增加，對道岔鋪設質量要求較高，小型設備無法滿足需要，我國鐵路開始引進使用吉斯瑪道岔鋪換設備，全路以濟南局、南昌局為代表，經過多年的探索，初步形成了一套適應我國鐵路既有線施工的工藝流程。

4 國內典型道岔鋪換設備生產廠家及其產品介紹

4.1 鐵建裝備

鐵建裝備致力于為使用者提供鐵路養護的系統解決方案，建立了全面的產業鏈，包含設計開發、生產制造、銷售、培訓、服務、大修、鐵路養護施工及零配件生產，為中國鐵路歷次大面積提速擴能、保障運輸安全、加速技術進步、推進工務修程修制改革發揮了重要作用。以法國GEISMAR（即吉斯瑪）道岔鋪換設備為原型，由鐵建裝備技術引進吸收、制造及修理的上、下位機式道岔鋪換設備，適應道岔大型化、施工精細化、靈活性較高的機械。該設備可用于成組更換單開或復式交分道岔。每套設備有8個移動單元及2組50m長的臨時軌道組成，每個單元又由一個可伸縮道岔更換機械（PEM）和一個運輸臺車（LEM）組成。PEM為可伸縮的橋式臺架，統稱為上位機;LEM是可負重20t運行的運輸小車，統稱為下位機。原則上，依據不同道岔的長度，以端頭懸出長度不超過3米、中間兩臺上位機的間距不超過10米（對于木枕道岔，間距不超過15米）的方式，選定上位機及相應的下位機臺數，從而確定道岔采用整體換鋪還是分段換鋪。

4.2 沈陽業興鐵路工務器材廠

沈陽業興鐵路工務器材廠作為一家小型養路機械提供商，其CPH-2100液壓道岔鋪換機組和YDQ-1型道岔鋪換機組，采用起道裝置配合橫移輔助鋼軌、縱移輔助鋼軌的作業模式，以其設備輕便靈活、購置成本低廉等優勢，在北京鐵路局、濟南鐵路局、沈陽鐵路局、哈爾濱鐵路局、蘭州鐵路局、昆明鐵路局、中鐵二局等均有配備。

其中CPH-2100液壓道岔鋪換機組一般以每臺泵站帶四臺起道油缸即“一拖四”的方式，配合液壓橫移和縱移絞車，由于設備較小，便于公路運輸和現場的搬運，施工組織較靈活。根據道岔號數的不同，可按推薦的設備配比進行設備配置。

YDQ-1型道岔鋪換機組由5臺YQJ-250型液壓起道機、2臺YQBJ-250型液壓起撥道機、14臺走行滑輪小車組成，一次最大撥道橫移量150mm，能使一組12號單開道岔基本就位后，快速撥正方向，使道岔迅速合龍保證整組道岔的平順性。

5 國外典型道岔鋪換設備生產廠家及產品介紹

5.1 普拉賽WM500U型道岔鋪換機組

奧地利普拉賽公司作為全球最大的養路機械提供商，其設備幾乎代表了世界鐵路養路機械的先進水平。由普拉賽公司生產的WM500U型道岔鋪換機組，包括WTW道岔運輸車、PK1道岔提升裝置和PK2道岔舉升裝置。其設計理念為將在道岔工廠加工并預裝好的道岔或道岔組件，先進行分段運輸，在時間緊迫的施工現場卸載并快速鋪換。WTW道岔運輸車主要負責將組裝完成的道岔件由制造廠運輸至施工現場，其基本工作原理為道岔組裝件首先以水平位置固定在裝載平臺上，然后液壓缸將裝載平臺翻轉到所要求的傾斜位置以保證其不超出車輛限界。PK1道岔提升裝置、PK2道岔舉升裝置分別為帶履帶行走和不帶履帶行走的舉升裝置，能實現在沒有軌道的地面上行駛。由于諸多因素的限制，該設備并未實際運用，也未進入中國市場。

5.2 德國Kirow公司旗下DESEC TRACKLAYER 1200型履帶式軌排移動鋪換設備

DESEC TRACKLAYER 1200型履帶式軌排移動鋪換設備由德國Kirow公司生產。單機長18.5m，最大工作長度可達28.5m，支腿間最大展寬可為4.7～5.5m，起重能力為36～40t，適用于道床長度小于36m的軌排作業，理論上可多機聯合作業來實現對更長更重軌排的搬運。該機采用柴油動力、靜液壓傳動技術，具有無線電遙控和發動機故障備份系統。該機運用上最大障礙為線路條件，需要考慮道床寬度足夠履帶裝置通過，且機器行駛路徑上無接觸網桿等障礙物（或者事先拆除）。

該類型的履帶式軌排移動鋪換設備具有一定的國際市場，印度鐵路局就曾引進過類似設備，在2018年的印度國家鐵路局發布的集采計劃中，就有擬采購16組履帶式軌排移動鋪換設備。印度鐵路局在用設備中，也有16組該類型設備，考慮到印度鐵路總里程僅有6.5萬公里，設備保有量并不低，足以表明該類型設備在印度鐵路系統有較大的運用市場。圖6為印度鐵路局在用設備現場作業照片。

6 結束語

鐵建裝備現有上位機、下位機式道岔鋪換設備，在一定程度減少了配合人工，為機械化更換長大型道岔提供了可能性，但是因設備及施工組織的原因，并未在全路推廣使用。該設備在國內的用戶主要為南昌局和濟南局，其中最具代表性的為2014年濟南局在鋪設新建青榮城際鐵路引入膠濟客專墨站的混凝土枕60kg/m-1/42道岔時，將兩組16個單元整合在一起，成功的在既有線鋪設了自重212t、全長172.495m的42號道岔，同以往鋪設的該類道岔的施工工藝相比，避免了移動電氣化鐵路接觸網支柱，長距離移動整組道岔不再是難題，不但節省了施工費用，更重要的是極大的減少了對運營線路的影響[5]。沈陽業興鐵路工務器材廠生產的CPH-2100型道岔鋪換機組以輕便靈活、購置成本低廉的優勢，作為人工鋪換道岔的輔助性設備，較好地降低了勞動強度和提高了鋪換工作效率。

隨著大規模客專線建設和新型客專道岔的發展，整組道岔重量及道岔全長繼續大幅增加，對道岔鋪設質量要求越來越高，小型設備無法滿足需要。特別是提速道岔的運用，給鐵路帶來了飛躍式的發展，也帶動了國家經濟到了另一個新的平臺，同時也給各鐵路局提出了針對提速道岔的鋪設的難題。尤其是近年來快速發展的高速鐵路，對施工要求“工完料盡，人走場清”，在道岔附近選擇有利地形進行新道岔組裝的工法又面臨著巨大挑戰，急需研制道岔分段組裝、運輸的設備，重點研究道岔運輸超限問題，解決現場組裝場地瓶頸;研制分段道岔收鋪吊裝設備，重點研究無軌情況下吊裝設備的移動問題，道岔吊裝移動中受力變形問題，解決道岔移動困難問題;研究道岔換鋪作業工藝工法，解決現場組裝場地瓶頸，道岔現場移動影響道岔質量，施工人員多，作業準備時間長等問題，提高換鋪質量和勞效，降低作業安全風險。

【參考文獻】

[1]鐵建設函（2007）1306號，關于印發《鐵路道岔有效設計圖紙目錄》的通知.

[2]運基線路（2010）584號，關于印發《客運專線道岔有效設計圖紙目錄》的通知.

[3]楊忠吉，《現代鐵路線路大修及工藝發展方向》，北京，中國鐵路總公司工電部，2018.

[4]王樹國，客運專線18號有砟道岔鋪設機驗收標準的研究，北京，鐵道科學研究院，2006.

[5]穆長江，《機械化更換道岔施工組織探討》，山東濟南，濟南集團公司工務部，2018.

[6]原鐵道部文件鐵運（2006）146號《鐵路線路修理規則》.

[7]原鐵道部運輸局《鐵路線路大修技術條件》.