客運專線42號單開有砟道岔鋪設施工工法研究

楊菊山

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，昆明 650215）

1 高速鐵路用道岔

道岔是線路上的薄弱部分之一［1］，具有數量多、構造復雜、使用壽命短、限制車速、養護工作量大、行車安全性低、鋼軌和軌枕都較重等特點，其換鋪質量直接影響道岔的平順性和列車通過時的舒適性和安全性［2］。因此道岔換鋪施工一直是鐵路大修施工部門十分關注的課題。

隨著國內高速客運專線的發展，為適應線路提速的需求，42 號及以上大號道岔使用數量不斷增多。目前42號道岔以新建線路原位鋪設為主，既有線上42號道岔換鋪很少。本文對國內外的道岔換鋪現狀進行總結，同時對國內現有42號道岔的換鋪施工方法進行研究，對施工設備進行優化。以自主研發的時速350 km的60 kg/m 鋼軌42 號單開道岔（有砟，右開，道岔圖號為客專線（07）011，以下簡稱客專42號道岔）為例［3］，提出了一套完整客專42 號單開有砟道岔機械化換鋪施工工法。

2 客專42 號道岔結構特點和主要技術參數

客專42 號道岔由轉轍器、導曲線（第一和第二部分）和可動心軌轍叉及岔后長枕軌排3 部分組成［4-5］，其結構（岔枕未顯示）如圖1所示，相關參數見表1。

圖1 客專42號道岔組成部分示意（單位：mm）

表1 客專42號道岔（有砟）組件數據

該道岔依據基于質點運動和剛性運動的道岔設計原理，側線線型采用圓曲線加緩和曲線［6］，直向容許通過時速為350 km，側向容許通過時速為160 km。其全長157.20 m，寬4.72 m，高0.448 m。岔枕總計262根，道岔總質量（帶岔枕）211 t。岔內有14 個焊接頭，2 個膠結接頭，與正線連接有6個焊接頭，道岔接頭焊接采用鋁熱焊接。該道岔鋼軌散件最長為49.192 m，為第二部分導曲線鋼軌；最大質量11.858 t，為可動心軌轍叉鋼軌組件；分段軌排最長和最重均為導曲線第二部分，長度為49.19 m，質量為64.11 t。

3 客專42號道岔鋪設施工工法現狀

3.1 國外42號道岔鋪設研究現狀

世界上擁有成熟高速道岔技術的國家都很重視道岔換鋪。其基本施工方法是在工廠車間將從道岔生產廠家運輸來的道岔散件組裝成可運輸的2 段或3段道岔軌排，采用道岔運輸車運送到換鋪現場，用道岔換鋪設備進行道岔換鋪［7］。

國外道岔運輸車生產廠家主要有KIROW，Plasser＆Theure，MATISASA 公司，但是其運輸能力均有限。可查到的極限裝載寬度僅4.6 m，極限裝載長度僅26.0 m。因此42號道岔的導曲線第二部分軌排、轉轍器和可動心軌轍叉軌軌排均無法采用道岔運輸車進行運輸，現場分段換鋪42號道岔在國外未見工程應用和文獻報道。

3.2 國內42號道岔鋪設施工工法現狀

從秦沈客運專線開始，到目前已交工的部分客運專線，我國有砟42號道岔基本采用2種鋪設方法。

①新建線路42 號道岔鋪設采用原位鋪設法［8-11］。在岔位鋪砟整平壓實后，將道岔散件在岔位道床上組裝成分段道岔軌排，第一次精調后完成岔內焊接再整體起升，拆除平臺、道岔就位、上砟整道，進行道岔養護。

②既有線路道岔換鋪采用整體移位換鋪法。道岔散件運送到現場，利用站場內的空閑線路（滿足高低、軌向不平順均不大于2 mm）作為道岔組裝平臺或者在線路旁的空地上使用硬木板和空方形鋼搭設道岔組裝平臺，在平臺上完成道岔整體組裝和岔內焊接，在天窗時間點內采用專用施工機械整體移位至設計位置完成換鋪作業。

隨著客運專線的大規模建設，42 號等大號道岔主要用于高速線路與普速線路過渡聯絡線處。整組大號道岔重量及道岔長度大幅度增加，道岔換鋪質量要求也不斷提高，傳統小型設備無法滿足要求。我國開始引進使用吉斯馬道岔換鋪設備，同時昆明中鐵（鐵建裝備前身）研制CPH 型道岔換鋪設備，均用于既有線道岔換鋪。全路以濟南局為代表，經多年的施工探索，形成了適應我國既有線的道岔換鋪施工方法［12］。

目前國內道岔換鋪以12號道岔居多，其次為18號道岔，換鋪方法大體相同。42 號道岔及以上的道岔換鋪很少，主要是新建線路42 號道岔的鋪設，均采用原位鋪設法［9-11］。2014年濟南局在鋪設新建青榮城際鐵路引入膠濟客專即墨站的混凝土枕60 kg/m-1/42 號道岔時，將2 組16 個CPH 型道岔換鋪設備整合在一起，成功在既有線路上實現質量和長度分別為212 t，172.495 m 的 42 號道岔鋪設［12］。在此基礎上，濟南局分別在膠州北—馬店線路所和章丘站客運車場—五里堂線路所成功進行了多組既有線42 號道岔的換鋪施工，為后續42號及以上大號道岔換鋪研究提供了技術參考。研制開發鋪設客專大號道岔一體化機械化設備，集中整組拼裝，整組運輸，集中換鋪，節約封鎖時間，成為一種趨勢［10］。

4 客專42號道岔現場換鋪施工工法

客專42號道岔換鋪時，須事先在預留的永久性預鋪場地上預鋪好整組道岔，在天窗點內利用換鋪設備整體橫移的機械化插鋪方式來換鋪道岔。此工法分為3個部分。

4.1 整體預鋪法

預鋪平臺是新建線路時規劃預留的永久性道岔預鋪場地。須在預鋪平臺上鋪上適當厚度的底砟并進行勻砟、平砟、碾壓等處理，平整度應滿足用3 m 靠尺測量時不大于10 mm，道砟密度大于1.7 g/cm3，具體要求見TB 10754—2010《高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準》。

利用汽車吊車將公路運輸來的道岔散件吊卸、擺放到預鋪場地砟面上，進行道岔組裝、調試和岔內焊接，組裝并焊接成整組道岔軌排。此施工不占線，不受天窗時間限制。

道岔整體預鋪流程見圖2。

圖2 道岔整體預鋪流程

上述工序中鋼軌件吊裝是管控重點。吊裝采用20 m 專用柔性多點吊具和柔性吊帶，2個吊點（最大跨度為6 m）之間撓度不應超過100 mm，對于可動心軌轍叉組裝件撓度不應超過20 mm。長度小于等于32 m的軌件采用一個吊具吊裝，大于32 m 軌件和可動心軌采用2 個吊具進行吊卸。以可動心軌為例，組件長30.59 m，共設6個吊點，采用2個20 m 專用吊具吊卸，吊點位置設置如圖3所示。

圖3 42號道岔可動心軌組件吊點位置示意（單位：mm）

4.2 換鋪設備（上位機）吊卸、擺放作業、新道岔起吊、橫移試驗

在道岔預鋪完成之后換鋪天窗點前一天，利用軌道吊將軌道共用平車運來的換鋪設備（上位機）吊到預鋪好的42號新道岔上，并進行道岔起吊、橫移試驗。換鋪設備吊裝作業及起吊試驗施工工藝流程累計工時240 min。

4.3 天窗點內整組預鋪好的42號道岔整體橫移施工

在天窗點內，利用換鋪設備（上位機和Ⅱ型下位機）將舊道岔軌排沿線路整體縱移出岔區，在封鎖線路上拆解舊道岔軌排，將散件吊裝轉運到軌道共用平車上，通過平車運離施工現場。在上位機的整體橫移作用下，將整組新道岔從預鋪平臺橫移到岔區就位。整組預鋪好的42 號道岔在天窗時間內插鋪施工工藝流程及工時見表2。

表2 天窗時間內換鋪施工工藝流程及工時

4.4 機械化整組道岔換鋪優點

考慮到預留開通前的綜合檢查時間為20～30 min［13］，此工法在天窗點內完成整組 42 號道岔換鋪用時在8.5 h 左右，滿足大天窗點9.0 h 要求。此施工工法與現有文獻中原位鋪設42號道岔［9-11］和國內現有的客專42號道岔鋪設施工工法相比優點在于：

1）該施工工法對II 型下位機（專利申請號CN201910660034.6，專利名為“一種用于鐵路道岔鋪換的設備及工作方法”）結構進行了優化，增加了履帶走行功能，避免了鋪設臨時軌各種弊端，提高了道岔換鋪效率；

2）舊道岔采用整體搬運方式撤離道岔區，在道岔換鋪后續工序并行時間內在封鎖線路空閑位置拆解成散件，轉運到平板車上運離現場，極大壓縮了在岔區原位拆除舊道岔工時，減少了舊道岔二次搬運弊端；

3）岔區舊石砟采用挖機挖到上砟車列，上砟車列將舊石砟轉運到物料車上貯存，通過物料車運離現場；

4）岔區道床底砟回填采用鄰線可伸縮WY-100VI新型物料車（專利申請號CN201811633481.4，專利名為“一種拋帶可伸縮的物料車”），配合挖機勻砟，可實現整個岔區的回填；

5）岔區14個焊接頭在道岔預鋪時完成，不占用天窗點時間。與正線連接6個焊接頭在換鋪天窗點內一次完成，不需要后續專門申請天窗點進行焊接作業，節約勞力和成本，換鋪施工結束不留安全隱患。

5 結語

既有線路42 號道岔在天窗點內換鋪是目前道岔鋪設施工領域亟待解決的難題。本文提出一套完整既有線路42 號道岔在天窗點內機械化換鋪施工工法，可供后續類似工程施工參考。但此工法封鎖時間（490 min）較長，建議后續對工法的道岔換鋪質量、工時和調試工作量進行深入分析和詳細統計，逐步探索、完善施工中的不足，減少封鎖時間。

舊道岔的現場拆解目前還無高效機械化處理方法，基本靠吊機配合人工拆解轉運到平板車上。后續建議進行舊道岔拆解設備或工裝的研究。