我国铁路道岔的现状及发展

ＳｐｅｃｉａｌＴｅｘｔ我国铁路道岔的现状及发展
卢祖文：中国铁道学会工务委员会，主任，北京，１００８４４
摘 要：道岔是铁路轨道的重要组
成部分，其技术水平比较集中地反
映了一个国家铁路轨道的发展水
平。

指出我国铁路道岔现状及存在
的主要问题，介绍世界铁路道岔发
展的主要特点，提出我国铁路道岔
发展要点。

关键词：道岔；现状；世界铁路；
发展
岔的技术水平比较集中地反映
了一个国家铁路轨道的发展水平，同时，作为衡量道岔主要性能指标的直向过岔速度和侧向过岔速度从一个方面比较集中的反映了铁路装备的整体水平。

我国铁路道岔工业从无到有、从小到大，道岔品种从“轻、小、老、杂”发展到具有一定规模和水平，基本同步于或稍滞后于铁路轨道的发展。

铁路五次提速工程有力地促进了道岔技术的发展，随着客运专线建设的推进，道岔的重要作用再一次凸现出来。

机遇极为难得，挑战空前严峻，道岔工作者要抓住这个有利时机，努力工作，把我国铁路道岔技术提高到新水平，为建设世界一流的客运专线做出应有的贡献。

１ 我国铁路道岔现状及存在的主要问题
我国铁路道岔的发展大致经历了４个阶段，分别以７５型道岔、９２型道岔、提速型道岔和９９型道岔为代表。

１．１ ７５型及其以前的各型道岔
７５型及其以前的各型道岔均为单一固定型道岔。

尖轨采用普通钢轨刨切而成，轨腰增设补强板，与基本轨贴靠段改基本轨切底为尖轨爬坡式结
构，尖轨跟端为活接头方式。

道岔侧
股平面线型为割线型，尖轨尖端存在
轨距加宽，最大加宽１０～１５　ｍｍ，辙
叉采用高锰钢整铸，使用寿命一般为
通过总重４　０００万～５　０００万ｔ。

岔枕
采用木枕，扣件为钩头道钉，后来有
的改为刚性扣板式扣件。

１．２ ９２型道岔
９２型道岔的尖轨采用矮型特种断
面钢轨制造，尖轨的长度加长，取消
了尖轨跟端的活接头。

道岔侧股平面
线型采用半切线型，尖轨尖端的加宽
值大大减小，同时把圆曲线半径由
３３０　ｍ改为３５０　ｍ，加大了道岔后部
的实际长度。

高锰钢整铸辙叉从化
学成分、铸造工艺等方面进行了优
化。

护轨采用Ｈ型或槽型断面。

扣件
采用刚性扣板式扣件。

９２型道岔的
平顺性以及结构强度与７５型道岔相
比有了很大的改善和加强。

但９２型道
岔的直、侧向过岔速度仍分别限制在
１２０　ｋｍ／ｈ和４５　ｋｍ／ｈ之内。

１．３ 提速道岔
１９９５年底，为适应铁路提速的需
要，针对我国既有繁忙干线７５型、９２
型６０　ｋｇ／ｍ钢轨１２号单开道岔在设
计、制造、养护中存在的问题，以及
与国外同类道岔存在的差距，设计
中引入我国高速道岔前期研究的技
术，特别是广深线６０　ｋｇ／ｍ钢轨１２
号可动心轨辙叉单开道岔的设计及使
用经验，提出了新型道岔的设计原则
和技术标准。

这种优化了尖轨、心轨
的断面和线型设计，采用了预应力混
凝土岔枕，调整了道岔的加工工艺，
提高了制造精度，基本适应了提速到
１６０　ｋｍ／ｈ的需要。

提速道岔有以下特点：一是保留
道岔中心和辙叉理论交点位置不变的
前提下，对道岔的平面布置进行了适
当调整，道岔侧股平面线型由半切线
型改为切线型；二是尖轨由１１．３　ｍ改
为１３．８８　ｍ，固定辙叉长５．９９２　ｍ，可
动心轨辙叉长１３．２９６　ｍ；三是直、侧
向护轨不等长，直向护轨长６．９　ｍ，固
定辙叉侧向护轨长４．８　ｍ，可动心轨
辙叉道岔侧向护轨长５．４　ｍ；四是从
轮轨关系考虑，道岔设置了１／４０的轨
底坡；五是岔枕采用木枕和预应力混
凝土枕两种，并垂直于道岔直股布
置，间距一律６００　ｍｍ；六是扣件采用
与区间正线相同的Ⅱ型或Ⅲ型弹条扣
件；七是尖轨尖端没有构造加宽，轨
距均为１　４３５　ｍｍ，固定型道岔全长
３７．８０　ｍ，可动心轨道岔全长４３．２０　ｍ。

随后又采用与提速６０　ｋｇ／ｍ钢轨
１２号道岔相同的设计原则，研制了提
速６０　ｋｇ／ｍ钢轨１８号、６０　ｋｇ／ｍ钢
轨３０号可动心轨道岔。

提速道岔的研制成功，为我国铁
路的提速工程发挥了重要作用。

提速
道岔汇集了我国道岔多年来的科研成
果，代表了当时我国铁路道岔的最高
水平。

但是在运营中也发现了一些问
题。

例如，大量使用的６０　ｋｇ／ｍ钢轨
１２号道岔，顺向岔位的曲尖轨侧磨严
重；尖轨固定端扣件扣压力不足；钢
岔枕下道床难以密实且顺线路方向爬
行导致卡阻；可动心轨辙叉的翼轨采
用普通断面钢轨制造，由于轨底有切
削，降低了结构强度，不得不采用栓
接补强板，同时心轨牵引点处采用了
４０　ｍｍ厚的补强桥板，桥板占用了电
道
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务设备的安装空间，使心轨转换不能采用与尖轨相同的钩型外锁闭机构，高速行车时心轨开口量难以控制。

１．４ ９９型道岔
９９型道岔是在提速道岔的基础上，针对提速道岔存在的问题，对结构设计进行了多方面优化，并采用了许多新的工艺研制成功的。

值得一提的是，９９型道岔研制过程中充分发挥了市场的杠杆作用，在国内首次采用了打破技术垄断、以具有实力的道岔厂牵头、联合有关设计单位进行设计的方式，不仅适应了提速工程的需要，而且在道岔市场化运作方面进行了有益的探索。

９９型１２号道岔分为３类：Ⅰ型为可动心轨道岔，适应直向过岔速度２００　ｋｍ／ｈ的要求，这就是俗称“３２５”的道岔；Ⅱ型和Ⅲ型道岔是以预应力混凝土枕取代木枕的道岔，两者结构和平面布置完全相同，区别在于Ⅱ型道岔采用外锁闭方式，有轨底坡，适用于直向过岔速度１６０ｋｍ／ｈ的区段，俗称“３３０”道岔；Ⅲ型道岔采用内锁闭方式，无轨底坡，适用于直向过岔速度１２０　ｋｍ／ｈ的区段。

这样，就使道岔系列化、简统化。

但是，与工业发达国家相比，我国铁路道岔存在的差距是明显的：首先，我国铁路道岔系统的基础理论研究工作十分薄弱，至今未能建立完整的道岔理论体系，因此在设计工作中基本还是以“几何＋经验”的静态模式为主要手段，不免存在片面性；关键部件加工工艺落后，特别是把每个部件作为道岔系统的一部分以及对整体结构应发挥的作用研究深度不够，无论是工艺还是精度都满足不了运输的需要；道岔研究、设计、制造、标准各成体系，力量分散，在市场经济的条件下显得群龙无首；道岔管理上的松散性极大地限制了道岔技术的发展，工务、电务没有形成互相激励、共同推进的机制；客运专线道岔存在问题不
少，大号码高速道岔基本空白，已成
为客运专线建设中的制约因素之一。

２ 世界铁路道岔发展的主要特点
世界各国铁路道岔经历了一个比
较长的发展过程，基本遵循与铁路正
线运行速度相适应的模式。

以日本新
干线和法国ＴＧＶ为代表的高速铁路
的成功运营，有力地促进了道岔技术
的发展，道岔总体水平才有了质的飞
跃。

从道岔直向过岔速度看，达到与
区间正线完全相同的水平，法国和德
国的高速道岔直向过岔速度都有超过
３００　ｋｍ／ｈ的记录。

为了办理反向行
车业务时避免限速造成时间损失，道
岔侧向过岔速度较高的大号码道岔得
到迅速发展，目前道岔侧向最高容许
速度已达到２３０　ｋｍ／ｈ。

为适应列车高
速行车的需要，侧向导曲线半径逐渐
增大，平面线型由初期的圆曲线变为
抛物线或更复杂的线型。

道岔结构更加
强化、紧凑、平顺，沿线路方向的结
构刚度均匀，运行效果平稳、舒适。

道
岔轨下基础由木枕发展到预应力混凝
土枕，又发展到无碴整体道床。

道岔安
装装置和转换设备更趋科学、合理、
安全。

安装了道岔安全监测系统，对
尖轨密贴状态、转辙机工作状态等各
项直接关系行车安全的参数进行监测
并将数据通过网络传送到管理中心。

从各国铁路道岔的发展脉络和成功运
用的实践可以看出如下特点。

２．１ 超前基础研究，坚持动态设计
法国和德国都十分重视道岔基础
理论的研究工作，而且把所有的道岔
部件置于道岔结构整体中进行研究，
各个部件的状态都会互为影响并直接
影响道岔结构的技术性能。

如法国研
究了轨顶坡的合理量值以获得最优的
等效锥度，减缓列车运行中的蛇行和
摇摆；德国为了降低岔区的轮轨动力
作用对道床的破坏，采用了高弹性的
硫化橡胶基板，实现了岔区弹性与区
间正线的一致性，大大降低了车体的
竖向振动加速度；出于同样的考虑，
德国铁路道岔为保证道岔和区间正线
轨道刚度的均匀过渡，对道岔前后过
渡段的合理刚度进行了深入研究，设
置的过渡段长度和刚度满足了刚度均
匀的要求等等。

这些反映出国外在道
岔区的轮轨关系、轨道结构合理刚度
等基础理论研究方面已达到相当的深
度，这是道岔技术发展的基础。

法国、德国、日本、奥地利等国
在道岔技术的发展中充分利用了道岔
动力学的研究成果，除在线型、轮轨
关系等模拟方面采用了仿真软件外，
还在道岔结构设计、刚度设计和转换
计算等方面采用了准静态轨道强度计
算理论或有限元结构分析程序，对部
件性能和道岔整体动力学性能都分别
在室内和现场进行了大量的试验，道
岔性能也通过试验反馈和现场应用经
验的不断完善逐渐成熟。

例如法国铁
路道岔为了摸索合理的轨顶坡，对各
种不同轨顶坡时转向架重心运行轨迹
进行了数十万次的动态测试，取得了
可贵的第一手资料，为确定科学的轨
顶坡提供了依据。

２．２ 结构系统优化，制造质量精密
把道岔作为一个整体结构对各部
分系统进行优化，在各国道岔工作中
体现得很充分，主要表现在三个一体
化，即：
（１）研究、设计、制造、标准一
体化。

法、德、奥等国道岔工厂本身就
负责新产品的开发研究和设计制造，其
任务的承担和完成都取决于市场的需
求，产品的性能和质量由工厂承担全
部责任，因此，责任主体明确，工厂和
使用部门界面清楚，工厂对市场的需
求不仅有很高的积极性，而且对使用
情况反应十分迅速。

这种管理模式对道
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岔技术的发展起到了很好的促进作用。

（２）道岔各部件总成一体化。

道岔各部件都对道岔结构有至关重要的作用，法、德两国在这方面都做了很深入的工作。

例如法国采用高锰钢整铸摇篮式翼轨，前、后用闪光焊与钢轨焊接，心轨第一牵引点电务装置从底部伸出牵引心轨，另有两个Ｕ型托托住心轨并在滑床板上滑动。

使用结果表明，锰钢部位没有低塌现象，滑床台也没有出现影响转换的压痕。

德国对道岔基础刚度有深入的研究：德国道岔扣件系统的刚度当列车速度Ｖ＜１６０　ｋｍ／ｈ时，道岔区仅轨下采用胶垫；当速度１６０≤Ｖ＜２２０　ｋｍ／ｈ时，刚度为３０　ｋＮ／ｍｍ；当Ｖ≥２２０　ｋｍ／ｈ时，无论有碴道床还是无碴轨道，刚度均为１７．５　ｋＮ／ｍｍ，轨下和垫板下均为橡胶垫板，轨下垫板厚度６　ｍｍ，铁垫板下通过整体硫化技术将橡胶件和钢板组合，这种合理垫层的设置完全不是一般意义上的弹性垫板。

（３）工、电一体化。

法、德都把道岔结构、轨下基础和电务转换设备看作是相互影响的一体化系统。

轨下基础（岔枕）设计技术和制造工艺为道岔结构保持几何线型提供精确、可靠的安装平台。

电务系统一方面要保证正常的道岔转换与锁闭功能；另一方面又要适应道岔尖轨与心轨在无缝线路中伸缩，保持尖轨与心轨转换后的正常工作线型。

而道岔结构也要为电务设备提供良好的工作环境和安装条件。

正所谓唇齿相依，互为提高，否则就会互相牵制，阻碍道岔技术的进步。

高速铁路最突出的特点之一就是高度的精密性和平顺性。

对道岔结构而言，包括两方面含义：一是把道岔作为精密的机械设备，而不是一般的工程结构，道岔结构必须高精度、高平顺，道岔各部件间的精密配合是保证高速道岔具有高平顺性和良好工作状
态的关键；二是道岔各部件应具有十分
严格的制造精度。

工业发达国家道岔工
厂都执行十分严格的制造公差，例如道
岔的轨下基础，法国和德国的混凝土岔
枕主要尺寸公差都是执行ＥＮ１３２３０－４
《铁路应用—轨道—混凝土轨枕和岔枕
—预应力混凝土岔枕》标准，当控制垫
板的钉孔间距小于５００　ｍｍ时，钉孔间
距公差为±０．５　ｍｍ，当控制垫板的钉
孔间距大于５００　ｍｍ时，钉孔间距公
差为±１．０　ｍｍ，岔枕拱度允许值为
±１　ｍｍ。

又如法国使用的减磨滑床
板，其滑床台面有一层０．３　ｍｍ厚的
镍铬镀层；德国的滑床台面上有一层
减磨材料，表面还有一层蜡样物质，
起填充减磨材料的作用，都达到很高
的制造精度。

这种严格的制造和组装
公差成效明显。

法国道岔在使用过程
中轨距基本没有变化，无需调整轨
距，而且钢轨也没有侧面磨耗。

２．３ 运行平稳舒适，严密监测安全
国外高速道岔的设计都十分重视
旅客列车在通过道岔时的舒适性，使
之尽量与区间线路相同。

因此在平面
线型设计时都采用了适应高速行车的
参数，如侧向过岔速度２２０　ｋｍ／ｈ的高
速道岔，法国的线型为圆缓（Ｒ７　３５０＋
三次抛物线型），德国的线型为缓圆
缓（Ｒ１７　０００＋Ｒ７　３００圆＋螺旋线），
未被平衡的离心加速度分别达到
０．５６　ｍ／ｓ２和０．５１　ｍ／ｓ２，时变率分
别达到０．２２　ｍ／ｓ３和０．４１　ｍ／ｓ３，与
圆曲线线型相比，随着曲率半径增大
和线型的合理，降低了未被平衡的离
心加速度及其时变率，有利于提高旅
行舒适度。

国外高速铁路道岔采取了一系列
保证安全的措施。

高速道岔的设计检
算和试验速度为设计速度的１．１倍，
即当直向过岔速度为３５０　ｋｍ／ｈ，侧
向过岔速度为８０　ｋｍ／ｈ、１６０　ｋｍ／ｈ、
２２０　ｋｍ／ｈ时，检算和试验速度分别
为３８５　ｋｍ／ｈ、９０　ｋｍ／ｈ、１８０　ｋｍ／ｈ
和２４０　ｋｍ／ｈ，以保证在设计速度运
行时的绝对安全。

高速道岔除采用可
靠的锁闭系统外，还在尖轨及心轨牵
引点间设置密贴检查器，安装调整标
准第一牵引点为０．５　ｍｍ，其他点为
１　ｍｍ，随时监控尖轨和心轨的密贴状
态。

道岔无缝化是实现高速行车的重
要措施，在跨区间无缝线路中，道岔
也处在固定区。

为适应这种结构要求，
法、德两国在道岔结构上通过心轨跟
端结构加强、扣件扣压力保证、设置
限位器等措施限制尖轨及心轨的伸缩
位移，而转换系统的锁闭机构要能在
锁闭及解锁状态下允许尖轨及心轨有
一定范围的自由伸缩。

为了保证道岔
可动部分等薄弱环节的强度，尖轨均
采用整根钢轨，防止焊接尖轨由于焊
接质量可能导致尖轨折断等潜在问题
的出现，而且尖轨在制造过程中不允
许发生扭曲，避免在尖轨中存在过大
的残余应力。

尖轨采用藏尖结构、心轨
设置防跳装置等都是有效的安全措施。

３ 我国铁路道岔发展要点
铁路跨越式发展思路为铁路发展描
绘了宏伟蓝图。

运能紧张的繁忙干线修
建四线或多线，实现客货分线运输。

在
大中城市间发展客运专线，在人口稠密
地区发展城际铁路，加快形成覆盖我
国主要城市的快速客运网。

扩大西部
铁路规模，完善中东部铁路网结构。

加
强既有线提速、扩能和电气化改造。

客运专线的建设为道岔技术的发
展开辟了广阔的前景。

而从以上分析
可以看出，我国铁路道岔与各工业发
达国家相比，存在的差距是明显的。

最近，国家已经批准新建９条客运专
线，对道岔的需求已迫在眉睫，我们
必须按照“先进、成熟、经济、实用、
可靠”的技术方针，引进先进技术，联
合设计制造，打造中国品牌。

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３．１ 提高理论研究水平，全面推进动态设计
《铁路主要技术政策》提出的铁路技术发展的总原则是：“在国家发展战略指导下，以市场为导向、效益为中心、运输安全为前提，积极采用先进、成熟、经济、适用、可靠的技术，强化专业基础理论的研究，重视技术的综合集成，坚持系统最优和综合效益最大的原则，立足国产化，引进和吸收国外先进经验和技术，增强自主创新能力，推动新技术快速转化为生产力。

”道岔是铁路运输的重要技术设备，技术要求很高、需绝对保证安全的特点决定了道岔理论研究工作的重要性和前瞻性。

要通过客运专线的建设，系统地建立我国铁路道岔设计理论。

目前至少应在以下几方面开展工作并取得实质性进展。

（１）道岔区轮轨耦合动力学研究，对各种不同运行条件下道岔各种平面线型、各部位转移滚动及轮对引导状况进行动力学评价，对确定道岔参数的原则及参数选择提供依据，提出科学确定道岔直、侧向过岔速度的计算公式，建立完整的跨区间无缝线路道岔（包括桥上无缝线路道岔）理论。

（２）道岔区（包括道岔前后过渡段）轨道刚度合理匹配，从理论上研究道岔区轨道刚度不均匀分布的规律及对行车平顺性的影响，从而制订道岔区刚度均匀的工程措施。

（３）尖轨、心轨转换理论的研究，提出道岔尖轨和心轨牵引动程和转换阻力的计算公式，确定科学合理的转换方式。

（４）道岔区在跨区间无缝线路中的应力分布规律的研究，拟订控制钢轨件位移和优化传力部件的方案。

（５）运用有限单元结构分析等理论，提出对道岔各零部件结构强度及刚度进行检算的方法，优化道岔部件的途径。

３．２ 引进国外先进技术，全面提高
道岔水平
客运专线的建设为道岔技术的发
展创造了极为有利的条件，但挑战也
是十分严峻的。

要充分利用这个有利
时机，引进国外先进技术，全面消化
吸收，形成后发优势，促使我国道岔
技术提高到新水平。

（１）设计。

道岔设计包括平面设
计、结构设计和零部件设计。

平面设
计就是平面参数选择。

随着客运专线
的建设，我国铁路网道岔宜形成如下
系列：客运专线高速道岔（时速３００
ｋｍ及以上）；客运专线道岔（时速２００
ｋｍ及以上各类道岔）；既有线改造所
需道岔（时速１２０～２００　ｋｍ各类道
岔）；普通线路（时速１２０　ｋｍ）道岔。

各类道岔设计中平面参数选择应
该系列化、模块化。

要通过客运专线
技术引进，联合设计适合我国需要的
线型。

同时，α０（欠超高）、Ψ０（欠
超高时变率）两项参数主要以旅行舒
适度控制道岔侧向平面线型，随着道
岔直向与侧向速度的同时提高，这两
项指标是否能涵盖设计的需要以及合
理取值都要认真研究。

结构设计和零部件设计则要依托于
道岔轨道动力学和道岔轨道强度理论，
这些都是需要补充和完善的内容。

（２）工艺。

工艺是实现设计理论
和设计思想的保证。

目前，客运专线
道岔需引进或尽快研究完善的关键部
件及其工艺有：尖轨及心轨外锁闭技
术和装置，高锰钢整铸翼轨制造，双
肢弹性可弯心轨制造，心轨跟端固定
技术及工艺，岔枕设计、制造、严格
的上拱控制，弹性垫板和滚轮滑床板
制造，制造标准和制造工艺。

（３）扣件。

扣件在道岔中的作用
除扣结钢轨件于岔枕以形成轨道框
架、保持钢轨件正确的几何状态外，
也为道岔提供合理弹性及良好工作性
能。

扣件需要解决的问题是：双弹性
垫层滑床板技术，垫板整体化的结构
设计和制造工艺，滑床板减磨技术（材
料、工艺），道岔专用窄型弹条扣件，
扣件各部件的弹性等机械性能的匹配。

（４）监控。

建立计算机联网的道
岔状态监控系统，对道岔尖轨、心轨
的密贴状态、尖端开口及其他关键参
数进行２４　ｈ不间断监控，并对信号系
统和轨道电路进行同步监测，监测的
结果通过网络传送到控制室。

这是安
全行车必备的设备和技术。

３．３ 理顺道岔管理体制，创造良好
外部环境
（１）建立高效的、真正服务于铁
路运输市场的道岔管理体制。

法国、
德国、奥地利等国铁路道岔的科研、
设计、制造都是三位一体，道岔生产
厂拥有很高的科学研究水平和很强的
产品开发能力，对铁路运输市场的需
求反应迅速。

我国铁路道岔要以道岔
生产厂为主体，吸纳科研、设计人员，
建立统一的、高效的道岔制造体制。

（２）建立道岔工务、电务合一的
制造、管理体制。

道岔工务、电务、车
务的分割管理严重阻滞了道岔技术的
进步。

工务设备是保证列车以规定的
最高速度安全、不间断运行的基本设
备，其强度、平顺性、可靠性至关重
要；电务设备是保证工务设备满足运
行质量的设备，两者密不可分又互相
制约。

要通过引进国外管理技术和客
运专线的建设，实现工、电一体化。

（３）建立一支高素质道岔队伍。

道岔技术涉及专业门类多、技术要求
高，是技术含量很高和精密的科技产
品，要通过引进先进技术（包括产品技
术和管理技术）并消化吸收，培养一支
责任心强、有奉献精神、技术水平高、
有开发能力的，包括科研、设计、制造、
管理各方面人才的道岔队伍，使我国
铁路道岔尽快达到世界先进水平。

责任编辑　周　洲
收稿日期　２００５－０１－２８
我国铁路道岔的现状及发展 卢祖文。