无砟道岔在海南环岛高速铁路设计中的应用

无砟道岔在国外高速铁路上应用较多，德国是无砟道岔应用最成熟的国家。德国近年来除了在本国修建的高速铁路上大量采用无砟道岔外，还为西班牙、中国等多条高速铁路提供无砟道岔。德国无砟道岔主要由BWG公司制造，道岔钢轨线形和结构与有砟轨道道岔相同，道岔弹性由弹性基板提供，静刚度为 17.5 kN/mm，道床有长枕埋入式和雷达2000型无砟轨道长枕埋入式两种结构。

法国无砟轨道道岔结构主要由Vossloh-cogifer公司研制，道岔金属件（钢轨、垫板、扣件等）均与有砟轨道相同，岔枕采用Stedef轨枕底座，枕下刚度降低为20～30 kN/mm，岔枕具有可更换的可能性。

日本无砟道岔有板式轨道道岔和合成轨枕直接固定道岔，道岔钢轨线形和结构与有砟道岔相同。板式轨道道岔直接铺设在轨道板上，轨道板下设置凹槽并注入树脂，以抵抗水平力，轨下基础的刚度为 50～70 kN/mm，其缺点是轨道板的种类较多。合成轨枕直接固定道岔采用合成轨枕，将轨枕铺设在基础混凝土层上，在轨枕与混凝土间的间隙中注入合成树脂以保证弹性并调整高度，轨枕两端用预埋螺栓固定在基础混凝土层上承受水平荷载。

国内通过近几年的研究已经取得突破性的成果，大号码的无砟道岔（国内主要为18号、42号）在高速铁路中得到广泛应用，并在桥上无砟道岔技术方面积累了大量经验和数据。在遂渝无砟轨道综合试验段铺设了12号无砟、无缝可动心轨辙叉单开道岔，并开展了相关试验研究，但该道岔按照客货共线条件进行设计，国内没有适用于客运专线的12号无砟交叉渡线和12号无砟单开道岔。

在以无砟轨道作为主型轨道结构的新建铁路中，对于城际铁路及高速铁路车站内到发线上的道岔一般过岔速度要求不高，如成灌线、海南东环线海口东站等；对于过岔速度要求不高的道岔（含交叉渡线、单渡线等）若采用大号码无砟道岔则难免造成投资浪费，若采用小号码有砟道岔又势必造成岔区与区间轨道结构不一致，给养护维修带来困难。研究开发满足功能需求和轨道结构统一（采用无砟轨道）的小号码无砟无缝道岔（12 号道岔）成为必然选择。同时，为满足铁路远期发展需要，部分线路会预留出岔条件，存在近期为区间线路、远期插入道岔的情况，为了避免无砟道床的拆除重建，便于维修管理，研究适应初期区间、远期道岔的道床结构设计方案具有现实价值。

此外，我国客运专线铁路岔区无砟道岔一般均为单开道岔，且规定桥上无砟轨道道岔应铺设于连续桥上。新海口城市高架双线特大桥全长21.332 km（D1K4＋837～D1K26＋170），桥上有长流、秀英、汽车南、海口东4个车站，其中只有海口东站为有配线车站。海口东站设计范围为D1K23＋200～D1K24＋500，位于平坡、直线段。根据《关于新建海南东环铁路初步设计的批复》（铁建函〔2007〕765号）的精神，海口特大桥上的海口东站布置了适应于速度目标值80 km/h的2组12号交叉渡线（道岔平面采用专线7623）和4组12号固定辙叉单开道岔（道岔平面采用专线4249），全部为无砟轨道基础。正线轨道按一次铺设跨区间无缝线路设计。上述两种道岔只有在路基上有有砟轨道使用经验，为满足海东线桥上无砟轨道基础上铺设条件，必须对专线7623交叉渡线和专线4249单开道岔的轨枕和扣件进行优化，采用能与钢筋混凝土道床紧密黏结带桁架钢筋的岔枕和与无砟轨道相匹配的低刚度扣件，满足桥上无砟、无缝道岔的设计要求。海南东环铁路海口东站位于高架桥上，采用无砟轨道及跨区间无缝线路，除一组交叉渡线铺设于（32＋48＋32）m连续梁上外，其他道岔均铺设于简支梁上。在简支梁桥上铺设无砟道岔和在连续梁桥上铺设无砟交叉渡线，其结构及梁岔相互作用更加复杂，且交叉渡线无缝线路理论、梁岔相互作用在国内尚未做过系统研究，能否满足平顺性、安全性要求，是课题研究的重点。基于此，中铁二院联合西南交大、中铁山桥等单位积极开展了桥上铺设客专 12 号无砟道岔及交叉渡线等项目的研究。海口东站位于海口市内繁华的南海大道附近，城市用地昂贵且紧张，海口东站设计为高架车站大大减少了车站用地，节省了大量的城市拆迁和建设投资。高架车站采用无砟道岔具有恒载轻、整体性强、稳定性好、坚固耐用、轨道变形小且变形累积缓慢等优点。采用无砟道岔可大大减少养护维修工作量、降低作业强度和改善作业条件。高架车站铺设无砟道岔已成为高速铁路、城际铁路研究和发展的必然趋势。

本课题结合工程实际，主要开展了以下研究：

① 收集、分析、总结国内外桥上无砟轨道无缝道岔相关研究资料；

② 建立桥上无砟轨道“车-岔-桥”动力分析模型，研究车辆、道岔和桥梁的动力相互作用，研究道岔的受力状态，确定梁岔布置及结构设计参数；

③ 桥上无砟道岔道床结构形式及设计参数研究；(www.xing528.com)

④ 桥上12号无砟道岔现场测试研究。

通过研究，达到预期目标为：

① 系统地分析国内外无砟轨道无缝道岔的特点及应用情况，建立较为完善的无砟道岔计算理论与方法，建立桥上无缝无砟道岔分析模型，确定合理的设计参数与取值原则；

② 建立桥上无砟轨道“车-岔-桥”动力分析模型，研究车辆、道岔和桥梁的动力相互作用，研究道岔的受力状态，确定结构设计参数；

③ 提出12号单开道岔及交叉渡线结构设计方案，满足客运专线铁路的运营要求；

④ 提出桥上无砟道岔布置方案及对基础的设计要求，指导海南东环线桥上无砟道岔设计工作，满足工程建设需要；

⑤ 通过现场实测，对研究结果进行验证，评价 12 号无砟道岔及岔区无砟轨道结构的动力性能及其适应性，为进一步优化岔区无砟轨道结构和道岔结构设计提供依据；

⑥ 为高速铁路设计、制造与铺设12号无砟道岔积累经验。