国内外无缝道岔研究现状及应用

1.德国桥上无缝道岔

（1）德国桥上无缝道岔结构特点。

德国要求将桥上无砟无缝道岔的所有敏感机械设备设置在同一块道床板上，板下纵向凸台（凸型挡台）减少收缩和温度变形引起的约束；板下横向凸台在道岔板的中心处，数量根据结构计算来确定，具体结构如图5.2-4～图5.2-6。

图5.2-4　岔区道床板

图5.2-5　纵横向凸台

图5.2-6　施工后的纵横向凸台

（2）德国桥上无缝道岔相对位移的限值。

德国对道岔各部分相对位移限值都有着严格的规定：

① 心轨基板和轨枕/轨道板的最大移动量需限制在 0.7 mm，主要是由于BWG扣件钢制基板与钢锥筒之间的弹性套管的容许变形为0.7 mm。

② 心轨和基板之间的移动量不超过±3 mm，避免锁闭装置被混凝土阻塞。

③ 道岔钢轨和基板的最大移动量不超过±20 mm。基板和轨枕/轨道板的最大移动量不超过±0.7 mm。

④ 尖轨处的变形有特殊措施时可为±20 mm；没有特殊措施时，钢轨和基板的相对移动量不得超过±3 mm。

⑤ 为了避免道岔转辙机械卡阻，道岔钢轨和转辙器基座之间相对移动量不超过±6 mm。

（3）德国桥上无缝道岔计算理论研究。

德国桥上无缝道岔计算方法分为简单算法和复杂算法。简单算法不考虑道岔作用，按桥上无缝线路计算出桥梁两端单根钢轨温度力，然后用单根钢轨温度力乘以梁端钢轨根数计算梁端总温度力，桥墩附加力等于左、右梁端总温度力的差值。简单算法的相对安全系数较大，一般用于桥上方案设计阶段估算桥墩附加力。复杂算法采用有限元模型计算轨道板-轨下结构之间相互作用，包括支座的纵向反作用力、附加钢轨应力、转辙器与辙叉区域的相对位移。德国桥上无缝道岔有限元计算模型如图5.2-7所示。(www.xing528.com)

图5.2-7　德国桥上无缝道岔有限元计算模型（单位：m）

该计算模型中桥梁、渡线、道岔板和钢轨都采用梁单元，无载时扣件采用弹塑性非线性弹簧单元，有载时扣件采用摩擦弹簧单元，桥墩和凸台采用弹性弹簧单元。桥梁、钢轨和凸台的单元网格密度为1m。采用SOFISTIK程序进行非线性计算。

2.法国桥上无缝道岔

法国高速铁路规定道岔不得设置于路桥过渡段上，避免因两种结构的沉降差异导致道岔发生不利变形；道岔不得设置在曲线或竖向曲线上；道岔设置于桥梁上时应进行专门的设计研究，其头尾距离桥梁伸缩缝的最小距离应满足表 5.2-1的要求。

表5.2-1　伸缩缝和道岔头尾间的最小距离

法国高速铁路为有砟轨道，道岔位于桥梁上时，设计中侧重避免由于桥梁伸缩和道岔里轨伸缩而造成钢轨内积聚很高的温度力；主要限制转辙器和辙叉部分钢轨和轨枕的纵向位移，保持道岔的纵向稳定性。法国计算岔桥纵向相互作用也采用有限单元法，思路与德国相近。

3.国内桥上无缝道岔研究现状

随着国内铁路大提速和跨区间无缝线路的推广，国内研究人员在路基上无缝道岔计算模型和计算方法方面展开了一系列的研究，对推进无缝道岔设计理论的发展及应用起到了重要作用。铁道科学研究院、西南交通大学、北京交通大学、中南大学等几家单位分别在桥上无缝道岔计算方法和计算理论方面进行了研究，研究成果也陆续公开发表。

2004 年 7 月，铁道科学研究院建立了桥上无缝道岔计算模型，计算模型分成平面模型和立面模型，平面计算模型用于分析无缝道岔导轨和基本轨的纵向相互作用，立面模型用于分析钢轨与桥梁的纵向相互作用。他们根据该模型编制了计算程序，分析了京沪高速铁路新苏州站咽喉区桥上无缝道岔梁轨相互作用。

西南交通大学建立分析了长大连续梁桥上无缝道岔的受力和变形，以60 kg/m钢轨12号可动心轨道岔为例，分析了长大连续梁桥上铺设无缝道岔及伸缩调节器时，墩台及钢轨的受力及变形规律。

北京交通大学采用有限元分析方法，建立了桥上无缝道岔计算模型，计算了桥上无缝道岔的受力和变形，并分析了桥梁结构、轨温变化幅度、扣件阻力、限位器、间隔铁数量对无缝道岔的影响。

中南大学将道岔、梁和墩台视为一个系统，建立了桥上无缝道岔的有限元模型，根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组，研究了支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器数量、梁跨长度和桥墩刚度对无缝道岔受力和位移的影响。

以上研究成果无一例外地采用了有限元计算方法建模。对桥上无缝道岔这一复杂结构体系，国内外研究者在计算方法的认识上已经趋于一致。

国内最先在浙赣线铺设了桥上无缝道岔，并已经开通运营。浙赣线中国铁路上海局管内D1K30＋000～D1K324＋200正线设计速度为 200 km/h，正线轨道按一次铺设跨区间无缝线路设计。该范围内湄池站两端咽喉区分别位于湄池1号和湄池2号大桥上，江山站株洲端咽喉区位于黄陈4线大桥上。其中：湄池1号大桥为 28～32 m 多线特大桥，正线上有 7 组 12号道岔；湄池2号大桥为14～32 m多线大桥，正线上有 4组12号道岔；黄陈4线大桥为9～32 m大桥，正线上有5组12号道岔。所有道岔均为无缝道岔，道岔采用直向速度200 km/h、CZ2516提速型可动心轨混凝土枕道岔。以上工点采用简支梁结构有砟轨道、12号提速道岔，相关实践经验为客运专线12号桥上无砟无缝道岔的研究提供了重要参考。