线路连接设备（高铁轨道构造与施工课件）

第6章线路连接设备-道岔第一节道岔的功用和类型第二节单开道岔的构造第三节单开道岔的几何尺寸第四节单开道岔总布置图第五节提高过岔速度措施第六节高速道岔技术第一节道岔的功用和类型1引导机车车辆由一条线路转入或越过另一条线路的设备功能数量多构造复杂使用寿命短限制列车速度行车安全性低养护维修投入大道岔的特点：线路连接与交叉组合形式线路交叉形式道岔基本形式线路连接形式道岔分类1、道岔按功能和用途分类：

单开道岔、对称道岔、三开道岔、交叉渡线、交分道岔。其中单开道岔是最常用的类型。道岔的分类(1)普通单开道岔：数量占各类道岔总数的90%以上主线为直线,侧线由主线向左侧岔出称左开道岔；侧线由主线向右侧岔出称右开道岔。（2）对称道岔：是单开道岔的一种特殊型式，整个道岔对称于主线的中线或辙叉角的中分线，列车通过时无直向及侧向之分。（3）三开道岔：

又称复式异侧对称道岔，是复式道岔常用型式。单式交分道岔:两条线路相交，列车仅能从一侧转线的道岔。单式交分道岔（4）交分道岔：单式交分道岔、复式交分道岔。复式交分道岔：两条线路相交，列车能沿任何一侧由一条线路转入另一条线路的道岔。复式交分道岔相当于两组对向铺设的单开道岔，实现不平行股道的交叉。复式交分道岔复式交分道岔（5）交叉渡线：

由4组相同的单开道岔和一组菱形交叉，以及连接钢轨组成，用于平行股道之间的链接。交叉渡线交叉渡线2、按道岔号数分类：道岔按号数分类有:6、7、8、9、12、18以及大号码（如30、38、42号道岔）等，运营铁路干线常用的单开道岔有9号、12号、18号，大号码道岔主要用于要求侧线通过速度较高的联络线。客运专线以18号道岔为主。6号、7号和8号等道岔主要用于工矿企业专用线或货运站场。3、道岔按钢轨轨型分类：43、50、60、75kg/m钢轨道岔。普通钢轨50AT钢轨60AT钢轨4、道岔按轨距分类标准轨距道岔（轨距1435mm）、窄轨距道岔（轨距1000mm）、宽轨距道岔（轨距1520mm），还有套线类道岔。5、道岔的其它分类方式按岔枕类型分类：木岔枕道岔、钢筋混凝土岔枕道岔、钢岔枕道岔和整体道床道岔。按设计年代分类：“55型”、“57型”、“62型”、“75型”、“92型”、“提速型”、“客运专线道岔”等。其中“提速型”为当前既有线路大量使用的道岔；新建客运专线多采用250km/h和350km/h客运专线道岔。第三节单开道岔的几何尺寸直线：1435mm；曲线加宽：基本轨前接头处轨距S1；尖轨尖端轨距S0；尖轨跟端直股及侧股轨距Sh；导曲线中部轨距Sc；导曲线终点轨距S。S1S0SShScSh道岔各部分轨距不大于6‰的递减率，偏差不超过+3mm/-2mm，车轴弯曲2mm。说明：

道岔各部分的轨距加宽，应有适当的递减距离，以保证行车的平稳性。我国新设计道岔中，如提速道岔，除尖轨尖端宽2mm处因刨切引起的轨距构造加宽外，其余部分轨距1435mm。道岔各部位轨距计算条件：

按机车车辆以正常强制内接条件加一定的余量。计算公式为：——最大轮对宽度；——外(内)轮与外(内)轨线形成的矢距；——轮轨间的最小游间；——机车车辆轮轴可能的横动量之和。

曲线尖轨在其最突出处的轮缘槽，比其它任何一点的轮缘槽都小，该处轮缘槽称为曲线尖轨的最小轮缘槽。（1）最小轮缘槽tmin曲线尖轨直向过岔时，具有最小宽度的轮对一侧车轮轮缘紧贴直股尖轨时，另一侧车轮轮缘能顺利通过而不冲击尖轨的非工作边。考虑车轴弹性弯曲和轨道公差,以提速道岔为例,查表4.1。

我国实际采用值68mm，为了缩短尖轨长度，不易规定过宽，根据经验可减少至65mm。

对于直线尖轨来说，tmin=t0发生在尖轨跟端。尖轨跟端轮缘槽t0应不小于74mm，这时跟端支距yg=t0+b0，b0为尖轨跟端钢轨头部的宽度。取b0=70mm，代入有关数据，可得yg=144mm。尖轨动程：尖轨尖端非作用边与基本轨作用边之间的拉开距离，规定在距尖轨尖端380mm的第一连接杆中心处量取。原则：尖轨扳开后，最小宽度轮对对尖轨非作用边不发生侧向挤压。曲线尖轨动程：由最小轮缘槽、曲线尖轨最突出处的钢轨顶宽、曲线半径确定。直线尖轨动程：由尖轨跟端支距、尖轨尖端轨距和尖轨跟端轨距确定。尖轨动程与转辙机动程相配合。《铁路线路维修规则》规定：尖轨在第一连接杆处的最小动程，直尖轨为142mm，曲尖轨为152mm，提速道岔160mm。其他牵引点动程由转换后的线型确定。目前，直尖轨转辙机的标准动程为142mm，曲尖轨转辙机的标准动程为152mm，AT型弹性可弯尖轨转辙机的标准动程为180mm。导曲线支距：在单开道岔上，以直线基本轨作用边为横坐标轴，导曲线上作用边各点距此轴的垂直距离。yi

以曲线尖轨，圆曲线型导曲线为例，进行导曲线支距计算。取直股基本轨上正对尖轨跟端的O点为坐标原点，令导曲线上各测点i的横坐标为xi（依次为2m的整倍数），支距为yi

，则：

R——导曲线外轨半径；β——尖轨跟端处曲线尖轨作用边与基本轨作用边之间形成的转辙角；γn——导曲线终点n所对应的偏角，γn＝α。e

式中，K为导曲线后插直线长。

辙叉咽喉轮缘槽t1查照间隔D1及D2护轨轮缘槽宽tg翼轨轮缘槽宽tw有害空间lh护轨长度lg（1）固定辙叉及护轨几何尺寸

t1这时最不利组合为

①辙叉咽喉轮缘槽宽t1辙叉咽喉轮缘槽确定的原则是保证具有最小宽度的轮对一侧车轮轮缘紧贴基本轨时,另一侧车轮轮缘不撞击辙叉的翼轨。考虑道岔轨距允许的最大误差为3mm，轮对车轴弯曲后内侧距减少2mm，取车辆轮为计算标准，查表4.1求得：t1不易规定过大，否则将会增大有害空间。②查照间隔D1和D2查照间隔D1：护轨作用边至心轨作用边之间的距离。确定原则：有最大宽度的轮对通过辙叉时，一侧轮缘受护轨的引导，而另一侧轮缘不冲击叉心或滚入另一线。显然，D1只能有正误差，不能有负误差，容许变化范围为1391～1394mm。这时最不利组合为考虑到车轴弯曲使轮背内侧距增大2mm，取较车辆轮更大的机车轮为计算标准，求得：②查照间隔D1和D2查照间隔D2：护轨作用边至翼轨作用边之间的距离。确定原则：具有最小宽度的轮对通过辙叉时不被卡住。显然，D2只能有负误差，不能有正误差，容许变化范围1346～1348mm。这时必须满足T取按较机车轮更小的车辆轮为计算标准，并考虑车辆轴上弯后轮对内侧距的减小值2mm，则辙叉翼轨平直段轮缘槽tw应保证两查照间距不超出规定的容许范围，计算公式为

D1=1391～1394mm，D2=1346～1348mm，采用不同的D1和D2组合，得到tw的变化范围为43～48mm。我国定型道岔采用46mm，从辙叉心轨尖端至心轨宽50mm处，tw均应保持此宽度。

为使车轮轮缘能顺利进入护轨轮缘槽内，护轨平直段两端应分别设置缓冲段及开口段。开口段缓冲段

护轨中间平直段轮缘槽tg1应确保D1不超出规定的容许范围，计算公式为式中，2mm为护轨侧面磨耗限度。取S=1435mm，D1=1391-1394mm，得tg1=39-42mm，一般取42mm。开口段缓冲段

缓冲段终端轮缘槽tg2应保证和辙叉咽喉轮缘槽相同的通过条件，即tg2=t1=68mm。开口段终端轮缘槽tg3应能保证线路轨距为最大允许值时（1456mm），具有最小宽度轮对能顺利通过，而不撞击护轨的终端开口，由此得实际采用tg3=90mm，将钢轨头部向上斜切的方法得到。

辙叉咽喉轮缘槽宽取t1=68mm，叉心实际尖端宽度b1=10mm，则9号、12号及18号道岔的有害空间分别为702mm、936mm及1404mm。因α较小护轨平直段长度x，相当于辙叉咽喉起至叉心顶宽50mm处止，外加两侧各100～300mm。护轨平直段长度x护轨缓冲段长度x1按两端轮缘槽宽计算确定。护轨开口段长度x2开口段长度取x2=150mm。

可动心轨辙叉的主要几何形位包括：辙叉轮缘槽与翼轨端部轮缘槽，心轨动程。可动心轨辙叉与固定式辙叉不同，其咽喉宽度不能用最小轮背距和最小轮缘厚度进行计算，而应根据转辙机的参数来决定。翼轨端部的轮缘槽宽度不应小于固定式的辙叉咽喉宽度，一般采用大于90mm。若可动心轨辙叉中设置有防磨护轨，护轨轮缘槽的确定原则为确保心轨不发生侧面磨耗。

（2）可动心轨辙叉及护轨几何尺寸第四节单开道岔总布置图

（1）一种是已知钢轨类型、侧向容许过岔速度、机车类型等条件进行道岔设计。（2）另一种是已知钢轨类型和道岔号数、导曲线半径、转辙器类型、辙叉类型及长度，来设计道岔的总布置图。

一、道岔设计的两种情况1、道岔主要尺寸计算2、配轨计算3、导曲线支距计算4、各部分轨距计算5、岔枕布置6、绘制道岔布置总图7、提出材料数量表二、单开道岔总布置图计算内容1、曲线尖轨、直线辙叉单开道岔主要尺寸的计算（1）转辙器计算

由于半切线型曲线尖轨的侧向行车条件较直线尖轨好，且尖轨比较牢固，加工比较简单，尖轨较粗壮，其耐磨性较全切线型曲线尖轨好，是我国道岔应用较多的尖轨形式。曲线尖轨转辙器中的主要尺寸包括：曲线尖轨长度l0，直向尖轨长度，基本轨前端长q，尖轨曲线半径R，尖轨尖端角β1，尖轨转辙角β，尖轨辙跟支距yg。半切线型尖轨

尖轨曲线半径通常与导曲线半径相同，以保持转辙器与导曲线的容许通过速度一致，并使道岔全长较短。设侧股轨道中心线的半径为R0。则尖轨工作边的曲率半径为R=R0

+717.5mm。（1）转辙器计算

δ0为基本轨端部轨缝；S0为尖轨尖端处的轨距值；S为正常轨距值；i为容许的轨距递变率，i不应大于6‰。一般取q=2646mm。

导曲线实际起点半径与垂直线的夹角β10半切线型尖轨

尖轨跟部所对应的圆心角为β，称转辙角。曲线尖轨的长度直线尖轨的长度（1）转辙器计算

曲线尖轨扳开后，与基本轨之间形成的最小轮缘槽的位置在尖轨中部的某个位置上，如图所示，这个宽度应满足最小轮缘槽的要求。因此，所算的的尖轨长度还应根据该尖轨扳开时所形成的轮缘槽的宽度来进行调整。这时可变更尖轨跟端支距yg，重新计算l0，并校核轮缘槽宽度，直至复合要求。

设尖轨跟端支距为yg，尖轨转辙杆安装在离尖轨尖端x0处，尖轨的动程为d0。尖轨扳开后，尖轨突出处距尖轨理论起点的距离为x，这时该尖轨工作边与基本轨工作边之间的距离为T，根据右下图，利用曲边三角形的关系，有公式另dT/dx=0，则可得到尖轨最突出处距尖轨理论起点的距离xt为因此，尖轨非工作边与基本轨工作边之间的轮缘槽宽为（2）锐角固定辙叉主要几何尺寸

锐角固定辙叉的主要尺寸包括趾距、跟距及辙叉全长。趾距影响道岔连接部分及配轨的长度，跟距决定道岔后端接头的位置，直接影响着道岔的全长。直线锐角辙叉的长度，应根据给定的钢轨类型、辙叉角或辙叉号数进行计算。

单开道岔辙叉从其趾端到跟端的长度FA或EB，称辙叉全长。从辙叉趾端到理论中心的距离FO或EO，称辙叉趾距，用n表示。从辙叉跟端到理论中心的距离AO或BO，称辙叉跟距，用m表示。辙叉趾端翼轨作用边间的距离EF和辙叉跟端叉心作用边间距AB，分别称辙叉前开口Pn及辙叉后开口Pm。我国铁路标准9、12及18号道岔直线辙叉的长度见表6.2。表6.2标准辙叉尺寸道岔中心（O点）：道岔直股中心线与侧股中心线的交点。道岔前长a：道岔前轨缝中心到道岔中心的距离。道岔后长b：道岔中心到道岔后轨缝中心的距离。道岔理论全长Lt：尖轨实际尖端至辙叉理论尖端的距离。道岔实际全长Lq：道岔前后轨缝中心之间的距离。道岔主要概念cdqLtmLqnαKsO道岔前长道岔后长道岔理论全长道岔实际全长导曲线后插直线长导曲线外轨半径R00道岔理论全长（将导曲线外股作用边投影在直股中线上）道岔实际全长道岔后长道岔前长作用：减少车辆对辙叉的冲击作用，避免车轮与辙叉前接头相撞，使辙叉两侧的护轨完全铺设在直线上。一般要求K有2～4m的长度，最短不得小于辙叉趾距n加上夹板长度的半数。将导曲线外股作用边向直股中线的垂直线投影或转辙器及辙叉的左右基本轨长度，应尽可能一致，以减少基本轨备件的数量，有利于左右开道岔的互换；连接部分的钢轨不宜过短，小号码道岔一般不小于4.5m，大号码道岔不小于6.25m；配轨时应保证对接接头，并尽量使岔枕布置不发生困难，同时要考虑安装轨道电路绝缘接头的可能性；充分利用整轨、缩短轨、整轨的整分数倍的短轨，做到少锯切、少废弃，选用钢轨利用率较高的方案。配轨时应遵循如下原则：

一组单开道岔，除转辙器、辙叉及护轨外，一般有8根连接轨，分4股，每股2根。所谓配轨就是计算这8根钢轨的长度并确定接头的位置。式中，b为钢轨头部的宽度；S0为尖轨尖端处的轨距，查表6.3p158；lj为基本轨长度。第五节提高过岔速度措施

列车通过道岔的速度包括直向通过速度和侧向通过速度。道岔的过岔速度是控制行车速度的重要因素之一。道岔容许通过速度取决于道岔构件的强度及平面型式两个方面，这些是保证列车安全平稳运行和旅行舒适度所必不可少的条件。

侧向通过速度包括转辙器、导曲线、辙叉及岔后连接线路这四部分的通过速度，每一部分都影响道岔侧向的通过速度。无论从目前的结构型式、强度条件和平面设计来看，辙叉部分不是控制侧向过岔速度的关键。岔后的连接线路不属于道岔的设计范围，且一般规定岔后连接线路的通过速度不低于道岔导曲线的容许通过速度。因此，侧向通过速度主要由转辙器和导曲线这两个部位的通过速度来决定。一、侧向过岔速度

由于导曲线一般不设超高和缓和曲线，且半径较小，列车未被平衡的离心加速度较大。机车车辆由直线进入道岔侧线时，在开始迫使车辆改变运行方向的瞬间，将必然发生车辆与钢轨的撞击，此时，车体中的一部动能，将转变为对钢轨的挤压和机车车辆走行部分横向弹性变形的位能，即动能损失。动能损失过大将影响旅行舒适度和道岔结构的稳定，降低其使用寿命，因此动能损失必须限制在容许范围之内。（一）影响侧向过岔速度的因素

道岔设计中用动能损失、未被平衡的离心加速度、未被平衡的离心加速度增量这三个基本参数来表达列车运行在道岔侧线上所产生的横向力的不利影响。1.动能损失ω（1）车辆逆向进入直线尖轨转辙器时，由于冲角β′与尖轨平面转辙角β相同，动能损失计算公式为（2）车辆自直线撞击圆曲线型尖轨时，动能损失计算公式为直线尖轨车轮在C点与直线尖轨撞击后，运行方向被迫由A向变成B向，运行方向上速度V变成Vcosβ′(β′是冲角)，速度Vsinβ′不能使车体运动。因此，撞击时动能损失为：实践中，将速度V和冲角视为变量，而质量是常量，这样车辆撞击时动能损失公式为：曲线尖轨车轮由直线进入圆曲线尖轨时，轮缘与钢轨之间的游间δ和冲角β′之间的关系为：一般说来冲角β′很小，因此可近似为：将此式代入上式得：再将此式代入动能损失计算公式得：3.未被平衡的离心加速度增量Ψ

车辆从直线进入圆曲线时，未被平衡的离心加速度是渐变的。其单位时间内的增量等于Ψ=da/dt。同样Ψ也必须控制在一个容许值Ψ0之内。2.未被平衡的离心加速度a

道岔导曲线一般采用圆曲线，且导曲线一般不设超高。因此，列车在导曲线上运行时，将产生未被平衡的离心加速度。L为车辆的全轴距，可采用金属客车值L=18m。1.采用大号码道岔，以增大导曲线半径，这是提高侧向通过速度的有效办法。但道岔号数增加后，道岔长度也增加了。如我国18号道岔全长为54m，较12号道岔长17m，较9号道岔长25m，这需要相应地增加站坪长度，因而在使用上受到限制。（三）提高侧向过岔速度的途径2.采用对称道岔，在道岔号数相同时，导曲线半径约为单开道岔的两倍左右，可提高侧向通过速度。但对称道岔两股均为曲线，使原来直股的运行条件变坏，因而仅适用于两个方向上的列车通过速度或行车密度相接近的地段。3.在道岔号数固定的条件下，改进平面设计，例如采用曲线尖轨、曲线辙叉，也可以达到加大导曲线半径的目的。4.采用变曲率的导曲线，可以降低轮轨撞击时的动能损失和减缓未被平衡离心加速度及其变化率，但仅在大号码道岔中才有实际意义。导曲线设置超高，可以减缓未被平衡离心加速度及增量，但实际上受道岔空间的限制，超高值很小，只能起到改善运营条件（如防止出现反向超高）的作用，而不能显著提高侧向通过速度。5.减小车轮对侧线各部位钢轨的冲击角，如防止轨距不必要的加宽，采用切线型曲线尖轨，尖轨、翼轨与护轨缓冲段选用尽可能相同的冲击角，并且使与导曲线容许通过速度相配合。（一）影响直向过岔速度的因素护轨冲击角：当列车逆岔直向过岔时，车轮轮缘将与辙叉上护轨缓冲段作用边碰撞，而当顺岔直向过岔时，则将与护轨另一缓冲段作用边碰撞。1.道岔平面冲击角的影响翼轨冲击角：同护轨一样，翼轨缓冲段上也存在冲击角，这样在道岔直向过岔速度问题上，就会产生与护轨相类似的问题。

护轨及翼轨冲击角是限制固定辙叉道岔直向通过速度的主要因素之一。

在一般辙叉设计中，直向和侧向翼轨多作成对称的形式，冲击角采用与护轨相同的数值，即βg=

βw

。我国现有的标准12号固定辙叉道岔上，翼轨从辙叉咽喉至叉心尖端上的冲击角βw，可采用下式计算：式中：t1为辙叉咽喉轮缘槽宽；

tw为辙叉翼轨平直段轮缘槽宽；

Nt1为辙叉咽喉至辙叉理论交点间的距离。2.道岔立面几何不平顺的影响

车轮通过辙叉由翼轨滚向心轨时，车轮逐渐离开翼轨，因轮踏面为一锥体，致使车轮下降，当车轮滚上心轨后，车轮又逐渐恢复至原水平面。反向运行也相同，车轮通过辙叉必须克服这种垂直几何不平顺，引起车体的振动和摇摆。

车轮由基本轨过渡到尖轨时，锥形踏面车轮也会出现会先降低随后升高的现象，使车轮犹如在轨面高低不平顺上行驶，产生附加动力作用，限制着过岔速度的提高。3.道岔刚度的影响

道岔区刚度大于两端区段轨道刚度——动态不平顺。（二）提高直向过岔速度的途径1.转辙器部分可采用特种断面尖轨代替普通断面钢轨，采用弹性可弯式固定型尖轨跟部结构，增强尖轨跟部的稳定性。避免道岔直线方向上不必要的轨距加宽。将尖轨及基本轨进行淬火，增强耐磨性。2.加强道岔的维修保养，及时修换磨耗超限的道岔零部件，保持道岔经常处于良好的技术状态。这些均有助于提高直向过岔速度。3.采用活动心轨型辙叉代替固定辙叉，保证列车过岔时线路连续，从根本上消灭有害空间，并使道岔强度大大提高。适当加长翼轨、护轨缓冲段长度，减小冲击角，或采用不等长护轨，以满足直向高速度的要求。4.为减少车辆直向过岔时车轮对护轨的冲击，可以使用弹性护轨。三、过岔速度的确定

1.直向过岔速度

目前，虽没有简便而成熟的直向通过速度计算法，不过根据我国的运营实践并结合一定的理论分析，依据道岔的结构状况，将直向通过速度限制为同等级区间线路容许速度的80%～90%。

2.侧向过岔速度

第六节高速道岔技术1.直向高速行车的道岔

在改造客货混流的既有线以提高客车运行速度时，由于高速列车很少甚至不进入道岔侧线。而在直向要求从局部改善道岔的几何形状、强化结构强度、增强稳定性及延长使用寿命等方面保证列车的直向通过速度与区间线路一致。直向高速行车的道岔一般为常用号码道岔。2.直向和侧向高速行车的道岔（大号码道岔）

这类道岔应满足高速列车侧向通过时对运行平稳性及乘坐舒适性的要求，一般为大号码道岔，它们的侧向容许通过速度较高，适用于新建高速客车专用线。

92型道岔99型道岔60kg9#提速道