10 高速铁路道岔技术10.1 高速道岔类型在高速铁路中，道岔有其特殊的地位，几乎无一例外地通过单开道岔实现两股轨道的连接。
高速道岔在其功能上和结构上与常速道岔相比，虽无原则上的区别，但要求安全性和舒适性更高。
按分界点设置方案不同，高速道岔一般分为两种类型。
第一类用于中间站、区段站的车站正线因为通过道岔侧股时，必然是进站停车或停站后出站，所以侧向过岔仅要求满足中速运行条件。
属于这一类的有我国客运专线的18号道岔，日本新干线的18号道岔，法国高速新线的20号道岔，德国高速新线的18.5号道岔，俄罗斯的18号和22号道岔，美国的28号道岔，意大利的18.2号道岔等。
国外铁路在这些线路上夜间停运，有足够的时间养路，虽然站间距离较长，在区间也不设渡线，即在正常运营时不采用反向行车。
第二类用于区间渡线和高速侧向过岔的部位一是因为站间距离较长，电务和工务实行天窗维护，需要反向行车；二是因为高速客运专线与既有线大站间的联络线需要高速侧向过岔。
属于这一类的有我国客运专线的42号、50号道岔，法国高速新线的tg0.0218即46号和tg0.0154即65号道岔，日本新干线的38号道岔，德国高速新线的26.5号和42号道岔，英国的tg0.0145即69号道岔等。
国内外高速铁路中高速道岔主要技术参数见表10.1.1。
表10.1.1 国内外高速道岔主要技术参数2续表10.1.1310.2 高速道岔结构特征综观国内外高速道岔结构，其特征主要如下：10.2.1 转辙器（1）转辙器尖轨采用矮形特种断面钢轨制造的藏尖式、曲线形、弹性可弯式跟端尖轨。
（2）为防止车轮轮缘冲击和扎伤尖轨尖端，使尖轨尖端埋藏在基本轨轨头侧面刨切部分，以便使尖轨轨头非工作边与基本轨工作边相密贴。
（3）为增大导曲线半径，道岔侧股设计为曲线形尖轨，曲线尖轨半径与导曲线半径相一致。
（4）曲线尖轨有切线形和割线形之分。
尖轨与基本轨的平面连接方式有普遍采用切线形曲线尖轨的趋势。
日本、法国和德国高速道岔均为切线形。
一般在尖轨顶宽2.5~5mm处作斜切以减小其薄弱部分的长度。
我国采用相离半切线形，俄罗斯采用割线形曲线尖轨。
（5）曲线尖轨尖端有冲击角和无冲击角之分。
一般半切线形曲线尖轨尖端有冲击角，如我国的高速道岔，而切线形曲线尖轨尖端有的有冲击角，如法国的高速道岔，有的则无冲击角，如日本的高速道岔，冲击角的大小直接关系到逆岔侧向过岔速度。
（6）曲线尖轨的长度一般都较长，少则10几米，长则40~50多米，它分为尖轨跟端部分、尖轨可弯部分及尖轨板动部分的长度。
为保证尖轨的转换可靠性及板动到位，常设置多根转辙杆，如法国的65号道岔，尖轨长57.5m，采用6根转辙杆；日本的38号道岔，尖轨长42.1m，也采用6根转辙杆；德国的26.5号道岔，尖轨长31.74m，采用4根转辙杆；我国的18号道岔，尖轨长21.45m，设置了3根转辙杆。
（7）尖轨跟端经模压加工成与标准钢轨相同的断面，并用焊接方法使其与相邻的钢轨连接，同时用能纵向调节的弹性扣件牢固扣压，以提高转辙器的稳固性和可靠性。
（8）直股尖轨为直线形，尖轨尖端轨距不作任何加宽，有利于高速直向过岔。
10.2.2 辙叉及护轨（1）有高锰钢整铸辙叉和可动心轨或可动翼轨之分。
为消灭辙叉有害空间及减小翼轨冲击角，加大导曲线半径，一般可采用由特种断面钢轨制成的可动心轨式高锰钢曲线辙叉，它是保证道岔直向过岔速度与区间轨道高速运行速度相一致的主要有效技术措施。
（2）可动心轨辙叉长度一般为10m左右，长则达到15~20m，比固定式辙叉长度增长很多。
（3）可动心轨辙叉一般是由可动心轨、翼轨和尾轨构成，为提高辙叉的耐磨性和整体性，多采用高锰钢铸造并经机加工制成。
（4）在构造上，心轨实际尖端较翼轨顶面低一些，心轨与翼轨轨头贴靠范围内，采用埋藏心轨尖端的轨头。
（5）在固定式辙叉中，为减小辙叉咽喉和翼轨缓冲段的冲击角，防止车轮爬轨，提高过岔速度，普遍采取加长翼轨缓冲段的长度，减小辙叉咽喉宽度，改变翼轨在辙叉理论中心处的外形。
（6）可动心轨辙叉一般不设护轨，但侧股也有设置的，一般采用H型护轨、防磨护轨或弹性护轨，增强护轨工作边横向强度。
为防止辙叉磨耗，加长护轨缓冲段长度，以减小护轨冲击角。
为更有效车轮导向，减少心轨磨耗，使护轨稍高于基本轨。
10.2.3 道岔导曲线道岔导曲线线形以圆曲线为主，也有采用复心曲线的，采用缓和曲线自然优越。
一般18号道岔多用圆曲线形导曲线，日本的38号道岔导曲线为复心曲线，大号码道岔以采用缓和曲线导曲线为佳，如法国的46号、65号道岔导曲线为单支三次抛物线形导曲线，半径最大处位于导曲线终点即曲线辙叉跟端，而瑞士的25号道岔导曲线则为螺旋曲线形。
10.2.4 其他方面（1）为能与车轮踏面形状相适应，道岔内钢轨设置轨顶坡1：40，一般是在道岔垫板、滑床板和尖轨轨头设置坡度。
（2）为消灭道岔内钢轨接头，多采用半焊或全焊无缝道岔，以提高高速过岔的平稳性与舒适性。
（3）设置低刚度轨下胶垫，提高道岔轨道弹性。
（4）采用弹性扣件扣压道岔钢轨。
（5）道岔岔枕除采用硬质木岔枕外，现多采用混凝土岔枕或新型合成材料岔枕，以及铺设枕式或板式无砟道岔。
10.3 限制高速侧向过岔速度的因素思考高速侧向过岔设计时，首先要确定速度目标值，而侧向过岔速度主要受到导曲线欠超高、欠超高时变率和未被平衡离心加速度时变率的影响。
10.3.1 欠超高由于道岔曲线不设超高，当列车通过时将产生欠超高为导侧欠R V h 28.11= （10.3.1）式中 h 欠——欠超高（mm ）；V 侧——侧向过岔速度（km/h ）； R 导——导曲线半径（m ）。
国内外铁路道岔曲线欠超高规定见表10.3.1。
表10.3.1 道岔曲线欠超高允许值10.3.2 欠超高时变率由于道岔导曲线为圆曲线，将引起欠超高时变率为：欠转侧欠时h l V h 6.3=（10.3.2）式中 欠时h ——欠超高时变率（mm/s ）；转l ——转向架中心距（m ）。
10.3.3 未被平衡离加速度时变率列车通过道岔导曲线时，因欠超高而引起未被平衡离心加速度时变率为：116.3S h l V S h 欠转侧欠时⨯==ψ （10.3.3）式中 ψ——未被平衡离心加速度时变率（g/s ）；1S ——轨头中心距（mm ）。
图10.3.1为日本铁路和UIC （欧洲铁路联盟）对列车通过导曲线时未被平衡离心加速度时变率的实测结果，可见，当侧V =100~220km/h 时，ψ=0.15~0.45g/s 。
图10.3.1 横向离心加速度时变率实测结果10.4 高速侧向过岔技术参数试算10.4.1 试算条件1）允许欠超高h 欠=110mm ；2）未被平衡离心加速度的时变率ψ=0.2g/s ； 3）转辙器尖轨采用切线形弹性可弯式尖轨； 4）辙叉采用可动心轨式曲线辙叉； 5）侧向过岔速度V 侧=160km/h 。
10.4.2 欠超高计算据式（10.3.2）和式（10.3.3），欠超高为：侧转欠V S l h ψ16.3=mm 1221602.01500186.3=⨯⨯⨯=因比试算条件大，故取 欠h =110 mm 。
10.4.3 导曲线半径试算 据式（10.3.1），导曲线半径为：欠侧导h V R 28.11=m 27461101608.112=⨯= 取R 导=2800 m 。
10.4.4 尖轨尖端角试算由图10.4.1，曲线尖轨尖端角1β为：Rb R 11cos -=β 则 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=R b R 11arccos β （10.4.1） 式中 1β——曲线尖轨尖端角（deg ）； R ——导曲线半径（m ）；b 1——曲线尖轨切点顶宽（mm ）。
据式（10.4.1）得：'''18.296108265088.05.280071755.2800717arccos ==⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=β图10.4.110.4.5 辙叉号数试算 由图10.4.1，辙叉角α为：Rb S 101cos cos --=βα ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=R b S 101cos arccos βα （10.4.2）∴ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=5.280071751435108265088.0cos arccos α '''03501834203213.1 ==则辙叉号数N 为：αtg N 1=3035011'''==tg10.4.6 尖轨长度试算尖轨理论起点至实际尖端间的距离A 0及转辙角β分别为：210βRtgA =mmtg26462108265088.05.2800717=⨯=Ry R 跟-=arccosβ706635676.05.28007172135.2800717arccos =-=曲尖轨长度L 曲尖及直尖轨长度L 直尖分别为：)(18010ββπ-+=R A L 曲尖)108265088.0706635676.0(5.28007171802646-⨯⨯+=πm 31895=)sin (sin 10ββ-+=R A L 直尖)108265088.0sin 706635676.0(sin 5.28007172646-⨯+= m 31895=10.5 未来的高速道岔10.5.1 高速道岔类型未来的高速铁路运行需要下述两种道岔。
第一种为保证直向高速运行的道岔，直向过岔速度同区间轨道一致；第二种为提高侧向运行速度的道岔，主要用于渡线或联络线。
在选择高速道岔技术参数时，应考虑到道岔用途，主要因素是确保旅客舒适性、道岔部件强度和运行安全性。
10.5.2 道岔系列标准化道岔系列的标准化与各国铁路既有线提速的规划和高速铁路的发展密切相关，一般而言，可采用12、18、22、30、38、4250和65号标准化系列。
10.5.3 道岔号码与过岔速度道岔系列与过岔速度相关，如表10.5.1所列。
表10.5.1 道岔号码与过岔速度10.5.4 道岔技术研发构想未来的高速道岔结构应着眼于下列诸项技术研发，如图10.5.1所示。
图10.5.1 未来道岔的构想（1）发展特种断面钢轨制造的藏尖式、切线形、弹性可弯式曲线尖轨，并且应确保尖轨板动到位，尖轨跟端扣着牢固，自动显示转换状态。
（2）发展消灭有害空间的弹性可弯式曲线辙叉。
（3）开发新型合成材料岔枕，以及无道床捣固和不更换岔枕的少维修道岔。
（4）采用弹性轨下垫层和弹性扣件，降低并均匀化道岔轨道刚度，减小道岔破坏程度，延长道岔设备使用寿命。
（5）开发减小尖轨、辙叉及护轨各部位冲击角的道岔结构，降低道岔轨道振动，提高过岔的平稳性与安全性。
（6）开发对称道岔，改造既有道岔，以期提高侧向过岔速度。
（7）开发道岔除雪装置。
