道岔大修施工一次性配轨误差模型研究与应用★

师 彬

(昆明铁道职业技术学院，云南 昆明 650217)

0 引言

目前铁路道岔大修施工普遍采用预铺法，预铺法施工最为关键的是施工技术，直接决定了道岔大修施工组织的成败。而铁路运输部门压力大，运输效率与设备修理相矛盾，施工天窗安排困难，以往的施工技术(尤其是道岔配轨技术)已逐渐不适应现有铁路运输模式，容易造成施工延点，影响行车组织，这就要求研究新的道岔施工技术方案，来提高道岔大修天窗的利用率，减少施工对行车的影响[1]。

1 既有道岔配轨技术存在的问题

现有的预铺法道岔大修施工配轨技术，按照是否设置龙口轨分为两种方法：设置龙口轨(即多次配轨法)和不设置龙口轨(后称为一次性配轨法)。所谓龙口轨指在既有线路上(或新道岔轨排上)，在新道岔落排时预留一处或多处需在新道岔落排后方可切除的钢轨。一次性配轨指新道岔落排前，将道岔及前后钢轨全部切轨配置到位。两种方法优缺点如下。

1.1 设置龙口轨配轨方法优缺点

1.1.1 优点

1)新道岔轨排落到位，直接按照需要长度进行配轨，配轨的精度受气候、轨温、既有线路伸缩膨胀以及方向变化等因素影响较小，如果新道岔方向、刚度控制到位，基本可以实现精确配轨。

2)对施工技术人员业务能力要求相对较低，便于施工技术控制。

1.1.2 主要缺点

1)施工天窗时间不足，施工组织困难。目前单开道岔大修施工天窗时间一般为180 min，复交道岔为210 min，交叉渡线道岔为240 min，同时在天窗时间内还进行同步道岔换砟作业，其作业时间基本覆盖整个施工天窗。设置龙口轨后，新道岔就位时间受新道岔拨道、横纵移对位作业的影响，按照以往数据统计，此方法的施工天窗比一次性配轨多20 min～30 min左右。

2)新道岔落排后，基本上无法做到一步落到位，需进行新道岔横纵移作业。受龙口轨重叠段的支承影响，造成新道岔纵向移动困难，若纵移量较大时，增加施工时间，极易造成施工顶点或延点。

3)若新道岔落排不到位或落排后道岔方向和高度偏差较大时，影响配轨精度，施工后需重新换轨，造成钢轨浪费。

鉴于以上原因，目前道岔大修施工中，除非施工天窗时间充足，一般不采用此方法进行道岔配轨。

1.2 一次性配轨方法的优缺点

1.2.1 优点

1)使新道岔轨排快速到位，便于既有线路连接，减少施工天窗施工约20 min～30 min。

2)新道岔落排后，横纵移作业与既有线路连接可同步进行，便于起道设备拆除，加快施工车辆进入时间，提高天窗利用效率。

1.2.2 主要缺点

1)配轨技术难度较大，对施工技术人员业务能力要求高。提前切割配置的钢轨，配轨精度受测量轨温、施工轨温、测量人员、新道岔和既有线路情况(轨缝、岔心、拨道量)等因素的影响，需全面分析考虑。

2)若配轨错误，导致新道岔不到位，需重新进行配轨，遇这种情况比设置龙口轨需要施工时间还多，易造成施工延点和钢轨浪费，增加施工成本。

虽然一次性配轨方法存在一些缺点，但缩短了施工天窗时间，提高了天窗利用率，降低了施工对铁路运输的影响，因此如何提高一次性配轨精度成为了本文研究的关键。

2 一次性配轨误差模型建立与分析

以单开道岔预铺法施工为研究对象，建立道岔一次性配轨误差模型。

一次性配轨就是指在新道岔轨排测量长度(如图1所示)与新道岔在既有线路标定长度(如图2所示)满足施工时配轨精度，这就要求新道岔测量以及在既有线路上的标定必须精确到位。

2.1 一次性配轨误差模型建立

新道岔轨排配轨形成多边形ABFEDC从理论上近似等于新道岔在既有线路标定多边形abfedc。即存在两种数学关系：多边形中各钢轨长度近似相等和各对应边近似平行。

1)ac股直基本轨：Lac≈LAC+Δ总ac；

2)ae股曲尖轨：Lae≈LAE+Δ总ae；

3)bd股直尖轨：Lbd≈LBD+Δ总bd；

4)bf股曲基本轨：Lbf≈LBF+Δ总bf。

其中，Δ总ac，Δ总bd，Δ总ae,Δ总bf为每股钢轨在测量、标定或施工中存在的误差或偏差的总和。

钢轨长度可包含道岔前后的配轨长度以及长度内轨缝值。

2.2 一次性配轨误差分析和控制办法

2.2.1 新道岔中心定位误差Δ定位

一般情况下，道岔中心重新定位后都存在一定的偏差，不可能做到绝对重合，这个偏差对道岔及配轨相当于纵向平行移动，影响相对较小，基本可以忽略不计，若是道岔纵移施工，则必须考虑道岔中心定位引起的误差。

2.2.2 钢轨长度测量误差Δ测

1)测量误差产生的原因比较多，主要原因如下：

a.测量人员测量时使用钢卷尺的拉力不一致；b.测量钢轨时钢轨轨头存在一定宽度，测量钢卷尺在钢轨轨头上的位置不一致；c.使用不同的钢卷尺测量钢轨长度；d.测量时钢轨存在弯曲，造成测量不准确；e.测量人员粗心，读数错误或测量零点错位或斜视读数；f.一定长度的钢轨采用分段多次测量相加，扩大测量误差。

2)测量误差的控制办法。

a.测量前，待测钢轨尽可能直或者圆顺，减少测量误差；b.新道岔钢轨以及新道岔既有线路标定所有测量工作为同一测量人员，使用同一把钢卷尺进行测量，钢卷尺置于钢轨轨头的中间，测量三次取平均值作为测量结果，存在读数误差较大时重新测量；c.测量读数确保零点准确，读数时正视读数。

2.2.3 基本轨横断面误差Δ横误

由于新道岔预铺轨排时和新道岔在既有线路定位时，受测量技术和施工工艺的影响，两根基本轨前端横断面即存在偏差，而这两个偏差不相等，这就造成定位钢轨横断面误差。

1)定位钢轨横断面误差Δ横误计算。

在图1新道岔预铺轨排示意图中，基本轨AC，BF所在的钢轨要求A，B两点尽可能在同一横断面上，以A点为基准点测量B点偏离横断面差值记为Δ偏AB。同理在图2新道岔在既有线路标定示意图中，以a点为基准点测量b点偏离横断面差值记为Δ偏ab。

综上分析，定位钢轨横断面误差：

Δ横误=Δ偏AB-Δ偏ab。

2)定位钢轨横断面误差控制处理办法。

a.横向定位测量尽可能准确，一是方法是多次测量取平均值；二是采用正反测量降低测量误差；

b.为同一测量人员、同一测量尺进行横向定位测量，并且新道岔及定位测量方法应一致。

2.2.4 测量轨温偏差Δ测量轨温

因新道岔轨排未上线，钢轨在轨枕上受温度变化伸缩相对自由，既有线路上的道岔和线路伸缩受到限制，这就造成测量相等长度新道岔与既有线路的钢轨是不相等的。

随着铁路的发展，轨道结构不断加强，联结零件的阻力普遍大于道床阻力，因此对于测量轨温引起偏差可简化计算，假定新道岔钢轨自由伸缩，既有线路钢轨在道床阻力的作用下伸缩困难，假定基本无伸缩。

根据钢轨伸缩膨胀理论[2，3]，测量轨温偏差：

Δ测量轨温=(t测-t0)Lα。

其中，t测为测量新道岔轨排的测量轨温；t0为既有线线路设定轨温，普通线路为轨缝调节轨温或铺设钢轨的轨温，无缝线路为锁定轨温；L为待测钢轨的长度；α为钢轨的线膨胀系数，α=0.011 8 mm/(m·℃)。

2.2.5 切轨误差Δ切轨

切割机锯片厚度一般为4 mm，若切轨位置左右变动，会影响配置钢轨长度，切轨误差范围为0 mm～5 mm。切轨误差控制，技术人员在配置钢轨长度时一定要标明切割机锯片的位置，不然多次切轨后影响较大。

2.2.6 施工拨道误差Δ拨道误差

因既有线路方向不良时，大修施工时需要进行道岔及前后线路进行大幅度拨道的，拨道后存在钢轨冗余(见图3)，将线路ACB拨道到成ADB，线路ACB长度明显大于ADB，如此造成施工拨道误差。

记C点计划拨道量为l0，AC长度为l1，DB长度为l2。

施工拨道误差近似计算公式：

若断轨处于该地段，还应另作计算。

2.2.7 普通线路道岔前后轨缝调节偏差Δ轨缝

普通线路按照《铁路线路修理规程》预留有轨缝，在实际运营过程中已发生变化，更换道岔时应考虑道岔前后轨缝调节偏差Δ轨缝，大小为现场实际测量与预留轨缝值之差。

Δ轨缝=a1-a0。

其中，a1为实际轨缝；a0为普通线路预留轨缝，计算详细见《线路维修规则》第3.4.6条。

2.2.8 施工轨温偏差Δ施工轨温

道岔大修更换施工时，将既有道岔拆除后由于施工轨温t施与既有道岔铺设轨温或轨缝调节轨温(无缝线路为锁定轨温)t设不一致，既有线路就会发生伸缩，造成施工轨温偏差。

1)施工轨温偏差Δ施工轨温计算。

根据钢轨膨胀理论和道床阻力平衡关系，即钢轨伸缩的温度力等于伸缩区段道床阻力，可得出道岔前后施工轨温偏差为：

其中，l为施工时伸缩钢轨的长度；α为钢轨的线膨胀系数，α=0.011 8 mm/(m·℃)；E为钢的弹性模量,MPa，E=2.1×105MPa；S为钢轨的断面面积，60钢轨断面面积为7 745 mm2；r为单位道床纵向阻力，不同轨道结构存在差别。

2)施工轨温偏差控制处理办法。

a.由于新道岔长度在既有线路上的标定需在施工天窗前完成，此时若考虑施工轨温偏差是不科学的，应在施工时切断既有钢轨时，根据现场实际轨温进行调整钢轨断口点的位置；

b.道床阻力随着铁路的运营已发生变化，施工技术人员应根据实际情况进行修正处理，使配轨更加准确。

综上分析，即可得出单开道岔四股钢轨一次性配轨误差模型如下：

ac股直基本轨：Lac≈LAC+Δ定位+Δ测AC+Δ测ac+Δ测量轨温AB+Δ拨道误差AC+Δ轨缝ac+Δ施工轨温。

ae股曲尖轨：Lae≈LAE+Δ定位+Δ测AE+Δ测ae+Δ测量轨温AB+Δ拨道误差AE+Δ轨缝ae+Δ施工轨温。

bd股直尖轨：Lbd≈LBD+Δ定位+Δ测BD+Δ横误+Δ测bd+Δ测量轨温BD+Δ拨道误差BD+Δ轨缝bd+Δ施工轨温。

bf股曲基本轨：Lbf≈LBF+Δ定位+Δ测BF+Δ横误+Δ测bf+Δ测量轨温BF+Δ拨道误差BF+Δ轨缝bf+Δ施工轨温。

以上误差大小和正负应根据道岔实际施工情况确定，并不是每一组道岔每一个误差都存在，施工技术人员应根据其理论合理的运用。

2.3 一次性配轨误差模型配轨精度检验

1)钢轨长度检验。道岔施工时同时满足以下两个标准，则认为配轨是准确的。

a.不存在配轨过长。b.不存在钢轨过短，也就是线路能够正常连接满足行车标准。

2)轨缝值检验。在满足钢轨长度检验后，每一组单开道岔施工结束后，对道岔前后和钢轨接头轨缝值进行检查验收，根据《铁路线路修理规则》以及道岔组装技术标准，接头轨缝值验收标准见表1。

表1 大修道岔轨缝值验收标准

3 模型应用

3.1 施工试验

本文分析建立道岔一次性配轨误差模型，在2021年3月元昆线牧羊村站3号、4号道岔和青龙寺站22号道岔等3组道岔大修施工进行试验，施工结果见表2，不合格轨缝见表3。

表2 元昆线牧羊村站、青龙寺站道岔配轨施工数据

表3 不合格轨缝情况

从表2中可以看出，本文建立道岔大修施工一次性配轨模型的配轨准确率达100%，轨缝值达标率87%，对于预铺道岔提前配轨来说，这个精度是十分高的。从表3可以看出，虽然不合格轨缝偏差不大，但要完全实现预留轨缝达标这也是很困难的，受既有线路情况、轨温等各种因素影响太大，且每一组道岔还不一样。

3.2 模型推广

1)本文建立道岔预铺法一次性配轨误差理论，可进一步用于常见的复式交分道岔、交叉渡线道岔、组合道岔以及线路预铺轨排的更换施工技术中去，来提高铁路轨道施工的精度。

2)在达到配轨准确的基础之上，若要完全实现轨缝值100%达标，可选择待更换某一对钢轨使用旧钢轨过渡，用于调节不达标轨缝，在道岔综合作业时更换过渡旧轨为新轨即可。

4 结语

道岔大修施工技术是铁路道岔大修施工的关键技术之一，如何提高天窗使用率，减少施工对运输的影响，这就需要加强施工技术管理。本文研究道岔大修预铺法施工配轨技术，以单开道岔为例，分析道岔施工中影响配轨精度的8种误差或偏差，以此建立了道岔大修一次性配轨误差模型，并在实际道岔大修施工验证了该模型的精度，为铁路施工技术人员提供了一定的理论指导。