铁路道岔结构特点与常见病害维修养护对策研究

引言：

在铁路线路构造中，道岔不仅承担分合线路与导向列车的功能，还处于力学条件复杂、工况环境多变的区段，任何细小缺陷都可能在短期内演变为安全隐患。随着高速铁路、重载运输及城市轨道的持续发展，道岔所承受的轮轨作用频率与载荷幅值显著提升，结构几何精度与部件健康状态的维持难度同步增加 [1]。同时，列车运行密度的提高压缩了养护与检修的可用时间窗口，促使传统依赖周期修与人工经验的模式难以满足安全与效率的双重要求。当前行业内虽积累了丰富的道岔设计、施工与养护经验，但在病害防控的前瞻性、技术措施的系统性以及状态信息的实时化等方面仍有不足。本文试图从结构特性与病害机理入手，结合工程可实施的技术手段，提出兼具预防、修复与应急功能的综合对策，旨在为道岔养护决策提供科学依据与实践路径。

1 铁路道岔的结构特点分析

1.1 几何与功能的复合性

道岔的几何构成与功能分工在铁路线路体系中呈现出高度的复合性，其布局并非单纯的轨道延伸，而是多类构件在短距离内的精确组合。转辙器部分由尖轨、基本轨、滑床板及转辙机等构件构成，承担方向切换与导向作用；辙叉区包括心轨、翼轨及联结组件，是列车通过线路分歧处的核心结构；护轨与过渡轨段则负责引导车轮、限制横向偏移。多种部件之间在受力、磨耗、温度应力传递上彼此交织，形成复杂的力学网络 [2]。这种构造在功能上兼具导向、承载、分流与缓冲特性，任何局部性能衰减都会被放大为整体性能的不稳定。

1.2 刚度突变与不连续性

在纵向结构连续性方面，道岔的刚度分布存在突变特征。固定辙叉区域的“有害空间”使轮轨支承由连续状态骤然转为间断，冲击载荷与接触应力随之陡增，这不仅加速轨面磨耗，也易诱发滚动接触疲劳裂纹。相较之下，可动心辙叉通过消除有害空间显著改善了纵向几何的平顺性，轮轨作用力峰值得以削减。然而，这种结构增加了可动部件数量及传动环节复杂度，对驱动同步、锁闭精度与传动可靠性提出更为苛刻的要求，制造与养护环节的容错空间随之减小。

1.3 接口密集与耦合显著

从系统耦合的角度观察，道岔区是轨下结构、轨枕、道床或轨道板、扣件系统、焊接接头、绝缘接头与信号联锁设备的密集交汇处。轨向几何的细微变化可能由任何一环节的偏差引发，例如扣件夹持力不足、焊接接头硬度异常或绝缘件变形等，都会在运行过程中逐步演化为冲击增加、轮轨不稳定甚至信号失真。这种高密度的接口布局，使道岔区的病害不仅具有多源性，还存在跨系统传递的特征，增加了诊断与处置的复杂度。

1.4 运维窗口受限

在养护与维修层面，道岔的运维窗口普遍受限。咽喉区及繁忙干线上的道岔，因列车密集运行，可供施工的“天窗”时间往往仅有数十分钟，作业组织必须在有限时段内完成检测、调整与部件更换，同时确保施工质量一次达标。近年来，配套的道岔清筛机、智能打磨车等机械化装备逐步投入使用，这类设备能够在压缩作业时间的前提下，提高作业精度与稳定性，使关键部位的状态恢复更加可控。这种趋势预示着未来道岔运维模式将从依赖人工经验逐步转向以机械化、模块化手段为主导的高效维护体系。

2 铁路道岔常见病害类型及成因分析

2.1 磨耗与疲劳损伤

道岔在高频列车荷载作用下，其接触界面长期承受交变应力与微观滑动，尖轨工作边、辙叉心轨及护轨磨耗最为显著。磨耗过程并非单一机械削减，而是轮轨材料在高接触应力、剪切力与冲击载荷交互作用下的渐进失稳。随着轮轨接触几何的改变，接触应力分布趋于集中，进一步加剧材料表层塑性流动与金属迁移，最终形成接触疲劳裂纹 [3]。这类裂纹沿表层与次表层扩展，既削弱轨头完整性，也易在外力作用下剥离形成掉块。若尖轨与辙叉区域的几何连续性遭到破坏，列车运行的冲击频率会显著提升，材料的疲劳极限被持续压缩，导致病害呈加速发展趋势。因此磨耗与疲劳损伤本质上是结构—材料—荷载三要素共同作用下的演化产物，其控制应以早期干预为核心，抑制几何退化与接触应力峰值的累积。

2.2 结构变形与错位

道岔区结构变形多表现为轨距偏差、高低不平顺及方向错位，其形成机制与轨下支承条件密切相关。长期荷载循环会使道床颗粒逐渐破碎并产生塑性沉降，枕下刚度分布随之不均，导致轨向几何出现周期性波动。在雨季或排水不畅环境中，细颗粒夹杂与积水加速了道床失稳，翻浆冒泥现象进一步削弱支承强度。温度应力与轨枕连接松弛的叠加效应，使局部错位在短时间内迅速放大。与直线线路相比，道岔区域的几何恢复难度更高，因其多曲线、多接头的结构特征限制了整体调整的均衡性。若变形得不到及时矫正，不仅会引发轮轨冲击和不均匀载荷分配，还可能加速辙叉与尖轨部位的磨耗，从而形成病害链条[4]。

2.3 焊接与连接部位病害

焊接与连接部位是道岔结构中应力集中最显著的环节，其病害形态包括裂纹、掉块、硬度异常以及构件松动。闪光焊、铝热焊等焊接工艺在道岔使用过程中易受到热输入控制不足、焊缝几何不均或冷却速率异常的影响，产生软化区或脆化组织，进而降低接头疲劳寿命。连接件如滑床板、鱼尾板及绝缘接头则易在交变剪切力与振动作用下松弛，甚至产生疲劳裂纹。由于这些部位在结构上承担力的传递与几何定位功能，一旦失效，往往会引起尖轨转换不同步、辙叉区轨缝变化等连锁反应。焊接与连接病害常与磨耗、几何变形交织存在，致使检测与处置的时效性要求极高，任何延误都可能使损伤从局部演变为整体失稳风险。

3 铁路道岔病害的维修与养护对策

3.1 预防性养护策略

预防性养护的核心在于延缓病害发生的时间节点，使道岔始终保持在稳定的服役状态。这一目标的实现需要在日常养护制度中建立“状态阈值—措施匹配”的闭环机制。针对尖轨工作边与辙叉心轨等高应力区，应设立基于几何指标和接触应力峰值的监测标准，例如轮轨冲击加速度不超过 7g、轨面不平顺度保持在毫米级控制范围。一旦指标接近阈值，即启动相应的轻干预作业，如局部打磨或可拆卸件更换，避免小缺陷演变为结构性损伤。材料与结构的微调同样是预防性养护的重要手段。针对固定辙叉的刚度突变问题，可在心轨与翼轨连接处增设弹性垫层，调整轨下支承的动力响应；对于滑床板及垫板，可选用高耐磨、抗疲劳的复合材质，并配合表面喷涂防腐耐磨涂层，降低长期荷载引起的表层剥落风险。在转辙机传动杆系与定位装置中引入自润滑衬套，可有效减少机械部件的磨损速率，提升转换同步的稳定性。检测技术的前移是近年预防性养护的重要趋势。利用激光轨检系统（Laser Rail Profile Measurement System,LRPM）实现毫米级轨面轮廓扫描，结合轨下超声与红外热成像检测，可在日常运行间隙快速完成全道岔扫描，建立基于时间序列的病害发展曲线[5]。与人工目测相比，这种模式不仅减少漏检率，还能提前锁定隐患部位，实现对养护资源的精准分配。

3.2 周期性检修措施

周期性检修的关键在于工序标准化与设备匹配度。针对道床污染与支承失稳，应采用模块化道岔清筛工艺，将清筛机、枕下夯实器和道床整形器组合成“一次进场、顺序完成”的流水线作业模式。在工艺参数上，清筛深度应控制在枕底下方 50～80 毫米，以兼顾道床净化与枕下密实度恢复，避免过度扰动造成新的沉降隐患。打磨工艺需引入分级磨耗策略，根据轨面剖面磨耗量与接触疲劳裂纹深度的实测数据确定磨削等级。轻度磨耗区采用细粒度砂轮进行成形打磨，保留足够金属储备；重度疲劳区则选用粗粒度砂轮进行深度去除，并在作业后进行轨面抛光处理，降低粗糙度至 Ra 3.2 μm 以下，以减缓疲劳裂纹萌生。焊补与零部件更换需在工艺控制上严守参数。闪光焊接心轨时，预热温度宜控制在 450～550^∘C ，焊后保温时间应大于15 分钟，以保证组织均匀性与硬度分布的平稳过渡。滑床板与扣件等易松动部位应使用扭矩扳手分步紧固，终拧力矩控制在45 ～55 N·m 区间，确保夹持力的稳定性。对于绝缘接头，可在更换作业中同步检测绝缘电阻值，并记录在设备台账中，方便后续状态跟踪。

3.3 病害应急处理方案

应急处置需要在最短时间内恢复道岔安全通行能力，其核心是“快速判断、临时稳定、短周期复测”。当尖轨或辙叉出现掉块、滚动接触疲劳剥落时，可立即采用便携式轨面打磨机削平损伤区，同时在必要时加装护轨板以引导轮缘，防止二次冲击。在轨距超限或高低错位情况下，应临时加垫聚氨酯弹性垫片进行局部抬升或加固，并在运行间隙进行一次轨向矫正，确保几何指标回到可控范围内。焊接与连接件失效的紧急修复则需根据损伤程度选择策略。对于轻微裂纹，可使用冷焊修补剂或金属填充条进行快速封堵，待封锁时间充裕时再实施彻底焊补；滑床板或鱼尾板脱落时，可采用预备件快速替换，并利用高强度可拆卸紧固螺栓锁固，减少现场加工时间。在信号联锁部位出现机械动作异常的情况下，应优先保障尖轨的定位与锁闭功能，即便暂时失去自动转换功能，也要确保列车通过的几何安全。应急作业的效率与质量高度依赖于装备与人员的适配度。建立包含常用更换件、便携式检测仪、紧固工具及小型打磨机在内的道岔应急作业包，并配备可快速装卸的微型液压轨起机，可以显著提升处理速度。应急处置后需在 24 小时内进行一次复测，确认临时措施在列车运行冲击下的稳定性，并决定是否启动后续计划性整治，避免应急手段演变为长期状态，从而埋下新的隐患。

4 结语

道岔的健康状态是铁路线路整体安全性能的关键变量，其病害的形成与发展往往是结构特性、材料性能、荷载条件与养护方式交织作用的结果。本文从结构特点解析入手，归纳了磨耗与疲劳、几何变形、焊接与连接失效等典型病害，并针对性地提出了涵盖全生命周期的养护方案：在预防环节引入状态阈值控制、材料结构优化与先进检测技术，在周期检修中强化模块化工艺、分级打磨与焊补质量管理，在应急阶段实施快速替换、临时加固与短周期复测。未来，道岔养护应进一步向智能化和数据驱动方向发展，依托实时监测、大数据分析与预测性维护模型，实现病害的早期识别与精准干预，从而在保障运行安全的同时提升线路全寿命周期的经济性与可持续性。

参考文献：

[1] 文 中 彬 . 铁 路 道 岔 结 构 及 维 修 养 护 措 施 [J]. 四 川 建材 ,2021,47(1):184- 185.

[2] 陈醒 . 对铁路道岔结构及维修养护措施的分析 [J]. 中国设备工程 ,2022(2):32- 33.

[3] 徐志伟 . 铁路道岔疲劳伤损病害与打磨周期探析 [J]. 技术与市场 ,2020,27(6):91- 92.

[4] 赵清晨. 京九线铁路道岔病害分析、整治措施及结构优化研究[D].中国铁道科学研究院 ,2023.

[5] 马云松 . 重载铁路道岔工电结合部病害防治措施 [J]. 中国科技信息 ,2021(24):34- 35.