地鐵折返線60-9單開道岔平面線型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

閆 宇 青

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

地鐵折返線是實(shí)現(xiàn)地鐵車輛換向行駛的區(qū)段，國內(nèi)在該區(qū)段一般采用60 kg/m鋼軌9號(hào)單開道岔實(shí)現(xiàn)車輛的折返功能。該道岔直向容許通過速度為100 km/h，側(cè)向容許通過速度為35 km/h，其側(cè)向容許通過速度直接影響著車輛的折返時(shí)間與發(fā)車間隔。而若采用12號(hào)甚至更大號(hào)碼道岔來提高折返速度，則會(huì)增大折返區(qū)域隧道的開挖面積與長(zhǎng)度，增加工程投資。因此，本道岔設(shè)計(jì)旨在對(duì)現(xiàn)有9號(hào)單開道岔進(jìn)行優(yōu)化研究，在盡量保證目前9號(hào)道岔全長(zhǎng)不變的情況下，將9號(hào)道岔的側(cè)向通過速度由35 km/h提高至與12號(hào)單開道岔40 km/h～50 km/h相同。

2 道岔平面線型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主要幾何尺寸及相關(guān)參數(shù)

主要幾何尺寸及相關(guān)參數(shù)見圖1，表1。

表1 道岔主要設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)

道岔號(hào)碼軌道間距/mm道岔角度R/m全長(zhǎng)L/m前長(zhǎng)G/mm后長(zhǎng)H/mm尖軌長(zhǎng)度/mm牽引點(diǎn)型式91 4356°20′25″29032 60616 49116 11511 280兩機(jī)兩點(diǎn)(外鎖閉)

2.2 控制參數(shù)

動(dòng)能損失(單位：km2/h2)計(jì)算公式：

ω=V2sin2βc。

未被平衡的離心加速度(單位：m/s2)計(jì)算公式：

其中，V為列車運(yùn)行速度，km/h；R為導(dǎo)曲線半徑，m。

根據(jù)TB/T 2477—2006中規(guī)定，客貨共線道岔側(cè)向容許通過速度應(yīng)滿足：動(dòng)能損失容許值：ω0≤0.65 km2/h2。

未被平衡離心加速度：α0≤0.56 m/s2。

未被平衡離心加速度增量(單位：m/s3)計(jì)算公式：

其中，l為車輛全軸距，m，按18 m取值；未被平衡離心加速度增量：φ0≤0.4 m/s3。

因此，在確定道岔側(cè)向平面時(shí)，必須使各項(xiàng)參數(shù)不超過規(guī)定的限度，即滿足：α≤α0,ω≤ω0,φ≤φ0。

設(shè)計(jì)計(jì)算。

導(dǎo)曲線半徑：

綜合1),2)，導(dǎo)曲線半徑R≥280 m。

若取半徑R≥280 m，轍叉則為曲線轍叉；為增加尖軌粗壯度，線形一般選用負(fù)割線型，當(dāng)R取300 m時(shí)，導(dǎo)曲線終點(diǎn)處的轍叉支距大于390 mm，導(dǎo)致轍叉跟長(zhǎng)m值過大，增大了高錳鋼長(zhǎng)度，不建議采用。綜合考慮導(dǎo)曲線半徑取值為R=290 m。

2.3 平面線型設(shè)計(jì)

采用相離式半切線型尖軌，相離值為-8 mm，半切斷面寬為50 mm，尖軌尖端取在軌頭寬度2 mm處；并在道岔軌底或軌頂面設(shè)置1∶40坡度，轉(zhuǎn)轍器設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表2。

表2 轉(zhuǎn)轍器設(shè)計(jì)參數(shù)

2.4 轉(zhuǎn)轍器設(shè)計(jì)

1)基本軌采用60 kg/m鋼軌制造，尖軌采用60AT2鋼軌制造，轉(zhuǎn)轍器部分平面線型如圖2所示。

2)轉(zhuǎn)轍器滑床板結(jié)構(gòu)：采用彈性夾式滑床板(滑床板為整體鑄造式)，其優(yōu)點(diǎn)是扣壓力穩(wěn)定，彈性夾安裝、拆卸、維護(hù)方便；并間隔設(shè)置滾輪裝置，以減少尖軌的不足位移，為防止基本軌外傾，在基本軌外側(cè)間隔設(shè)置軌撐滑床板，滑床板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3)尖軌跟端采用彈性可彎式結(jié)構(gòu)，對(duì)工作邊軌底進(jìn)行刨切，降低尖軌理論彎折點(diǎn)區(qū)域的橫向剛度，從而減小扳動(dòng)力。為了防止尖軌爬行及更好的傳遞溫度力，跟端采用限位器結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

2.5 轍叉及護(hù)軌設(shè)計(jì)

1)轍叉采用曲線型合金鋼拼裝轍叉，以提高曲線型合金鋼轍叉的耐磨性，并適用于地鐵無縫線路的焊接要求，合金鋼拼裝轍叉結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2)護(hù)軌采用分開式槽型護(hù)軌，采用UIC33槽型鋼制造，護(hù)軌頂面高出導(dǎo)軌頂面12 mm，護(hù)軌內(nèi)側(cè)采用彈性夾扣壓鋼軌。

2.6 扣件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1)道岔采用分開式Ⅲ型彈條扣件，鋼軌非工作邊安裝9號(hào)軌距塊；工作邊安裝11號(hào)軌距塊；鋼軌接頭處安裝接頭軌距塊；轍叉兩側(cè)分別安裝9號(hào)和11號(hào)軌距塊；并設(shè)置復(fù)合偏心套來調(diào)整軌距。

2)軌下采用雙層彈性分開式結(jié)構(gòu)，軌下設(shè)置5 mm厚橡膠墊層，板下墊層為10 mm厚高彈性墊板，均為熱塑性聚酯彈性體，板下橡膠墊板提供主要彈性，與軌下墊層剛度串聯(lián)，提供扣件系統(tǒng)的豎向剛度。道岔用于無砟道床，通過設(shè)置調(diào)高墊板來調(diào)整道岔高度，板下初始設(shè)計(jì)按6 mm，扣件的調(diào)高量為-4 mm～+26 mm。增設(shè)備用調(diào)高墊層(規(guī)格有2 mm,3 mm,5 mm三種)，材質(zhì)為橡塑，扣件裝配示意圖如圖5所示。

2.7 岔枕及布置

1)采用客運(yùn)專線鐵路無砟道岔用岔枕結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)經(jīng)過了鐵道部組織的多次設(shè)計(jì)審查，技術(shù)成熟、穩(wěn)定，在國內(nèi)已批量上道使用。其中岔枕螺栓和套管分別采用客運(yùn)專線(07)001-V-8和客運(yùn)專線(07)001-V-50。

2)岔枕間距設(shè)計(jì)。

岔枕按垂直于道岔直股，除牽引點(diǎn)處岔枕間距為650 mm，牽引點(diǎn)兩側(cè)岔枕間距為575 mm及一些特殊地方外，其他岔枕間距盡可能保持600 mm。

尼龍?zhí)坠芡忸A(yù)埋不銹鋼外套結(jié),此結(jié)構(gòu)可改善尼龍?zhí)资芰l件，減少開裂、破損等病害。混凝土螺栓孔外加鋼套后，相當(dāng)于在螺栓孔周圍設(shè)置了一層箍筋，提高抗孔裂能力。

3 結(jié)語

通過對(duì)地鐵折返線60 kg/m鋼軌9號(hào)單開道岔平面線型及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，將既有道岔的側(cè)向通過速度從35 km/h提高到了45 km/h；對(duì)尖軌的軌型進(jìn)行了優(yōu)化研究，在地鐵道岔中首次采用60AT2鋼軌，方便彈性夾的安裝，并采用整體式鑄造式滑床板，并在曲股設(shè)置3 mm水平藏尖，增加尖軌的粗壯度，保證曲線尖軌在地鐵道岔頻繁折返過程中更加的耐磨；轍叉采用合金鋼拼裝轍叉，使得在采用曲線型轍叉后，提高了曲線型轍叉的耐磨性。

本道岔設(shè)計(jì)時(shí)吸取了客運(yùn)專線道岔及重載鐵路道岔的優(yōu)勢(shì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)滿足國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，可在城市軌道交通工程中推廣應(yīng)用。