城市軌道交通50kg/m鋼軌7號(hào)單開道岔設(shè)計(jì)研究

王書衛(wèi)

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

1 概述

近年來，我國城市軌道交通建設(shè)迅速發(fā)展，改善了城市交通環(huán)境，為城市居民出行提供了極大便利。軌道系統(tǒng)是城市軌道交通的關(guān)鍵系統(tǒng)，隨著越來越多的城市建設(shè)軌道交通，對(duì)軌道系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下的適應(yīng)性、耐久性及綠色環(huán)保等方面提出了更高的要求。道岔是軌道設(shè)施的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)列車在不同線路之間的轉(zhuǎn)轍，道岔的性能直接影響軌道系統(tǒng)強(qiáng)度、運(yùn)行舒適度、穩(wěn)定性及通過能力等。城市軌道交通（輪軌制式）車場(chǎng)線一般采用50kg/m鋼軌7號(hào)道岔，道岔結(jié)構(gòu)形式與國鐵道岔基本一致，局部根據(jù)城軌交通的運(yùn)營特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

隨著國內(nèi)大城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，城市用地日趨緊張，車場(chǎng)進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)在新線建設(shè)中越來越多，這就對(duì)列車過岔的平順性及穩(wěn)定性提出了更高的要求。同時(shí)，城軌交通天窗期較短，在不影響運(yùn)營的前提下，大型的維修工作難以開展，而道岔維護(hù)是軌道系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修工作的主要內(nèi)容，因此延長(zhǎng)道岔部件使用壽命，盡量減少養(yǎng)護(hù)維修工作量就顯得越來越重要。

目前，城軌交通普遍采用的7號(hào)道岔尖軌跟端多為活接頭形式，道岔穩(wěn)定性及列車過岔平順性一般。車場(chǎng)7號(hào)道岔多采用木岔枕碎石道床，岔枕維修更換工作量較大，因此，對(duì)木材消耗量較大，與綠色環(huán)保及可持續(xù)的發(fā)展理念相悖。經(jīng)過多年的運(yùn)營實(shí)踐，既有的城軌交通7號(hào)道岔不足之處逐漸顯現(xiàn)，因此，對(duì)既有道岔進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。

2 道岔總圖設(shè)計(jì)

目前，車場(chǎng)線普遍采用的幾種7號(hào)道岔平面線型、主要尺寸及技術(shù)參數(shù)基本一致，比較成熟穩(wěn)定。為了保證與既有7號(hào)道岔的通用性，便于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，本次7號(hào)道岔優(yōu)設(shè)計(jì)采用與既有7號(hào)道岔相同的平面線型。

2.1 道岔主要技術(shù)參數(shù)及平面尺寸

本次設(shè)計(jì)7號(hào)道岔平面主要尺寸與既有城軌7號(hào)道岔基本相同，主要技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 7號(hào)道岔主要技術(shù)參數(shù)

2.2 道岔尖軌

道岔尖軌的型式指與直向基本軌的位置關(guān)系，主要分為3類：相切型、相割型和相離型（負(fù)割型），再往細(xì)分，相切型又分為切線型和半切線型，相割型又分為割線型和半割線型等[1]。

為縮短道岔整體長(zhǎng)度，使場(chǎng)段咽喉區(qū)布置更加緊湊，進(jìn)而節(jié)約用地，本次研究尖軌采用相割型，割距f=4mm。為使尖軌前端部分加工制造方便，前端采用半割線型，切線起點(diǎn)處軌頭寬bq=36.5mm，如圖1所示。

圖1 尖軌型式示意圖

曲線尖軌的長(zhǎng)度由多種因素綜合確定，包括尖軌跟端與基本軌距離要求（設(shè)置扣件和接頭夾板）、扳動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)基點(diǎn)位置要求、扳動(dòng)后最小輪緣槽要求等。既有7號(hào)道岔的尖軌長(zhǎng)度均為5m左右。尖軌長(zhǎng)度較短，尖軌跟端采用活接頭，結(jié)構(gòu)較松散，安全穩(wěn)定性較差[2]。

借鑒國外有軌電車道岔技術(shù)，本道岔的尖軌采用彈性可彎型式，尖軌跟端采用接頭夾板連接，以提高安全可靠性。根據(jù)總圖計(jì)算、綜合考慮轉(zhuǎn)轍器平面布置圖和尖軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮50AT軌定尺長(zhǎng)度，本道岔尖軌長(zhǎng)l0=8 540mm。

2.3 連接部分

彈性可彎曲線型尖軌道岔轉(zhuǎn)轍器尖軌跟端采用接頭夾板與標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼軌連接，因此，基本軌長(zhǎng)度取值一般采用跟端與尖軌跟端對(duì)齊的方式，這樣設(shè)置也方便軌枕布置。本道岔基本軌長(zhǎng)度為11 042mm。

按照GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，曲線半徑小于250m應(yīng)進(jìn)行軌距加寬。本道岔導(dǎo)曲線半徑為150m，按規(guī)范要求需在曲線地段加寬10mm，因此，本道岔導(dǎo)曲線范圍軌距為1 445mm。

2.4 轍叉及護(hù)軌

采用直線型銳角轍叉，左右開可互換。7號(hào)道岔鋪設(shè)與場(chǎng)段內(nèi)，一般沒有鋪設(shè)無縫道岔的需求，因此，本道岔不采用特殊轍叉形式，采用既有標(biāo)準(zhǔn)7號(hào)高錳鋼整鑄轍叉。

為了減小道岔整體長(zhǎng)度，轍叉與導(dǎo)曲線采用相割的布置方式，割距采用12mm，如圖2所示。

圖2 轍叉部分軌距示意圖

護(hù)軌采用既有國鐵標(biāo)準(zhǔn)，原材料為43kg/m鋼軌。直向護(hù)軌與側(cè)向護(hù)軌沿轍叉角平分線對(duì)稱布置，長(zhǎng)度均為3 700mm。護(hù)軌工作邊與走行軌工作邊的距離為42mm。

3 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 轉(zhuǎn)轍器設(shè)計(jì)

3.1.1 尖軌

尖軌采用50AT鋼軌制造，鋼牌號(hào)不低于道岔其他鋼軌件。尖軌由5mm斷面開始進(jìn)行軌頭頂面淬火。尖軌尖端軌頭工作邊進(jìn)行1∶4的水平刨切，使尖軌軌頭斷面加大，并藏于基本軌軌頭頜下（藏尖值為3mm），阻止尖軌上下跳動(dòng)，尖軌尖端水平刨切時(shí)為了不影響尖軌軌腰，尖軌尖端處軌腰中心線與尖軌尖端偏移12mm，如圖3所示。

圖3 尖軌尖端斷面

既有城軌7號(hào)道岔尖軌一般伸出滑床臺(tái)5mm，如圖4所示。根據(jù)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)反饋，由于5mm伸出量偏小，尖軌爬行后可能造成尖軌尖端未伸出滑床臺(tái)，長(zhǎng)時(shí)間使用易造成滑床臺(tái)形成凹槽，導(dǎo)致尖軌扳動(dòng)不靈活，造成安全隱患。采用此方案，第一個(gè)滑床臺(tái)鐵墊板在上下股鋼軌無法通用，增加了非標(biāo)件的數(shù)量。因此，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了方案優(yōu)化，尖軌尖端與第一個(gè)滑床臺(tái)軌枕中心線距離設(shè)計(jì)為80mm，滑床臺(tái)與下方鐵墊板可對(duì)稱設(shè)置，能夠保證尖軌尖端伸出量15mm，消除了上述隱患，保證了行車安全。同時(shí)，所有滑床臺(tái)鐵墊板均能夠通用，方便了設(shè)計(jì)、制造及養(yǎng)護(hù)[3]。

圖4 尖軌與滑床臺(tái)位置關(guān)系示意圖

3.1.2 電務(wù)轉(zhuǎn)換

城市軌道交通工程車場(chǎng)線行車速度較低，一般不超過25km/h，采用聯(lián)動(dòng)內(nèi)鎖閉的鎖閉方式能夠滿足要求。本道岔推薦聯(lián)動(dòng)內(nèi)鎖閉，設(shè)置1臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)，牽引點(diǎn)動(dòng)程152mm。2根尖軌間設(shè)置了1根拉桿及2根連桿，拉連桿采用鐵道部通用圖，拉桿所處的軌枕間距為650mm。

3.1.3 其他

轉(zhuǎn)轍器其他部件沿用既有7號(hào)道岔成熟設(shè)計(jì)，零部件盡量采用通用件，以減少非標(biāo)件，降低造價(jià)。

3.2 轍叉及護(hù)軌設(shè)計(jì)

轍叉為固定型直線轍叉，與既有7號(hào)高錳鋼轍叉相同，左右開道岔可互換。

護(hù)軌設(shè)計(jì)采用成熟技術(shù)，為分開式可調(diào)護(hù)軌，用43kg/m鋼軌制造，護(hù)軌軌頂面高出基本軌軌頂面12mm，護(hù)軌軌頭工作邊側(cè)面進(jìn)行全長(zhǎng)淬火。護(hù)軌墊板扣壓基本軌軌底采用與轉(zhuǎn)轍器滑床板同樣的剛性扣壓方式。

其他零部件盡量采用通用件，減少非標(biāo)件，降低造價(jià)。

3.3 扣件與岔枕設(shè)計(jì)

3.3.1 扣件

道岔扣件采用Ⅰ型彈條分開式扣件，鋼軌下及鐵墊板下各設(shè)10mm厚橡膠墊板，減緩鋼軌沖擊振動(dòng)。

3.3.2 岔枕

城軌7號(hào)道岔一般鋪設(shè)與有砟道床，為增強(qiáng)道岔整體性，保證道岔各部尺寸，提高施工精度，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，本道岔岔枕設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土長(zhǎng)岔枕。為增加道岔適應(yīng)性，長(zhǎng)岔枕也設(shè)計(jì)了適用于無砟道床類型。為方便模具加工及岔枕生產(chǎn)，岔枕采用與國鐵長(zhǎng)岔枕相同的結(jié)構(gòu)形式。岔枕斷面如圖5所示。

圖5 岔枕示意圖

4 使用情況

本道岔于2017年5月在山海關(guān)橋梁廠進(jìn)行了廠內(nèi)試鋪，并于2017年10月鋪設(shè)于巴基斯坦拉合爾軌道交通車輛段內(nèi)，使用效果良好。

5 結(jié)語

本次城市軌道交通50kg/m鋼軌7號(hào)單開道岔的優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)城市軌道交通不斷發(fā)展對(duì)道岔提出新的需求，以及既有7號(hào)道岔在運(yùn)營實(shí)踐中反饋出來的不足之處，并結(jié)合最新的規(guī)范要求，進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。

1）道岔采用彈性可彎尖軌，跟端采用接頭夾板連接，提高了道岔穩(wěn)定性及列車過岔的平穩(wěn)性。

2）道岔尖軌通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大了尖軌尖端伸出滑床臺(tái)的距離，降低了長(zhǎng)期運(yùn)營可能造成扳動(dòng)不靈活的隱患。

3）采用預(yù)應(yīng)力混凝土長(zhǎng)岔枕，延長(zhǎng)了岔枕使用壽命，減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量。

經(jīng)過試鋪及工程應(yīng)用，道岔使用效果良好，可以在以后的城市軌道交通工程中推廣應(yīng)用。