山地有軌電車軌道系統(tǒng)設(shè)計及創(chuàng)新分析

作者簡介：周文濤（1992—），工程師，主要從事城市軌道交通軌道設(shè)計研究工作。

摘要：文章以麗江軌道交通1號線為例，針對連續(xù)長大坡道、小半徑曲線多、高原環(huán)境和高地板有軌電車的工程特點，開展了軌道適應(yīng)性設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計。通過軌道設(shè)備選型、排水設(shè)計、接口設(shè)計、重難點設(shè)計的分析，提出了山地有軌電車扣件、軌枕及雜散電流防護系統(tǒng)，對山地有軌電車軌道系統(tǒng)設(shè)計要點進行了總結(jié)，確保軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)先進、成熟可靠、經(jīng)濟合理，為后續(xù)山地有軌電車軌道系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：山地有軌電車；長大坡道；軌道設(shè)計；軌道創(chuàng)新

中圖分類號：U482.1

0 引言

由于受到山地地形和環(huán)境保護的限制，山地軌道交通的發(fā)展緩慢，影響了當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展。有軌電車作為一種新型城市軌道交通方式^［1］，具有環(huán)保性好、工程造價低、景觀性好、安全高效等優(yōu)點，既能適應(yīng)山地地形，也能滿足山地地區(qū)旅客運輸?shù)男枨?sup>［^2］。

有軌電車建設(shè)受限于城市地形和規(guī)劃等因素影響，特別是山地城市^［3］中，面臨線路坡度大、曲線半徑小、彎道多等特點。本文以麗江軌道交通1號線為例，根據(jù)線路工程特點，進行相應(yīng)的針對性軌道系統(tǒng)設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，為后續(xù)山地有軌電車軌道系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

1 概述

1.1 工程概況

麗江軌道交通1號線全長約20.713 km，共設(shè)車站5座，均為地面站。全線設(shè)車輛段1座。

線路主要以路基敷設(shè)為主，局部采用高架敷設(shè)。本工程設(shè)計速度為70 km/h，采用高地板有軌電車，接觸網(wǎng)供電。

1.2 工程特點

1.2.1 線路特點

1.2.1.1 長大坡道

從東巴谷至甘海子壩子為連續(xù)長大坡道線路，坡度最小為29.5‰，最大為55‰，坡道長度約為9.2 km，約占全線線路總長度的45%，連續(xù)高差達432 m。該段長大坡道平均線路坡度達44‰。

1.2.1.2 小半徑曲線

R≤200m小半徑曲線共有9處，其中正線最小曲線半徑為100 m，曲線總長度約為1.9 km，約占全線總長的9%。其中有7處曲線位于連續(xù)長大坡道地段。

1.2.2 環(huán)境特點

麗江地區(qū)屬高原氣候環(huán)境，紫外線強，每年夏季也為雨季，空氣濕度較大。

1.2.3 車輛特點

線路采用高地板有軌電車，而國內(nèi)目前尚無高地板有軌電車運營線路。

2 軌道系統(tǒng)設(shè)計

軌道作為有軌電車行車的基礎(chǔ)設(shè)備，直接承受和傳遞上部車輛荷載，引導(dǎo)列車運行方向，在整個運營中的地位和作用十分重要，將直接影響到列車運營的安全和養(yǎng)護維修工作量。軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟適用、技術(shù)先進、施工簡便和維修便捷，還應(yīng)具有良好的耐久性和絕緣性，滿足山地旅游軌道交通線路的敷設(shè)要求^［4］。

2.1 鋼軌

有軌電車采用的鋼軌主要有工字軌和槽型軌兩大類。相較于工字軌，槽型軌具有較大優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)具備防脫護軌的功能，特別適用于小半徑曲線地段，而且其特有的槽型結(jié)構(gòu)有利于混行地段鋼軌兩側(cè)道路結(jié)構(gòu)層的回填。

根據(jù)調(diào)研，國內(nèi)外有軌電車主要采用59R2和60R2槽型軌。本工程采用高地板現(xiàn)代有軌電車，槽寬更大的59R2槽型軌適應(yīng)性和輪軌匹配程度更佳，正線建議采用59R2槽型軌。從降低投資的角度考慮，車場線可采用50 kg/m鋼軌，以滿足車場線的運行要求。

2.2 扣件

2.2.1 扣件選型

針對本工程存在的碎石道床、整體道床和埋入式道床，為適應(yīng)道床類型特點，研發(fā)了一種有軌電車扣件（見下頁圖1）。該扣件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，同時適用于多種道床型式。通過更換不同靜剛度的橡膠墊板實現(xiàn)對整體道床和碎石道床敷設(shè)的需求。其中，整體道床橡膠墊板的靜剛度為35±5 kN/mm，碎石道床橡膠墊板的靜剛度為60±10 kN/mm。

2.2.2 鋼軌及扣件防護

在有軌電車的景觀綠化地段和路口地段，采用了埋入式道床^［5］。在這種環(huán)境下，若鋼軌和扣件直接與土壤接觸，極易受到污染以及土壤中水分的侵蝕。因此，有必要對鋼軌和扣件采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。

采用絕緣阻尼包裹材料進行鋼軌防護，其作用在于將鋼軌相對于回填物之間進行絕緣，防止鋼軌受到浸水銹蝕，同時具有一定的減振降噪作用。軌道的工作環(huán)境比較惡劣，為保證其長時間工作的性能，絕緣阻尼包裹材料應(yīng)具備較好的耐候性、耐久性^［6］。見圖2。

為避免埋入式道床對扣件性能造成影響，在扣件上方設(shè)置扣件罩，將扣件與外界綠化覆土或瀝青混凝土隔離。在路口地段，使用加強型扣件罩以滿足社會車輛通行的要求^［7］。

2.3 軌枕及道床

2.3.1 道床選型

山地有軌電車線路一般位于非市區(qū)地段，且存在連續(xù)長大坡道地段。從軌道穩(wěn)定性和建設(shè)經(jīng)濟性的角度考慮，為減少后期養(yǎng)護工作量，正線推薦在半徑≤200 m曲線地段、綠化地段、路口地段、橋梁地段、車站地段和長大坡道地段（地質(zhì)條件較好、處理成本較低）采用整體道床，其余正線均采用碎石道床。

2.3.2 軌枕選型

整體道床軌枕一般有無枕式整體道床、短枕式整體道床和長枕式整體道床^［8］。無枕式整體道床造價低，但施工不便，后期養(yǎng)護困難；短枕式整體道床軌枕制作及運輸方便，但承軌面坡度和軌距的精度依靠吊軌架安裝調(diào)整來保證，施工要求較高；長枕式整體道床可提高承軌面坡度及軌距的精度，穩(wěn)定性和整體性強。

考慮到山地有軌電車長大坡道及小半徑曲線線路較長，為增強軌道結(jié)構(gòu)整體性，鋼軌扣件宜統(tǒng)一化，正線整體道床與碎石道床全部采用鋼筋混凝土長軌枕。

2.4 道岔

道岔的選型應(yīng)根據(jù)車輛運行條件和線路的折返能力等確定^［9］。本線高地板有軌電車最小轉(zhuǎn)彎半徑為50 m，可采用3.26號定制道岔（導(dǎo)曲線半徑50 m）或6號道岔^［10］。據(jù)調(diào)研，3.26號定制道岔在松江、淮安和三亞城市有軌電車線路應(yīng)用過，槽型軌和工字軌定制道岔均適用。3.26號定制道岔較6號道岔造價相差不大，但3.26號定制道岔平面寬度范圍更大，不利于節(jié)省空間。為統(tǒng)一全線道岔類型，方便養(yǎng)護維修，推薦正線與車場線采用6號標準化道岔。

2.5 道床排水

2.5.1 地面線整體道床

地面線整體道床通過漫流入路基專業(yè)設(shè)置的排水邊溝進行排水。在綠化地段設(shè)置帶蓋板的成品排水橫截溝。槽型軌軌槽內(nèi)積水通過在軌槽底部鉆孔排入橫向排水溝。

岔區(qū)轉(zhuǎn)轍機坑主要通過在轉(zhuǎn)轍機箱內(nèi)預(yù)埋排水管，連接路基排水溝進行排水。

2.5.2 高架線整體道床

高架線整體道床通過橋梁專業(yè)設(shè)置的泄水孔進行自然排水。

2.5.3 地面線碎石道床

地面線碎石道床通過路基專業(yè)設(shè)置的排水溝進行排水。

2.6 接口

2.6.1 車輛接口

有軌電車的車輛型式對軌道設(shè)備選型影響較大，應(yīng)開展鋼軌及道岔與車輛的匹配性分析，合理選擇鋼軌及道岔。

2.6.2 土建接口

軌道應(yīng)向土建專業(yè)提資，協(xié)調(diào)軌道結(jié)構(gòu)高度、排水和沉降要求等，為軌道鋪設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

2.6.3 信號接口

軌道應(yīng)在道岔道床上為信號轉(zhuǎn)轍機安裝預(yù)留轉(zhuǎn)轍機坑和相關(guān)預(yù)埋管線。

2.6.4 動照接口

有軌電車若考慮在小半徑有條件地段設(shè)置鋼軌涂油器，應(yīng)向動照專業(yè)提資供電需求。特別是山地有軌電車，個別區(qū)間可能較長，動照專業(yè)敷設(shè)電纜至涂油器安裝處，敷設(shè)成本較高，且電壓損失較大，供電效果一般。在陽光充足的地區(qū)，軌道可考慮采用太陽能自動涂油器。

2.7 重難點設(shè)計

2.7.1 扣件防腐設(shè)計

麗江地區(qū)紫外線強烈，每年夏季為雨季，扣件金屬件容易銹蝕。為提高扣件的使用壽命，扣件金屬件采用鋅鎳共滲技術(shù)進行防銹處理，且不能影響其相關(guān)機械性能指標。

2.7.2 雜散電流防護設(shè)計

為減小雜散電流對道床和下部基礎(chǔ)的腐蝕，且碎石道床是薄弱地段，扣件采用雜散防護系統(tǒng)，可提高鋼軌對地的過渡電阻值。扣件雜散防護采用雙層絕緣處理，第一層利用硅基復(fù)合絕緣套對扣件處鋼軌底部及腰部做絕緣粘貼包裹處理，將鋼軌與扣件進行高絕緣隔離；第二層對扣件上的彈條、道釘、軌距擋板等鐵件的關(guān)鍵位置噴涂納米絕緣涂層材料，增加扣件表面的最小爬電距離，提升系統(tǒng)的絕緣性能。

2.7.3 長大坡道軌道加強設(shè)計

2.7.3.1 優(yōu)化整體道床設(shè)置地段

在長大坡道線路小半徑曲線和巖溶整治費用不大的地段，設(shè)置整體道床。

2.7.3.2 加密扣件鋪設(shè)密度

正線碎石道床地段軌枕一般按照1 680根/km鋪設(shè)；半徑R≤150 m 或坡度i≥40‰地段，按1 760根/km鋪設(shè)。正線整體道床地段軌枕一般按照1 600根/km鋪設(shè)；半徑150＜R≤400 m或坡度20‰≤i＜40‰地段，按1 680根/km鋪設(shè)；半徑R≤150m 或坡度i≥40‰地段，按1 760根/km鋪設(shè)。

2.7.3.3 軌距拉桿

在正線連續(xù)長大坡道R≤350 m碎石道床地段設(shè)置軌距拉桿，每25 m鋼軌設(shè)置10根軌距拉桿。

2.7.3.4 防爬設(shè)備

在正線連續(xù)長大坡道碎石道床地段設(shè)置防爬設(shè)備，每25 m鋼軌設(shè)置8對防爬設(shè)備。

3 軌道創(chuàng)新設(shè)計

（1）研發(fā)了一種適應(yīng)整體道床和碎石道床的有軌電車扣件，扣件結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷。

（2）針對碎石道床雜散電流防護困難的難題，設(shè)計了一種雜散電流防護系統(tǒng)，提高了雜散電流防護效果。

（3）研發(fā)了一種有軌電車的扣件組件，解決了試車線槽型軌壁式檢查坑扣件安裝困難的問題，見圖3。

（4）根據(jù)扣件的特點，分別設(shè)計了適應(yīng)整體道床和碎石道床的預(yù)應(yīng)力混凝土長軌枕，軌距保持能力強，整體性和穩(wěn)定性好。

4 結(jié)語

本文通過對山地有軌電車軌道系統(tǒng)的設(shè)計進行介紹、分析及總結(jié)，主要結(jié)論如下：

（1）山地有軌電車軌道設(shè)計應(yīng)及時開展鋼軌及道岔與車輛輪對的匹配性工作，合理選擇鋼軌和道岔類型，確保輪軌關(guān)系優(yōu)良，減少輪軌磨耗。

（2）山地有軌電車軌道設(shè)計應(yīng)適應(yīng)線路及工程環(huán)境，建議通過優(yōu)化整體道床設(shè)置地段、加密扣件鋪設(shè)密度、增設(shè)軌距拉桿和防爬設(shè)備等方法來加強長大坡道及小半徑曲線地段軌道穩(wěn)定性。

（3）山地有軌電車軌道設(shè)計應(yīng)注重與其他專業(yè)的接口配合，確保接口無誤，保障軌道設(shè)備以及接口設(shè)備的正常工作。

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收稿日期：2023-04-08