基于聯調聯試的城際鐵路大坡度下道岔側向允許速度值優化建議

周雄慧,肖 劍

（廣東城際鐵路運營有限公司,廣東 廣州 510000）

0 引言

城際鐵路作為現代軌道交通系統“四網融合”的重要組成部分，扮演著連接城市、促進經濟發展和改善交通運輸效率的關鍵角色。然而，城際鐵路存在著大坡度區段，在大坡度條件下，道岔的側向允許速度是決定列車在道岔區段運行速度的關鍵因素之一。因此，研究城際鐵路大坡度下道岔側向允許速度合理取值，對于優化鐵路線路設計、提高列車運行效率以及確保行車安全具有重要意義。

1 城際鐵路道岔選型的一般原則

為盡可能提高側向列車運行速度，高速鐵路正線與聯絡線連接使用的道岔類型一般以42 號為主，側向限速160 km/h。實際工程項目中，城際鐵路一般考慮采用18號道岔，側向限速80 km/h，以優化平面布置。

2 側向過岔速度理論

單開道岔的側向通過速度包括轉轍器、導曲線、轍叉及岔后連接線路這四部分，每一部分都影響道岔側向的通過速度。目前，常用基本參數法進行道岔平面線形設計，以確定側向過岔速度[1]。道岔平面線形設計可以采用以下三個基本參數表達列車質點或剛度運行在道岔側線上所產生的橫向力的不利影響：動能損失、未被平衡的離心加速度、未被平衡的離心加速度增量[2]。綜合上述三個參數，現有各類道岔的側向允許速度如表1所示。

表1 道岔側向允許通過速度 /(km/h)

3 困難條件下道岔側向允許速度的主要影響因素分析

3.1 道岔鋪設線型偏差影響

道岔鋪設線型偏差是指道岔軌道中線及左右軌實際位置與設計值在平面（橫向）和高程（垂向）的偏差。線型偏差包括水平偏差、垂直偏差，影響兩端線路的平順過渡，若道岔鋪設線型偏差較大，將導致列車在道岔區段的側向運行受到不規則的軌道力作用，影響列車的穩定性和側向允許速度[3]。

3.2 道岔幾何不平順影響

道岔幾何形位的控制是道岔在鋪設和養護維修階段確保道岔高平順性的關鍵，軌道幾何不平順是車輛－軌道耦合作用下振動的重要激擾源，影響列車運行安全性、平順性和舒適性[4]。

3.3 道岔鋼軌焊接接頭不平順性影響

城際鐵路無縫道岔內部及兩端的鋼軌一般采用鋁熱焊聯結，焊接接頭的質量和平順性對列車的側向運行有重要影響，通過焊接接頭廓形打磨得到與車輪形面相匹配的軌頭廓形，使輪軌接觸點在軌頂中部位置，以降低輪軌接觸應力值，減少動車組車體橫向振動響應的影響[5]。

3.4 尖軌降低值不良影響

列車順向通過道岔時，輪對依次經過直尖軌受力、直尖軌與曲基本軌共同受力、曲基本軌受力的過程[6]。在從直尖軌受力過渡到直尖軌與曲基本軌共同受力時，如果尖軌降低值不良，在降低值偏大的情況下，在輪軌接觸受力過渡階段輪對外徑會過早引起曲基本軌受力，形成運行過程中的輪徑差，即曲基本軌一側輪對外徑受力，輪軌接觸點輪緣半徑小，直基本軌一側輪對正常受力，輪軌接觸點輪緣半徑大，從而導致列車向小輪徑一側偏移，產生水平加速度[7]。

綜上所述，道岔鋪設線型、道岔幾何平順性、道岔鋼軌焊接接頭平順性、尖軌降低值等因素都可能影響道岔側向允許速度，需要綜合分析這些因素。

4 大坡度下道岔側向允許速度影響案例分析

以某城際鐵路站場18 號道岔為例，道岔圖號為客專線（07）001，車站為高架站，車站設到發線4 條（含正線2 條），兩端咽喉各設渡線1 組，線間距4.6 m。受線路條件限制，站后線路坡度為29‰，坡長1 150 m，豎曲線半徑15 000 m，切線T=217.5 m，經計算該豎曲線起點離2 號道岔尖軌尖距離24.5 m。2#~4#道岔側向檢測示意圖如圖1。

圖1 2#~4#道岔側向檢測示意圖

4.1 聯調聯試測試情況

聯調聯試完成了道岔側向測試，速度級以70 km/h、80 km/h、90 km/h 各運行3 個往返，測試內容和該文相關的項目主要包括道岔幾何狀態、道岔動力性能、軌道結構動力性能等測試。

4.1.1 2#~4#道岔側向幾何狀態檢測

綜合檢測列車2#~4#道岔側向提速試驗檢測結果，70 km/h 與80 km/h 速度級檢測無Ⅲ、Ⅳ級偏差，90 km/h速度級檢測存在橫向加速度Ⅲ級偏差2 處，峰值為-0.15 g和0.16 g。

4.1.2 2#岔位18 號道岔側向動車組動力學響應

根據2#岔位18 號道岔側向通過檢測數據（見表2），脫軌系數最大值、輪重減載率最大值、輪軸橫向力最大值均符合評判標準的要求。

表2 2#岔位18 號道岔側向通過檢測數據

4.1.3 2#岔位18 號道岔動力性能

（1）列車運行參數（地面測試）。動車組直向通過道岔測試，實測列車運行穩定性指標、軌道結構剛度、道岔橫向穩定性，測試結果各參數均在其相應限值內。指標等參數統計如表3 所示。

表3 列車運行參數統計表

（2）輪軌力過渡。輪軌力過渡測點選擇在2#岔位18 號道岔直尖軌頂面寬度10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm 位置對應曲基本軌上布置輪軌垂向力測點，計算輪軌垂向力在直尖軌和曲基本軌上的過渡范圍和過渡比例，各參數均在其相應限值內。實測結果如表4所示。

表4 輪軌力過渡范圍及分配系數

4.1.4 測試結論

2#~4#道岔側向測試結果表明：

（1）岔區軌道結構動力性能、道岔動力性能、列車運行穩定性指標均滿足要求。

（2）70 km/h 與80 km/h 速度級檢測無Ⅲ、Ⅳ級偏差，90 km/h 速度級檢測存在橫向加速度Ⅲ級偏差。

4.2 現場復核情況

4.2.1 道岔側向線型復核

對2#、4#道岔側向及渡線采用安博格小車進行了線型測量，道岔鋪設線型良好，滿足驗收標準。根據分析結果，對道岔及渡線范圍內的長波軌向不平順和高低不平順進行了優化調整。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，因此道岔側向線型不是引起道岔側向橫向加速度超限的原因。

4.2.2 道岔幾何尺寸優化調整

對道岔的軌道幾何尺寸及結構進行全面檢查，道岔靜態幾何尺寸在允許偏差管理值范圍內，為使道岔及渡線軌道幾何尺寸更加平順，對局部軌距變化率等參數等進行了優化調整。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，因此道岔幾何尺寸不是引起道岔側向橫向加速度超限的原因。

4.2.3 道岔鋼軌接頭輪廓打磨

通過測量道岔鋼軌鋁熱焊接頭平直度，平直度滿足驗收標準要求。進一步觀察接頭頂部光帶，光帶偏向軌道內側，與接頭兩側光帶不在同一條直線上，且光帶的寬度較窄，對2#、4#道岔以及渡線接頭進行輪廓打磨，通過對鋼軌光帶及廓形跟蹤可知打磨后輪軌接觸關系明顯改善。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，道岔鋼軌接頭平順性不是引起道岔側向橫向加速度超限的原因。

4.2.4 尖軌和心軌降低值測量

對道岔尖軌、心軌降低值進行了測量，尖軌、心軌的設計降低值和實際降低值如圖2 所示。可見，尖軌和心軌實際降低值基本無偏差，輪軌垂直力能及時從基本軌轉移到尖軌上，可以排除尖軌、心軌降低值不良引起道岔側向橫向加速度超限。

圖2 道岔尖軌、心軌設計降低值和實際降低值對比分析圖

5 結論

該文通過聯調聯試實踐檢驗，若道岔前設置大坡度線路，那么對下坡方向的道岔側向平穩性將造成一定影響，直接表現為隨著通過速度的增加橫向加速度增加明顯，尤其是在設計速度+10 km/h 提速試驗過程中，橫向加速度大概率出現Ⅲ級偏差，難以通過聯調聯試測試。鑒于城際鐵路行車間隔較長、公交化運營要求比城市軌道交通低，道岔側向允許速度適當降低，對其線路直向和側向的通過能力影響不大。因此，有關建議如下：

（1）建議在設計階段，盡量避免道岔側向前設置大坡度的困難條件，若受現場條件限制必須設置時，宜在設計說明文件中加以說明，并增加道岔側向設計速度-10 km/h 的速度值通過能力驗算。

（2）建議在線路允許速度確認階段，建設單位、設計單位、運營單位應重點研究確定大坡度下道岔側向允許速度值，避免聯調聯試提速試驗階段出現橫向加速度Ⅲ級偏差，導致重新修改允許速度和信號列控數據。該文提到的案例最終將2#~4# 道岔側向允許速度修改為70 km/h。