曼谷輕軌道岔的設(shè)計(jì)

侯愛濱,曲 銘，駱 焱,何雪峰

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)軌道工程設(shè)計(jì)研究院,北京 100055)

1 工程概況

泰國(guó)曼谷機(jī)場(chǎng)線是連接新機(jī)場(chǎng)和市區(qū)的快速軌道交通工程,線路全長(zhǎng)29 km,均為高架線路,列車最高運(yùn)行速度為160 km/h。正線線間距為4 m,采用無砟軌道,車輛段為有砟軌道。該線軌道按UIC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),基本軌用UIC60鋼軌制造,尖軌用UIC60B制造，軌距與國(guó)內(nèi)相同,采用1 435 mm。正線采用9號(hào)、12號(hào)單開道岔,車場(chǎng)線采用6號(hào)單開道岔。為避免設(shè)置4 m間距交叉渡線,在半徑為2 000 m的曲線上設(shè)有一組渡線道岔。

2 道岔的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)本線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、站場(chǎng)布置情況和甲方有關(guān)要求,道岔的設(shè)計(jì)采用如下設(shè)計(jì)原則。

(1)導(dǎo)曲線半徑：9號(hào)、12號(hào)道岔的導(dǎo)曲線半徑均為350 m；預(yù)留的12號(hào)道岔,導(dǎo)曲線半徑按甲方規(guī)定采用500 m,轍叉為曲線型轍叉；6號(hào)道岔導(dǎo)曲線半徑為100 m；渡線道岔導(dǎo)曲線半徑為350 m。

(2)道岔適用于跨區(qū)間無縫線路,允許溫升為35 ℃,允許溫降為40 ℃。

(3)基本軌用UIC60鋼軌制造,尖軌用UIC60B鋼軌制造。

(4)采用固定型高錳鋼轍叉,轍叉兩端焊接普通鋼軌。

(5)正線道岔設(shè)有1∶40軌底坡,車場(chǎng)線道岔不設(shè)軌底坡。

(6)采用分開可調(diào)式彈性扣件,扣件系統(tǒng)的調(diào)高量為-5～+25 mm。

(7)護(hù)軌采用UIC33槽形鋼制造。

(8)正線道岔軌下基礎(chǔ)采用長(zhǎng)枕埋入式無砟道床,車場(chǎng)線道岔采用混凝土岔枕,有砟道床。

(9)電務(wù)轉(zhuǎn)換裝置采用分動(dòng)外鎖閉裝置。

3 道岔的平面設(shè)計(jì)

道岔的平面設(shè)計(jì)包括平面線型、導(dǎo)曲線半徑、尖軌平面線型、岔枕布置、牽引點(diǎn)位置、尖軌長(zhǎng)度、轍叉長(zhǎng)度、道岔主要尺寸的確定等。

3.1 導(dǎo)曲線半徑

道岔的導(dǎo)曲線半徑主要根據(jù)道岔的側(cè)向容許通過速度來選擇,本工程所用道岔的側(cè)向容許通過速度最高為50 km/h,采用單圓曲線的平面線型。根據(jù)招標(biāo)文件規(guī)定,本工程所用系列道岔的導(dǎo)曲線半徑如下：

(1)12號(hào)道岔和9號(hào)道岔,導(dǎo)曲線半徑采用350 m,與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的12號(hào)道岔導(dǎo)曲線半徑相同。

(2)6號(hào)道岔,導(dǎo)曲線半徑采用100 m。

(3)預(yù)留的12號(hào)道岔,導(dǎo)曲線半徑按甲方規(guī)定采用500 m,轍叉為曲線型轍叉。

(4)其他曲線預(yù)留道岔、曲線渡線道岔,導(dǎo)曲線半徑均為350 m,以保證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。

3.2 尖軌的平面線型

尖軌的平面線型可分為切線型、半切線型、相離半切線型、半割線型等。12號(hào)道岔、9號(hào)道岔采用相離半切線型的曲線尖軌,相離值為11.95 mm,其主要目的是為了增大尖軌斷面,從而減輕列車運(yùn)行對(duì)曲線尖軌的磨耗,該線型在中國(guó)有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。其他道岔,考慮與線路的連接關(guān)系,均采用半切線型的平面線型。

3.3 岔枕間距

本道岔的岔枕間距,一般情況下為600 mm,牽引點(diǎn)處為便于轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝調(diào)為650 mm。岔枕間距可根據(jù)平面布置進(jìn)行調(diào)整。

3.4 曲線上的渡線道岔

本工程為避免設(shè)置交叉渡線,在半徑為2 000 m的曲線上設(shè)置了渡線道岔。在曲線上鋪設(shè)道岔有以下3種方法。

(1)將曲線的一部分取直,然后在直線上鋪設(shè)普通道岔,或者也可以把道岔鋪設(shè)在曲線的切線方向上。這種方法只需改動(dòng)線路平面,道岔本身不變。該方法由于線路不圓順,只適用于速度不高的線路或臨時(shí)線路。本工程由于列車速度高,行車密度大,不能采用該方法。

(2)利用標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)轍器及轍叉鋪設(shè)曲線道岔。這種方法線路平面及道岔平面都需改動(dòng)。該方式較為復(fù)雜,難以保證道岔的圓順,也不適合本工程使用。

(3)鋪設(shè)曲線轉(zhuǎn)轍器、曲線轍叉的曲線道岔。當(dāng)曲線道岔的主線半徑設(shè)計(jì)成與線路曲線半徑完全一致時(shí),這種道岔可以鋪設(shè)在曲線上的任何位置,而不需改動(dòng)線路平面。該方式可以滿足本工程的使用要求,避免了站場(chǎng)土建工程的大規(guī)模變更,保證曲線正線不因鋪設(shè)道岔而降低列車的容許通過速度。

曲線道岔的主線半徑與線路曲線半徑完全一致。曲線渡線示意見圖1。

圖1 曲線上的渡線道岔(單位：mm)

此渡線道岔包括1組同側(cè)曲線道岔和1組異側(cè)曲線道岔。

在主線半徑2 004 m的線路上鋪設(shè)同側(cè)曲線道岔,道岔的正線曲線半徑與線路半徑相同,為2 004 m,側(cè)線曲線半徑根據(jù)側(cè)向通過速度50 km/h的要求,取為350 m,道岔側(cè)線的曲線與線路曲線相切,公切點(diǎn)在道岔前端,形成同側(cè)曲線道岔。尖軌為半切線型曲線尖軌。為減少尖軌后端的不足位移,便于制造和鋪設(shè)使用,尖軌長(zhǎng)度應(yīng)盡量縮短,尖軌長(zhǎng)度按最小輪緣槽不小于65 mm設(shè)計(jì),同時(shí),根據(jù)岔枕間距布置,尖軌長(zhǎng)定為13 040 mm,半切斷面在31 mm處。

在主線半徑2 000 m的線路上鋪設(shè)異側(cè)曲線道岔,道岔的正線曲線半徑與線路半徑相同,為2 000 m,側(cè)線曲線半徑根據(jù)側(cè)向通過速度50 km/h的要求,取為350 m,道岔側(cè)線的曲線與線路曲線相切,公切點(diǎn)在道岔前端,形成異側(cè)曲線道岔。尖軌為半切線型曲線尖軌,尖軌長(zhǎng)為12 920 mm,半切斷面在25 mm處。

4 道岔的主要結(jié)構(gòu)

道岔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按道岔的使用條件確定,本項(xiàng)目的道岔雖然用于城市軌道交通,但正線道岔列車運(yùn)行速度較高,且用于無砟軌道,因此對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。根據(jù)招標(biāo)文件的規(guī)定和道岔的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),本道岔的主要結(jié)構(gòu)如下。

(1)12號(hào)道岔及渡線道岔設(shè)1∶40軌底坡，6號(hào)道岔不設(shè)軌底坡。

(2)12號(hào)道岔尖軌采用UIC60B鋼軌制造,設(shè)1∶40軌頂坡,軌頂坡通過機(jī)加工形成。

(3)12號(hào)道岔內(nèi)鋼軌、道岔與區(qū)間鋼軌均焊接；6號(hào)道岔直股鋼軌焊接,側(cè)股鋼軌不焊,采用接頭夾板聯(lián)結(jié)。

(4)尖軌跟端結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足無縫道岔設(shè)計(jì)要求。目前有限位器、間隔鐵及不設(shè)傳力機(jī)構(gòu)3種方式。考慮到泰國(guó)軌溫差較小,鋼軌承受的溫度附加力也較小,采用間隔鐵結(jié)構(gòu)有利于保證尖軌和基本軌的方向,因此采用兩個(gè)間隔鐵結(jié)構(gòu)。

(5)為防止斥離尖軌跳動(dòng)和移位,設(shè)置了防跳限位裝置,見圖2。

圖2 防跳限位裝置

(6)轍叉均采用高錳鋼整鑄固定型轍叉,為便于與區(qū)間鋼軌焊接,轍叉兩端在廠內(nèi)焊接普通短鋼軌。

(7)轉(zhuǎn)轍器部分基本軌內(nèi)側(cè)采用彈片扣壓。

(8)為減小尖軌的扳動(dòng)力和不足位移,轉(zhuǎn)轍器部分間隔設(shè)置了帶輥輪的滑床板,輥輪采用施維格公司的輥輪系統(tǒng),具有使用可靠、便于調(diào)高的特點(diǎn)。

(9)道岔的扣件系統(tǒng)是本道岔設(shè)計(jì)的難點(diǎn),一是用于無砟軌道,二是需要較大的調(diào)高量,三是要有較高的可靠性。為此，重新研究設(shè)計(jì)了新的扣件系統(tǒng),采用彈性分開式扣件,在混凝土岔枕內(nèi)設(shè)預(yù)埋件、用彈條分別扣壓鐵墊板和鋼軌的結(jié)構(gòu)形式,見圖3、圖4。

圖3 泰國(guó)扣件系統(tǒng)

圖4 預(yù)埋件

該扣件形式可有效解決目前國(guó)內(nèi)道岔普遍存在的塑料套管開裂等問題,提高了道岔的穩(wěn)定性和軌距調(diào)整能力,可有效減少現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)維修的工作量。

該系統(tǒng)采用不同號(hào)碼的軌距塊調(diào)整軌距,軌距調(diào)整量為+4～-8 mm,調(diào)高采用在鐵墊板下增設(shè)調(diào)高墊板的方式進(jìn)行,調(diào)高量為+25～-5 mm。

(10)鐵墊板均采用焊接墊板,正線道岔鐵墊板厚度為22 mm,車場(chǎng)線道岔鐵墊板厚為20 mm。

(11)扣壓件采用國(guó)內(nèi)Ⅱ型彈條扣件,扣壓力10 kN。

(12)鋼軌軌下設(shè)有5 mm厚橡膠墊板,鐵墊板下設(shè)有10 mm厚橡膠墊板。

(13)道岔側(cè)股設(shè)置膠接絕緣接頭。

(14)道岔直側(cè)股均設(shè)護(hù)軌,護(hù)軌采用UIC33槽形護(hù)軌結(jié)構(gòu),為減少?zèng)_擊加長(zhǎng)護(hù)軌緩沖段長(zhǎng)度；墊板為組合焊接墊板,鋼軌內(nèi)側(cè)采用彈片扣壓,見圖5。

圖5 護(hù)軌墊板結(jié)構(gòu)

5 混凝土岔枕

本工程正線采用無砟軌道,車場(chǎng)線采用有砟軌道,因此分別設(shè)計(jì)了無砟道岔用混凝土岔枕和有砟道岔用混凝土岔枕。

無砟道岔采用帶鋼筋桁架的預(yù)應(yīng)力混凝土岔枕,岔枕為等截面設(shè)計(jì),頂寬260 mm,高120 mm,預(yù)應(yīng)力配筋為4φ7 mm鋼筋,岔枕內(nèi)設(shè)置預(yù)埋件。

有砟道岔采用預(yù)應(yīng)力混凝土岔枕,等截面設(shè)計(jì),頂寬240 mm,底寬290 mm,配筋12φ7 mm鋼筋,岔枕內(nèi)設(shè)置預(yù)埋件。

岔枕長(zhǎng)度按道岔平面線型計(jì)算確定,從2.5～4.8 m,按0.1 m進(jìn)級(jí),岔后短岔枕最小長(zhǎng)度2.35 m。

6 道岔焊接

道岔的焊接按照相關(guān)規(guī)范要求,制定出嚴(yán)格的焊接順序,再進(jìn)行焊接,經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)鎖定軌溫為(35±5)℃；本項(xiàng)目中橋上無砟道岔分為單開道岔和交叉渡線道岔,焊接以轍叉為基點(diǎn),兩側(cè)對(duì)稱鎖定,最后再與線路焊接,鎖定順序見圖6、圖7。

圖6 單開道岔焊接順序

圖7 交叉渡線焊接順序

7 工電接口

由于本工程的所有道岔均采用固定型轍叉,因此只在轉(zhuǎn)轍器部分安裝電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備。除車場(chǎng)線6號(hào)道岔尖軌采用一點(diǎn)牽引外,其他道岔尖軌均采用兩點(diǎn)牽引。尖軌一動(dòng)的動(dòng)程均為160 mm。轉(zhuǎn)轍機(jī)的額定轉(zhuǎn)換力不大于600 kN。

8 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)在城市軌道交通線路上首次實(shí)現(xiàn)了160 km/h的直向通過速度。

(2)在半徑為2 000 m及2 004 m的曲線上設(shè)計(jì)了曲線渡線道岔,為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

(3)采用UIC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),為1 435 mm軌距鐵路設(shè)計(jì)了6、9、12號(hào)道岔及鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

(4)研制了全新的道岔扣件系統(tǒng),在混凝土岔枕內(nèi)設(shè)置預(yù)埋件,用Ⅱ型彈條分別扣壓鐵墊板和鋼軌,不僅極大地提高了扣件系統(tǒng)抗橫向力能力,同時(shí)也提高了扣件系統(tǒng)的調(diào)高量和軌距調(diào)整量,使得滑床板和護(hù)軌墊板部分可以方便地進(jìn)行軌距調(diào)整。

(5)開發(fā)帶鋼筋桁架的預(yù)應(yīng)力混凝土岔枕,加強(qiáng)了道岔區(qū)道床與底座混凝土的連接。

(6)6號(hào)道岔采用彈性可彎尖軌,在國(guó)內(nèi)首次采用一點(diǎn)牽引。

9 結(jié)語

泰國(guó)曼谷機(jī)場(chǎng)線道岔是國(guó)內(nèi)首次設(shè)計(jì)時(shí)速160 km的城市軌道交通用道岔,不僅速度高,要求的道岔扣件調(diào)高量也較大。該線的道岔設(shè)計(jì)不僅通過了咨詢單位西門子公司的審查,滿足了業(yè)主提出的所有技術(shù)要求,而且成功的在曲線上設(shè)計(jì)了兩組曲線渡線道岔,避免了站場(chǎng)土建工程的大規(guī)模變更,使我院在城市軌道交通道岔研究設(shè)計(jì)方面有了新的突破,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本項(xiàng)目于2007年完成設(shè)計(jì),2009年12月開通運(yùn)營(yíng),道岔使用效果良好,完全滿足了該線的運(yùn)營(yíng)要求。

[1]鐵道部第三設(shè)計(jì)院主編.道岔設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民鐵道出版社,1975.

[2]龔積球，譚立成，俞鐵峰.輪軌磨損[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1987.

[3]TB10082，鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]TB449,輪對(duì)尺寸[S].

[5]侯愛濱.時(shí)速250 km客運(yùn)專線鐵路60 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(6)：1-3.

[6]王玉堂.關(guān)于修改地鐵道岔查照間隔和護(hù)背距離尺寸的建議[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2004(1)：7-8.

[7]王樹國(guó)，侯愛濱，方杭偉.委內(nèi)瑞拉機(jī)車通過我國(guó)鐵路線路的可行性分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(5)：13-16.