城市軌道交通用60 kg/m鋼軌9號對稱三開道岔的設計

蔣 昕

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司軌道工程設計研究院,北京 100055)

1 概況

三開道岔又稱復式異側對稱道岔，是復式道岔中較常用的一種形式。它相當于兩組異側順接的單開道岔，但其長度卻遠比兩組單開道岔的長度之和為短，因此常采用于鐵路輪渡橋頭引線、駝峰編組場以及地形狹窄又有特殊需要的地段。我國經過近30年的使用，技術已較為成熟，同時也積累了一定的經驗，但由于三開道岔的結構較單開道岔復雜，運行條件也受到一定的限制，真正使用的地方并不是很多。隨著我國城市軌道交通的迅猛發展，為了降低工程造價，減小運營成本，在借鑒鐵路一些特殊道岔經驗的基礎上，也開始在城市軌道交通線路上應用。

2 主要技術標準及設計原則

通過現場調查，在總結我國一些站場及港口使用三開道岔成功經驗的基礎上，本著安全、耐用的指導思想，確定主要設計原則:

(1)軌距為1 435 mm；

(2)道岔不設軌底坡；

(3)尖軌采用60AT尖軌；

(4)轍叉采用固定型轍叉；

(5)扣件采用彈條Ⅱ型扣件；

(6)道岔的主要零部件盡量與現有或其他道岔通用；

(7)道岔軌下基礎采用短枕式整體道床；

(8)電務轉換采用聯動方式，并安裝密貼檢查器。

3 道岔平面設計

3.1 尖軌平面線型的確定

曲線尖軌分為切線型、半切線型、割線型、半割線型及相離型，其中切線型、割線型尖軌由于尖軌尖端較薄，不適用于小號道岔，半割線型尖軌會加大尖軌的沖擊角，只有在曲線半徑不足時才會使用，因而9號曲線尖軌一般采用半切線型。

地鐵9號道岔一般用于折返線，使用頻繁，順向出岔較多時，尖軌的磨耗較為嚴重，根據提速以來國鐵12號道岔的使用經驗，采用相離型曲線尖軌對減輕曲尖軌的磨耗較為有利，能夠顯著延長尖軌的使用壽命，同時該線型也可以減小尖軌的沖擊角，因此采用相離型的曲線尖軌。

3.2 直向尖軌與側向尖軌相結合的平面形式

(1)直向尖軌在前，側向尖軌在后;

(2)側向尖軌在前，直向尖軌在后;

(3)直、側向尖軌尖端對齊。

以上3種形式各有優缺點，結合本設計所采用的轉換方式選用第一種形式。

3.3 轍叉長度的確定

在對稱三開道岔中，中間轍叉采用雙邊曲線型，曲線半徑與導曲線半徑相同，兩組后端轍叉為直線型，與9號單開道岔使用的轍叉基本一致，僅在結構稍有變化。中間轍叉與后端轍叉之間加一根短軌，為方便鋪設和維修，預先進行頂彎。另外，中間轍叉的長度確定還要考慮與對稱道岔兼容，盡量使兩種類型道岔的轍叉一樣，即方便工廠的制造，也便于運營單位的管理。

3.4 直股軌距過渡的確定

為了提高后端轍叉在直股方向的安全性和便于養護維修，其軌距采用1 440 mm，這樣在整個道岔直股的軌距變化可采用以下2種方式，見圖1。

圖1 軌距過渡(單位：mm)

圖1(a)這種方式軌距變化較多，對維修不利，但輪軌間的橫向游動量較小，對減輕后端轍叉磨耗較為有利。

圖1(b)這種方式軌距過渡較平順，但列車的晃動較第一種要大。

由于三開道岔從整個結構上比一般道岔要復雜的多，因此應盡量減小輪對的沖擊，保持列車的平穩。所以本設計采用第一種形式。

3.5 道岔的主要尺寸(圖2)

道岔全長L=28 379 mm;道岔前端長a=12 627 mm；道岔后端長b=15 752 mm；中間轍叉：m=2 333 mm;n=1 267 mm;后端轍叉：m=2 771 mm;n=1 538 mm。

3.6 道岔各部軌距

尖軌尖端軌距S0=1 445 mm;導曲線中部SR=1 445 mm;導曲線終點SK=1 445 mm。

3.7 岔枕布置

岔枕間距一般按600 mm布置，岔枕間距均勻布置，有利于道岔的鋪設和養護維修，但由于本道岔軌下基礎為整體道床，維修工作量較小，因此根據道岔布置，可對岔枕間距進行調整。

對于牽引點處的岔枕間距，與電務設備的設計有關，目前均按650 mm設計。由于三開道岔在牽引點位置有兩套轉換桿件，分別控制兩端的尖軌，在有限的空間內需要擺下4根桿件，又不能影響轉換，這也是設計關鍵。

4 道岔結構設計

4.1 轉轍器

對稱三開道岔的轉轍器主要是由左右對稱的基本軌、直向尖軌、側向尖軌等部件組成。見圖3。

圖2 三開道岔總平面布置(單位：mm)

圖3 轉轍器布置(單位：mm)

4.1.1 基本軌

(1)采用60 kg/m鋼軌制造，軌頭下腭與尖軌密貼的全長范圍內軌距線以下相應作1∶4的斜切，以增加直線尖軌的斷面。見圖4。

(2)為防鋼軌外翻，轉轍器基本軌外側設可調軌撐，以加強基本軌的穩定性。見圖5。

另外在基本軌上設4個能夠壓住直線尖軌的頂鐵，有效地防止了尖軌的跳動，尖軌穩定性得到很大提升。

圖4 基本軌(單位：mm)

圖5 可調軌撐

4.1.2 尖軌

分直向尖軌和側向尖軌兩種，左右對稱設計，采用60AT軌制造，跟端采用熱鍛成型工藝過渡為標準鋼軌斷面。尖軌的跟端采用活接頭形式，為保證直、側向兩尖軌的板動，前2個采用雙頭螺柱，后3個為螺栓。

(1)直向尖軌：尖軌長度為7 510 mm，由于直向尖軌與側向尖軌并排勢必形成直向尖軌前端完全嵌入基本軌軌頭下方，同時考慮與基本軌軌腰有一定的縫隙，尖軌軌腰的厚度最大只能取到25 mm，即大部分軌腰需刨掉。為了增加尖軌端部的斷面厚度，在工作邊一側作1∶4的斜切，這樣可增加軌腰的厚度。軌底伸出部分寬度采用32 mm，這是考慮到直向尖軌應有一定的強度和穩定性，而側向尖軌軌腰與軌底連接處的強度又不能太弱，綜合考慮這些因素選用此值。另外這次設計在尖軌防跳方面作了一些嘗試，在直向尖軌前面的軌腰上作一個凸臺，當直向尖軌與側向尖軌密貼時，直尖軌的凸臺鑲嵌在側向尖軌內，從而達到防跳的目的。為了防備卡阻，凸臺上下留有5 mm的縫隙。

(2)側向尖軌：尖軌長度為6 863 mm，為相離型曲線尖軌，曲線切點選在尖軌斷面寬46 mm處，在軌腰上設四個頂鐵以加強穩定性，在尖軌的軌腰與軌底的連接處最窄為26 mm，上海局艮山門編組場使用的50AT-7號對稱三開道岔此處最窄處為20 mm，因此本設計在強度上完全滿足使用要求。

(3)電務轉換方式：本設計采用聯動內鎖方式，為了對尖軌的密貼狀況實施監控，安裝四個密貼檢查器，以保證行車安全。由于三開道岔的特殊結構，尖軌1、3及2、4聯動，這種轉換方式在任何一種道岔中都沒有的現象，這也是設計當中的難點，1、3的接頭鐵要穿過2、4的連接鐵，同時還要考慮電務絕緣的問題，因此在設計中經過多方案比選，從整體結構和材料上進行了加強。為防止轉換過程中連電，在連接鐵套上絕緣套，一旦接頭鐵與連接鐵相碰時也能保證信號的正確。見圖6。

圖6 牽引點位置示意

(4)防磨護軌

列車逆向進入側線時，車輪輪對經過尖軌尖端處產生瞬時的沖擊作用，使尖軌受到擠壓和轉向沖擊，由于離心力的作用，車輪一側緊靠尖軌，并且沿尖軌作用邊擠碾滾動，造成尖軌側向磨耗，安裝防磨護軌后，列車進入側線時，一側車輪輪緣就遠離上股尖軌尖端側面，對尖軌的磨耗明顯減弱。防磨護軌的平直段盡量靠近尖軌的尖端，同時縮短緩沖段長度，以達到控制車輪在尖軌尖端處導向目的。

(5)滑床板

本設計采用兩種類型的滑床板，轉轍器前部采用普通滑床板，這與單開道岔使用的一樣，但到尖軌的后部由于支距加大，需要加長滑床臺，為了保持與普通滑床板扣壓點一致，不再重新設計彈片，因此在滑床臺上進行特殊設計。

4.2 轍叉

轍叉部分包括中間轍叉和左、右側后端轍叉，均采用高錳鋼整鑄式。

(1)中間轍叉為雙邊曲線轍叉。

(2)兩后端轍叉為直線轍叉。在兩后端轍叉之間因不能設置護軌，為了保證行車安全，只能采用互護式轍叉，即將側股翼軌平直段向咽喉方向延長150 mm，使翼軌同時起到對另一側轍叉的護軌的作用。本設計充分考慮道岔的互換性，中間轍叉可用在對稱道岔上，而后端轍叉與單開的轍叉基本一致，從而方便了工廠制造及運營單位養護維修工作。

4.3 護軌

護軌采用H型護軌，護軌頂面高出基本軌頂面12 mm。中間轍叉的護軌工作邊為曲線，兩后端轍叉的護軌為直線，均采用50 kg/m鋼軌制造。

4.4 扣件及墊層

根據城市軌道交通對減振、防躁的環保要求，選用技術性能與之相適應的扣件和減振墊層，扣件采用Ⅱ型彈條與彈片相結合的扣壓方式；減振墊層鋼軌下設10 mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設12 mm厚橡膠墊板，這種雙層墊層的設置，能有效地減少車輛的振動、降低躁聲。

5 結語

軌道交通用60 kg/m鋼軌9號對稱三開道岔設計，在改善線路平面，增大結構強度，提高行車的安全性，減少線路養護維修，延長設備使用壽命幾方面進行了系統的改進，在道岔轉換的安全性上得到加強。目前60 kg/m鋼軌9號對稱三開道岔，已經在上海地鐵10號線開通運營2年多，從工務部門了解到三開道岔運行正常，尚未發生因道岔本身結構而產生的故障。在上海軌道交通后續新線建設中，5號線南延伸段、9號線南延伸段、12號線、13號線、16號線在規劃設計中部分存車線車站也采用了三開道岔，天津地鐵6號線也在規劃中，三開道岔在今后的城市軌道建設中有著廣闊的應用前景。

[1] 鐵道部第三設計院.道岔設計手冊[M].北京：人民鐵道出版社，1975．

[2] 王玉堂，周建中.50 kg/m鋼軌7號對稱三開道岔的平面設計[J].鐵道標準設計，1982(3)：33-37.

[3] 王玉堂，周建中.50AT7號對稱三開道岔標準設計結構介紹[J].鐵道標準設計，1984(1):12-17.

[4] 楊淵源，范利佬.延長P50 1/7對稱三開道岔尖軌的使用壽命[J].鐵道建筑，1989(10):25-28．

[5] 趙源.城市軌道交通三開道岔的應用與完善措施[J].上海建設科技，2012(3):6-7.

[6] 孟凡鐵.天津地鐵6號線三開道岔的應用研究[J].鐵道標準設計，2012(11):8-10．

[7] 馬振海，于春華.城市交通工程對稱三開道岔的研究與應用[J].鐵道工程學報，2010(10)：99-103．

[8] 楊慧.軌道交通三開道岔信號設計研究[J].鐵道勘測與設計，2012(1):21-24．

[9] 劉語冰.鐵路道岔論文集[M].北京：中國鐵道出版社，2004．

[10] 中華人民共和國鐵道部.TB/T412—2004 標準軌距鐵路道岔技術條件[S].北京：中國鐵道出版社，2004．

[11] 中華人民共和國建設部.GB50157—2003 地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003．

[12] 中華人民共和國鐵道部.TB10082—2005 鐵路軌道設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2003．