紅河州現代有軌電車大坡度道岔側向安全性通過研究

郝遠行

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

當道岔尖軌往心軌方向位于下坡地段時，道岔側股將自然形成反超高。根據GB50157-2013《地鐵設計規范》的要求，國內地鐵和大鐵的道岔坡度一般不允許超過10 ‰[1]，且道岔號數較大，導曲線半徑大，側股反超高并不明顯，因此地鐵和大鐵都未考慮反超高的影響。而對于有軌電車，正線一般采用6號道岔甚至更小號碼道岔，道岔號數小，導曲線半徑小[2]，加之，根據國內外有軌電車設計經驗，道岔可位于坡度較大的地段[3]，側股反超高較為明顯。目前國內各城市有軌電車在6號道岔限速設計時，側向限速一般統一按20km/h控制[4]，均未考慮側股反超高的影響，在線路坡度較大時，極易發生行車安全性問題。因此，有必要研究線路坡度對道岔側向通過的影響。

1 6號道岔側股反超高計算

紅河州現代有軌電車蒙自北站的一組6號道岔處于15 ‰的線路坡度，道岔鋪設完成后經施工單位現場測量，側股形成8mm反超高，即導曲線外股鋼軌軌面標高低于內股鋼軌軌面標高。

根據紅河州現代有軌電車設計文件要求，6號道岔設計標準如表1所示。

表1 紅河州現代有軌電車6號道岔設計標準

為驗證現場測量的反超高是否為施工、測量等因素導致，作圖分析并進行理論計算(圖1)。

圖1為紅河州現代有軌電車6號道岔反超高計算圖，小里程至大里程線路坡度為：

i=15‰

(1)

過側股導曲線范圍右股鋼軌任取一點A，作垂直于直股鋼軌的一條線，并相交于導曲線的左股鋼軌點C，令A點的軌面標高為Ha，C點的軌面標高Hc，此時，AC連線垂直于線路方向，如圖1(b)所示。此時，可得出：

(a) 6號道岔平面布置

(b) 細部

(c) CD剖面

(2)

過點A向導曲線左股鋼軌作垂線，相交于點B，顯然，A到B的距離即為軌距，即：

(3)

令B點的軌面標高為Hb，根據超高的定義，此時，導曲線的超高即為：

h=Hb-Ha

(4)

過點B作垂直于直股的線，同時過點C作平行于直股的線，兩線相交于點D，如圖1b所示，令D點的軌面標高為Hd，此時：

Hd=Hb

(5)

作CD剖面圖，如圖1(c)所示。令D點的軌面標高為Hd，顯然C點到O點的距離為C點與D點軌面標高差，即：

(6)

根據線路坡度的定義，C點到D點的斜率即為線路坡度，即：

結合式(2)、式(4)～式(6)，可得超高為：

(7)

即導曲線超高為C到O的距離。

從圖1(b)可知，AC線與AB線形成的角度β為6號道岔側股與直股的夾角，即為CD線與CB線形成的角度。根據道岔號數的定義[6]，可得出：

(8)

由此可以看出紅河州現代有軌電車6號道岔在15 ‰的線路坡度上，且尖軌往心軌方向位于下坡地段時，理論上導曲線存在4mm的反超高。同時，根據TB10082-2017《鐵路軌道設計規范》，軌道水平平順度要求不大于4mm[5]。考慮到施工誤差，此時導曲線存在8mm反超高。與現場施工單位測量一致。

2 側向安全性通過研究

列車通過道岔側股時，一般不允許速度過大。根據紅河州現代有軌電車6號道岔設計標準，側向過岔限速為20km/h，此限速根據導曲線未被平衡加速度0.65m/s2計算而來[7]，且未考慮反超高影響。當側向導曲線存在反超高時，已有的側向過岔限速已無法滿足行車安全性通過要求。為得到考慮反超高后6號道岔的側向過岔限速，以上述研究結論作為研究對象進行計算。根據TB10082-2017《鐵路軌道設計規范》關于欠超高的規定[5]：

(9)

式中：R為導曲線半徑，取50m；vmax為側向最大通過速度及側向過岔限速；h為側向導曲線超高，取上述研究結論-8mm；a為未被平衡加速度，取0.65m/s2。

經計算，vmax≤19km/h。

由此可以看出紅河州現代有軌電車6號道岔在15 ‰的線路坡度上，且尖軌往心軌方向位于下坡地段時，側向過岔限速應為19km/h。

為得到紅河州現代有軌電車6號道岔側向過岔限速的規律，計算不同線路坡度下側向導曲線反超高及側向限速的取值(表2)。

表2 紅河州現代有軌電車6號道岔側向過岔限速計算

3 結論及建議

道岔的安全通過不僅與道岔本身結構有關，還與側向通過速度有關[8]。經上述研究可知，紅河州現代有軌電車6號道岔側向過岔限速與線路坡度有關，線路坡度越大，側向導曲線反超高越大，限速越低。經計算，可得出如下結論：

(1)線路坡度在3 ‰以下時，6號道岔側向過岔限速為20km/h。

(2)線路坡度在3 ‰～40 ‰，6號道岔側向過岔限速為19km/h。

(3)線路坡度在40 ‰～60 ‰，6號道岔側向過岔限速為18km/h。