跨座式單軌道岔技術參數分析

王 金

(中鐵四院集團新型軌道交通設計研究有限公司 江蘇蘇州 215009)

1 引言

近年，國內城市軌道交通的發展呈現多元化趨勢[1-4]。跨座式單軌作為單軌系統的一種，是車輛與特制PC軌道梁組合一體運行的膠輪導軌系統，采用橡膠輪胎，具有運量適中、噪聲低、占地面積小、爬坡能力強等優點，在國內迎來新的建設高潮。除已建成運營的重慶外，蕪湖和柳州等城市均正在建設跨座式單軌線路。

道岔是跨座式單軌的三大關鍵技術之一，直接決定了車輛能否安全平穩地完成不同線路之間的轉轍。自1994年重慶跨座式單軌2號線項目建議書通過國家評估之時，科研院所、設計院及高校開始了對跨座式單軌系統道岔的研發[5-9]，逐步實現了跨座式單軌道岔的國產化。目前，跨座式單軌道岔基本分類包括關節型、關節可撓型、平移型、樞軸型和換梁型五大類。以關節型道岔為例，又可分為單開、對開、三開、五開四種。跨座式單軌道岔的分類繁雜、造價昂貴，選用時應充分考慮各道岔的技術特點和使用條件，同時需考慮經濟性。

本文對跨座式單軌道岔的分類、轉轍原理和適用范圍進行歸納總結，對其理論線形、設計參數和技術要求進行闡述，以期設計人員能夠掌握其基本特征，在設計工作中能夠靈活選用，力爭做到經濟合理、技術適用。

2 跨座式單軌道岔分類及適用范圍

跨座式單軌道岔主要由若干節道岔梁、移動臺車、驅動裝置、導向及穩定面彎曲裝置、鎖定裝置、控制及檢測系統等組成。

跨座式單軌道岔的類型與其車輛技術相匹配，按照車輛技術以及跨座式單軌道岔的結構組成、轉轍后的線形，其分類如表1所示。

表1 跨座式單軌道岔分類

(1)關節型道岔

關節型道岔由數節鋼制箱形軌道梁用T型軸鉸接組成，臺車支撐、電力驅動，是轉換列車行駛線路的轉轍設備。轉轍后，軌道梁呈折線狀，如圖1所示。通過不同的道岔梁“關節”旋轉不同的轉轍角，擬合半徑為100 m的轉彎曲線。主要應用在車輛基地內，重慶軌道交通2號線和3號線的車輛基地采用了此類道岔。

圖1 關節型道岔

(2)關節可撓型道岔

關節可撓型道岔由數節鋼制箱形軌道梁用T型軸鉸接組成，臺車支撐、電力驅動，梁兩側的導向板、穩定板在撓曲裝置驅動下可撓曲成曲線或直線，是轉換列車行駛線路的轉轍設備，列車能以較高的速度平穩地通過。其道岔示意圖與關節型道岔類似，不同之處在于其道岔梁的線形為曲線，通過速度更高，主要應用在正線上，重慶軌道交通2號線和3號線正線線路均采用了此類道岔。

(3)平移型道岔

平移型道岔由直線和固定曲線鋼制箱形軌道梁固定在臺車上，電力驅動，平衡導向裝置導向，沿固定方向平行往返移動，與相鄰軌道梁銜接形成通道，是轉換列車行駛線路的轉轍設備，列車能以較高速度平穩地通過，主要應用在正線線路上，其布置如圖2所示。

圖2 平移型道岔

(4)樞軸型道岔

樞軸型道岔由一根梁組成，轉轍時通過驅動裝置推(拉)動直梁繞直梁轉軸轉動，使道岔整體轉轍至與相鄰軌道梁對齊位置，實現與相鄰線路的軌道梁連接，從而改變列車行駛線路，其布置如圖3所示。主要應用在車輛基地內，蕪湖軌道交通2號線車輛基地內均采用了此類道岔。

圖3 樞軸型道岔

(5)換梁型道岔

換梁型道岔由直梁和曲梁組成，轉轍時通過驅動裝置推(拉)動直梁繞直梁轉軸轉動，同時通過連桿帶動曲梁繞曲梁轉軸轉動，使道岔梁整體轉轍至直梁或曲梁對齊軌道梁的位置，實現與相鄰線路的軌道梁連接，其布置如圖4所示。通過不同道岔梁進行“替換”，實現直線與側向通過需求，主要應用在正線線路上。

圖4 換梁型道岔

3 跨座式單軌道岔理論線形

理論上，道岔轉轍后的側向線形越接近圓曲線，其側向通過能力越高，允許通過的速度越高。跨座式單軌的五種道岔類型中，平移型道岔和換梁型道岔的側向道岔梁為預制的曲線梁，線形最好；樞軸型道岔轉轍后的側向線形最差，為折線，側向允許通過速度最低；關節型道岔將樞軸型道岔的一根道岔梁分為多節，每節道岔梁轉轍不同的角度，形成多段折線，線形優于樞軸型道岔；關節可撓型道岔在關節型道岔的基礎上，將多節直線道岔梁優化為多節曲線道岔梁，轉轍后形成的側向線形近似為曲線，側向允許通過速度較高，見表2。

表2 跨座式單軌道岔側向線形及通過限速

(1)關節型道岔

關節型道岔的本質是通過4節或5節道岔梁轉轍θ的倍數，形成多段折線，用圓的內接多邊形逼近圓弧。轉轍狀態下，可以將道岔梁看成是圓內接等多邊形的一部分。

以單開道岔為例，其理論線形是曲線半徑為100.235 m的圓的內接多段折線。單開道岔、對開道岔的道岔梁長度均為5.5 m，其轉轍θ的計算公式分別見式(1)、式(2)；三開道岔、五開道岔的道岔梁長度均為6 m，其轉轍θ的計算公式分別見式(3)、式(4)。單開、對開、三開道岔的理論線形如圖5所示，五開道岔本質上是兩個單開道岔的組合。

圖5 關節型道岔理論線形(單位：m)

比亞迪“云軌”關節型道岔理論線形的設計原理同上，但其道岔梁長度、轉轍角、轉轍量不同。單開道岔和三開道岔擬合的是曲線半徑為90 m的圓弧，五開道岔擬合的是曲線半徑為160 m和80 m的圓弧，如圖6所示。

圖6 “云軌”關節型道岔理論線形(單位：m)

(2)關節可撓型道岔

關節可撓型道岔的線形與關節型道岔相似，道岔全長、道岔梁長及轉轍角均與關節型道岔一致，不同之處在于其道岔梁為曲線，且僅包括單開和對開兩種類型，其理論線形的設計參數見表3。

表3 關節可撓型道岔理論線形

(3)樞軸型道岔

樞軸型道岔僅一根道岔梁，理論線形較為簡單。對開道岔、單開道岔和三開道岔的轉轍角均為6°，五開道岔的轉轍角為2°和6°，如圖7所示。

據統計，1組樞軸型單開道岔和對開道岔的造價約為290萬元，1組樞軸型三開道岔的造價約為310萬元，1組樞軸型四開道岔的造價約為330萬元。由此可知，跨座式單軌樞軸型道岔的開數每增加1開，造價約增加20萬元，僅為道岔單價的6.7%；從道岔接軌原理上來講，1組樞軸型三開道岔相當于2組樞軸型單開道岔，約可節省270萬元，即采用開數較多的道岔可以降低造價。車輛基地庫房內的停車線較多，對應咽喉區的道岔數量較多，應盡量采用開數較多的道岔，減少占地面積的同時，可以減少道岔數量、降低工程造價及道岔的維護成本。

圖7 樞軸型道岔理論線形(單位：m)

(4)換梁型道岔

換梁型道岔的側向道岔梁為曲線梁，單開道岔曲線梁的半徑為102.953 m，對開道岔曲線梁的半徑為140 m，理論線形較為簡單，如圖8所示。

4 跨座式單軌道岔技術要求

4.1 選用原則

(1)正線及折返線宜采用關節可撓型道岔、平移型道岔及換梁型道岔。

(2)停車線宜采用關節型道岔。

(3)車場線、配線宜采用關節型道岔、平移型道岔、樞軸型道岔及換梁型道岔。

(4)配線在與正線接軌處當作業能力有要求時宜采用關節可撓型道岔。

4.2 設置要求

(1)道岔應設在直線地段正線上，道岔端部至平面曲線起點的距離不宜小于5 m，車場線可減少至3 m。

(2)道岔宜靠近車站設置，道岔端部至車站站臺計算端部的距離不應小于5 m。

(3)道岔應設在平坡上，困難條件下可設在不大于3‰的坡道上。道岔端部至豎曲線起點的距離不應小于5 m。

(4)道岔的附帶曲線半徑應符合下列規定:①正線和配線不應小于100 m；②車場線不應小于50 m；③反向曲線間夾直線長不應小于10 m。

(5)道岔與道岔之間應設置銜接梁，銜接梁長度正線上不應小于3 m，配線及車場線上不應小于2 m。

5 總結

結合在跨座式單軌項目設計過程中遇到的困惑，本文從設計人員的角度出發，對跨座式單軌道岔的分類、轉轍原理和適用范圍進行歸納總結，對其理論線形、選用原則和設置要求進行闡述。同時，以樞軸型道岔為例，介紹道岔開數與造價的關系，建議在車輛基地內部盡量選用開數較多的道岔，可以減少道岔的工程造價及維護成本。設計工作中，應考慮適用性的同時兼顧造價，力爭做到經濟合理、技術適用。