縮短大間距交叉渡線全長的研究

汪 博

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

道岔，作為軌道交通的重要連接設備，起著使機車車輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的重要作用。而交叉渡線這種道岔，是使機車車輛由一條線路既可進入又可越過另一條線路的軌道設備，它可以縮短站場長度，減少占地面積。正因為有這樣的作用和優(yōu)勢，交叉渡線也是地鐵車站、鐵路站場中較為常見的一種配線形式，對運營及行車組織有著較為重要的作用；同時由于交叉渡線所處車站的空間位置，也給交叉渡線特別是大間距交叉渡線的設計增加了限制條件。特別是大間距交叉渡線，急需在不改變單開道岔號數(shù)和行車速度的情況下，盡可能縮短交叉渡線全長，減少占地面積，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

2 交叉渡線的全長參數(shù)

2.1 主要幾何尺寸及相關(guān)參數(shù)

交叉渡線主要幾何尺寸及相關(guān)參數(shù)見圖1，表1。

以60 kg/m鋼軌9號17.2 m間距交叉渡線為例。

表1 道岔主要設計輸入?yún)?shù)

2.2 控制參數(shù)

參數(shù)計算。

全長等于2A再加上道岔角度的余切值乘以線間距。

其中,L=180 079 mm。

由此可以看出，在交叉渡線的全長與單開道岔的前長A，線間距及道岔號數(shù)(道岔角度的余切值)有關(guān)。

前長越小，線間距越小，道岔號數(shù)越小則道岔全長越小。

一般情況下，交叉渡線的前長和號數(shù)與其單開道岔相同，線間距則是根據(jù)線路設計布置確定。

而大間距交叉渡線，與一般交叉渡線在結(jié)構(gòu)上又有一些區(qū)別，具體如下：

一般交叉渡線由轉(zhuǎn)轍器、A(B)型轍叉及護軌、銳角轍叉及護軌、鈍角轍叉及連接部分組成(見圖2)。

隨著線間距H的增大，A(B)型轍叉與銳角轍叉相對位置增大，在大間距交叉渡線中，A(B)型轍叉部分銳角轍叉完全分離，和轉(zhuǎn)轍器部分組成完整的單開道岔，故大間距交叉渡線由單開道岔、銳角轍叉及護軌、鈍角轍叉及連接部分組成(見圖3)。

根據(jù)前面道岔全長計算公式及大間距交叉渡線單開部分與菱形交叉部分(銳角轍叉、鈍角轍叉)分離的特性，可考慮在不改變單開道岔的情況下減小菱形交叉的號數(shù)，縮短道岔全長。

以目前國內(nèi)道岔的使用及道岔生產(chǎn)廠家生產(chǎn)實際情況，盡可能采用既有的菱形交叉以降低成本。9號交叉渡線可采用7號、6號菱形交叉；12號交叉渡線可采用9號、7號、6號菱形交叉。

3 道岔線型結(jié)構(gòu)設計

3.1 設計輸入?yún)?shù)

根據(jù)深圳地鐵20號線的要求，該道岔鋪設于機場北站，由于該站為重要的換乘車站及鋪設場地限制，機場北站的60 kg/m鋼軌9號17.2 m間距交叉渡線(曲尖軌，整體道床合成枕)，需將道岔全長由標準的180 m縮短至160 m以內(nèi)。相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 道岔設計輸入?yún)?shù)

3.2 平面線型設計

1)依據(jù)用戶要求的全長要求及道岔廠家實際生產(chǎn)情況，將菱形交叉(銳角轍叉、鈍角轍叉)的號數(shù)變?yōu)?號(轍叉角：18°55′29″)。菱形交叉與單開部分，通過曲線相連接。

2)參數(shù)計算。

a.動能損失(車體由直線進入曲線)。

其中，δ為輪軌游間。

δ=SR+ε3+ε4-(Tmin+ε1或ε2)-2dmin。

其中，SR為導曲線軌距，取1 435；ε3為軌距彈性擴張值，取6；ε4為軌距容許正公差，取1 350；Tmin為輪對最小內(nèi)側(cè)距，取1 350；ε1為荷載后，輪背距增大值；ε2為荷載后，輪背距減小值，取-2；dmin為輪緣最小厚度，取22。

代入公式最大輪軌游間為：

δ=(1 435+6+2)-(1 350-2)-44=51 mm。

R>192 230 mm=192.230 m。

在保證列車通過舒適性、道岔全長小于160 m以及連接曲線不進入轍叉范圍內(nèi)的前提下，盡可能選取大的曲線半徑，選取R=550 m。

b.未被平衡離心加速度。

c.未被平衡離心加速度的增量(由直線進入圓曲線)。

其中,l為車輛全軸距，取l=18 m；

d.欠超高計算。

國外常將欠超高I作為設計參數(shù)而加以規(guī)定。中國《鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定：未被平衡欠超高，一般應不大于75 mm,困難情況應不大于90 mm。

I=7.6V2/R=16.9 mm<75 mm。

3.3 結(jié)構(gòu)設計

3.3.1規(guī)范要求

TGGW 102—2019普速鐵路線路修理規(guī)則中第3.1.8條曲線軌距按表3規(guī)定的標準在內(nèi)股加寬。

表3 曲線軌距加寬標準

GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范中第7.2.2條標準軌距為1 435 mm，半徑小于250 m的曲線地段應進行軌距加寬，加寬值應符合表4的規(guī)定。

表4 曲線地段軌距加寬值

T/CRS C0101—2017市域鐵路設計規(guī)范中第8.8.2條窄體車載半徑小于250 m的曲線地段，軌距應加寬，加寬值應符合表5的規(guī)定；寬體車在半徑小于300 m的曲線地段，軌距應加寬，加寬值應符合表6的規(guī)定。

表5 窄體車曲線地段軌距加寬值

表6 寬體車曲線地段軌距加寬值

綜上所述，本次選取R=550 mm曲線半徑導曲線，不進行軌距加寬設計，軌距1 435 mm。

3.3.2連接圓曲線設計

60 kg/m鋼軌9號17.2 m間距交叉渡線(曲尖軌，整體道床合成枕)單開道岔部分采用60 kg/m鋼軌9號單開道岔，與線路整體60-9道岔結(jié)構(gòu)形式一致。

菱形交叉部分采用6號菱形交叉，單開部分與菱形交叉采用R550 m半徑圓曲線過渡，曲線處軌距1 435 mm。

曲線起點距單開道岔中心距離為31 294 mm，距單開道岔跟端序號63岔枕(最后一根岔枕)9 108 mm，曲線并未進入單開部分(見圖4)。

曲線長度29 970 mm，曲線終點在菱形交叉銳角轍叉跟端處，并未進入轍叉區(qū)域，可按照直線轍叉生產(chǎn)(見圖5)。

特殊設計后的交叉渡線，全長159 114 mm，滿足道岔全長小于160 m要求。

3.3.3菱形交叉設計

結(jié)合道岔生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)情況及磨具情況，同時進行優(yōu)化設計，菱形交叉轍叉均采用雙軌式，銳角和鈍角轍叉之間不設連接導軌，采用相同的磨具，銳、鈍角轍叉相同可以互換使用，延長壽命，增強穩(wěn)定性，同時減少了轍叉品種，減少用戶備件種類及備件數(shù)量。為改善列車運行條件，便于養(yǎng)護維修，菱形交叉軌距采用1 440 mm(見圖6,圖7)。

目前，該道岔已通過各單位的設計審查，產(chǎn)品已供至深圳地鐵20號線，預計2021年開通運營。

4 極限狀態(tài)研究

仍以之前地鐵用60 kg/m鋼軌9號17.2 m間距交叉渡線為例計算。

1)根據(jù)之前的參數(shù)計算。

a.動能損失(車體由直線進入曲線)。

R>192 230 mm=192.230 m。

b.未被平衡離心加速度。

R>189 m。

c.未被平衡離心加速度的增量(由直線進入圓曲線)。

R>102.1 m。

d.欠超高計算。

I=7.6V2/R<75 mm。

R>124 m。

綜上所述，取R最小值200 m可進一步縮短道岔全長。

2)根據(jù)3.3結(jié)構(gòu)設計及單開道岔曲股加寬值，取5 mm加寬作為曲股加寬值，與單開道岔結(jié)構(gòu)保持一致。

3)根據(jù)道岔廠家實際生產(chǎn)以及模具情況，同樣將菱形交叉(銳角轍叉、鈍角轍叉)的號數(shù)變?yōu)?號(轍叉角：18°55′29″)。菱形交叉與單開部分，通過R=200 m半徑曲線相連接。

連接曲線起點位于單開道岔導曲線終點處。曲股軌距加寬5 mm，取1 440 mm，連接曲線長度10 898 mm。連接曲線結(jié)束后，通過直線與菱形交叉連接，同時軌距過渡至1 435 mm。

4)菱形交叉設計與之前設計相同。

根據(jù)極限狀態(tài)設計后道岔全長縮短至139 609 mm約等于140 m。若可將菱形交叉的號數(shù)減小的話，仍能夠進一步縮短道岔全長，但根據(jù)廠家實際模具情況及目前國內(nèi)道岔使用情況來看，60 kg/m鋼軌6號以下號碼道岔很少使用，也沒有既有的菱形交叉，考慮到產(chǎn)品的經(jīng)濟性以及實用性，建議采用6號菱形交叉。

5 結(jié)語

通過對地鐵用60 kg/m鋼軌9號17.2 m間距交叉渡線的優(yōu)化研究，將既有道岔的全長180 m縮短至160 m，極限狀態(tài)下可縮短至140 m。同時對菱形交叉部分的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化減少了轍叉品種，減少用戶備件種類及備件數(shù)量，改善了列車運行條件，便于養(yǎng)護維修,本次道岔設計滿足國家相關(guān)規(guī)范和標準的要求，可在軌道交通工程中推廣應用。