市域軌道快線信號系統轉轍機安裝方法研究

范永華 朱志偉 景龍剛

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司，510010，廣州 ∥ 第一作者，高級工程師)

市域軌道快線(以下簡稱“市域快線”)作為新興軌道交通制式，其設計速度主要為120～160 km/h[1]。而目前國內運營軌道交通項目的線路等級多以80 km/h為主。因此，既有線路信號系統的功能能否適應市域快線服務需求，以及其設備安裝工藝能否應對高速化帶來的高沖擊力與振動影響，有待進一步論證。

本文依托廣州市軌道交通在建市域快線工程18號線及22號線，調研應用于城市軌道交通和國鐵領域設計速度為120～250 km/h的轉轍機安裝案例[2]；并結合工程特點對轉轍機安裝方式進行應用研究及適用性分析，最終提出適用于市域快線工程的轉轍設備安裝工藝，以保證新形勢下城市軌道交通安全可靠運營。

1 轉轍機安裝方式的應用研究

在城市軌道交通建設工程中，轉轍機作為信號系統軌旁核心設備之一，主要負責道岔位置的控制及防護，以實現線路資源的合理分配[3-4]。作為反映道岔位置的重要信號基礎設備，其品質優劣直接關系到鐵路運輸的安全，因此，保證轉轍機的功能與質量，對于提升列車運行平穩度、保障行車安全、提高運營效率至關重要。市域快線軌旁轉轍機(其安裝空間預留見圖1)的設備選型及安裝工藝，既要考慮現有軌道交通線路轉轍機安裝工藝對于市域快線的兼容適應能力，又要參考引入的國內外新興工藝方案，以提高信號系統及其設備對市域快線的服務能力，滿足市域快線的行車需求。

圖1 軌旁轉轍機安裝空間預留示意圖

目前，轉轍機的安裝主要分軌枕式、角鋼和托盤式等3種方式[5]。國內部分城市軌道交通及國鐵項目轉轍機型號及安裝方式等情況統計見表1。

表1 國內部分軌道交通項目轉轍機安裝統計表

1.1 軌枕式轉轍機安裝方式

軌枕式轉轍機安裝方式在國鐵和城市軌道交通中均有應用。該方式一般將轉轍機安裝于兩基本軌之間[6]，占用空間小，可節省土建投資。ZYJG系列軌枕式交流電液轉轍機作為一種采用軌枕安裝方式的道岔轉換裝置，已應用于青藏鐵路和上海軌道交通4號線。

該方式除了具備基本轉轍機使用功能外，還具有受到列車的沖擊小、振動小、多機牽引同步性好、不會造成道岔的蛇行運動等優勢。圖2為上海軌道交通4號線軌枕式轉轍機的安裝應用示意圖。

圖2 軌枕式轉轍機安裝應用示意圖

1.2 側式轉轍機安裝方式

側式安裝方式一般采用將轉轍機固定于軌道外側，實現軌道方向控制，對安裝空間有較高要求。該方法為滿足轉轍機安裝空間和日常的檢修維護，一般需要土建方在軌道岔尖附近對地下結構或高架橋外側做局部加寬，加寬范圍一般是道岔牽引點前后2 m左右[7]。因此，國內地下線路道岔轉轍機安裝一般是將限界本身有道岔處全部做局部加寬，以滿足安裝空間要求。

按轉轍機的固定形式分類，側式安裝又可分為角鋼和托盤式兩種，圖3為兩種側式安裝效果圖。

圖3 轉轍機安裝效果示意圖

1.2.1 角鋼轉轍機安裝工藝

角鋼安裝方式通過固定于道床與鋼軌上的角鋼實現轉轍機的安裝固定。該方式采用 2根長角鋼貫穿軌道底部，安裝過程需工務人員配合抬高道岔一側鋼軌，轉轍機一旦安裝完畢，角鋼一般不易更換或移動。因此，該方法不利于轉轍機的后期運營維護及更換。目前，國內亦有采用將長角鋼分為兩節短角鋼，短角鋼間用固定夾板及螺栓連接，來解決長角鋼維護及更換困難等難題。采用角鋼安裝轉轍機的工藝特性如下：

1) 角鋼安裝方式一般采用側式抬高的方法，轉轍機高于軌道面，避免被水浸泡。

2) 道床在土建施工前需預留 3 個安裝槽，施工過程由工務配合在基本軌上打孔實現轉轍機安裝。該方式安裝工序繁瑣，專業配合程度要求較高。

3) 運維或大修期間，若更更換角鋼，需由工務部門配合抬軌進行角鋼拆裝作業，更換時間較長，容易影響城市軌道交通的正常運營。

4) 角鋼安裝方式多應用于以中低速為主的城市軌道交通項目，對于高速運行線路的安裝強度、抗震能力、動作可靠度等性能有待進一步論證。

采用角鋼安裝的轉轍機平縱斷面見圖4。

圖4 采用角鋼安裝方式的轉轍機平縱斷面示意圖

1.2.2 托盤式轉轍機安裝工藝

托盤式轉轍機安裝方式在國鐵應用較多。該方法通過固定于軌枕的托盤(Z形鋼板)實現轉轍設備的安裝與固定，通常采用軌道外側預留機坑方式進行安裝。該安裝系統由2個對稱的Z形支撐板及安裝螺母組成，軌枕孔洞采用預留形式，安裝過程只需對轉轍機安裝托板開孔即可。托盤式轉轍機的安裝工藝特性為：

1) 托盤式安裝采用將轉轍機固定于軌枕上，安裝基礎一般采用預留方式，無需鋼軌打孔。此安裝工藝具有安裝精度高、工序簡單等優勢，基本不受其他工種作業影響。

2) 更換轉轍機設備時，無需工務部門配合，耗時短，基本不影響城市軌道交通的正常運營。

3) 轉轍機固定于軌枕之上，其動作過程中輸出應力的變化規律與道岔轉換過程中尖軌運動所需轉換力的規律相符，可減少高速列車通過時的沖擊力和爬行力矩，有利于提高設備抗震性能，延長轉轍機使用壽命[8]。

4) 對于整體道床，托盤式安裝可實現道床、軌枕及設備一體化連接，以減小轉轍機對軌枕間距及道岔爬行的敏感度，保證轉轍機動作過程的順暢性[9]。

采用托盤式安裝的轉轍機平縱斷面見圖5。

圖5 采用托盤式安裝方式的轉轍機平縱斷面示意圖

2 轉轍機安裝方式的工程適應性

市域快線工程較常規的城市軌道交通線路具有運行速度高、道床形式復雜、道岔類型多、牽引復雜等特點。

1) 運行速度高：市域快線正線的運行速度為120～160 km/h；

2) 線路制式：市域快線以地下線路為主、高架線路為輔；

3) 道床形式：市域快線正線及配線采用無砟軌道，車輛段/停車場庫內采用整體道床；

4) 多機牽引：市域快線正線道岔一般選用12號曲線尖軌道岔，部分越行道岔還需采用可動心軌轍叉及分動設計，尖軌設兩個牽引點，心軌設兩個牽引點。

綜上所述，根據市域快線的特點，結合現有國內轉轍機安裝工藝可知，角鋼安裝方式基本適用于中低速軌道交通線路。此安裝方式的安裝強度高、設備可靠，對于高速線路抗震性能一般，安裝過程需軌道專業配合，易受工務變化影響，后期維護過程繁瑣，成本較高。托盤式安裝方式多適用于中高速軌道交通線路，具有安裝強度、力學性能穩定的特性，運用于整體道床時可以實現轉轍機、軌枕、道床的整體連接，對于降低過車震動和沖擊力、減小設備磨損效果顯著。同時，托盤式轉轍機安裝方式取消道岔絕緣，可大大提高設備運行穩定性，簡化運維流程。角鋼和托盤式轉轍機安裝方式的工程適應性對比見表2。

表2 轉轍機安裝方式工程適用性對比表

3 結語

市域快線作為城市軌道交通發展的新趨勢，在國內正處于探索階段，因此，如何保證機電工程系統科學合理、安全先進及經濟適用是新線建設應關注的重要問題。市域快線因其獨特性，與既有城市軌道交通線路既有聯系又有區別，因此，在考慮信號設備選型及安裝工藝時既要參考既有線路信號系統的成熟應用經驗，又要兼顧市域快線的差異性，積極引進新興工藝提高信號系統對市域快線的適應能力。本文通過調研國內外城市軌道交通領域轉轍機的安裝方式，結合市域快線線路特點及運營需求，提出托盤式轉轍機安裝方式。分析表明，托盤式安裝方式無論從設備安裝強度、行車安全性、轉轍機動作可靠度，還是從項目的經濟效益、使用壽命、維保便利性等方面考慮，均具有明顯的優勢。因此，推薦市域快線工程采用托盤式轉轍機安裝工藝。