地鐵場段軌道設計部分細節優化與探討

雷 鳴

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北 武漢 430061）

0 引言

地鐵車輛受電弓與輪對檢測棚用于在線檢測輪對與受電弓的技術狀態，一般設置于車輛段內、入段線終點附近。輪對在線檢測系統設備需安裝在軌道兩側，此系統可在線檢測地鐵車輛輪對各個部位的關鍵尺寸，當列車通過該系統時，系統能準確、快速地檢測出車輪的輪緣厚度、輪緣高度、蹋面形狀等重要數據[1]。受設備安裝需求的制約，供貨商需要向軌道設計提出接口需求，包含沉降要求、無縫鋼軌、軌道結構形式等。

1 傳統受電弓與輪對檢測棚道床結構分析

設備廠家通常要求檢測棚內采用60 kg/m鋼軌、彈條Ⅰ型扣件、特殊定制尺寸短軌枕以及軌枕埋入式整體道床，如圖1所示。其中，短軌枕高350 mm，長500 mm，承軌面寬160 mm，與國鐵新Ⅱ型預應力混凝土長軌枕承軌臺部分尺寸幾乎一致，軌枕底部預留鋼筋彎鉤，以加強軌枕與下部混凝土道床之間的連接，如圖2所示。

圖1 傳統受電弓檢測棚道床橫斷面圖

圖2 特殊定制尺寸短軌枕（mm）

該類軌道結構存在較多問題。第一，彈條Ⅰ型扣件為國鐵碎石道床配套扣件，僅在軌底設置單層彈性墊板，扣件剛度大，不宜適用于整體道床；第二，短軌枕露出道床部分較多，與道床結合部分較少，無法保證軌道結構的整體性和穩定性；第三，特殊定制尺寸的短軌枕用量極少，無法量產的情況下，成本難以降低，施工單位訂貨采購難度較大，且與場段內其他地段軌枕類型不一致，徒增設備種類與養護維修工作量。

2 受電弓與輪對檢測棚道床結構優化設計

針對傳統形式檢測棚道床所存在問題，需要對其開展優化設計，優化的總體原則：在保證軌道結構具有足夠強度、穩定性和適量彈性[2]，并滿足軌旁設備安裝需求的前提下，盡量采用車輛段內已有軌道設備和道床形式。具體設計要點如下：

2.1 軌道設計與施工范圍

采用短軌枕埋入、承軌臺式整體道床結構，如圖3所示。軌道設計與施工范圍：單股鋼軌中心線兩側各250 mm（寬500 mm），豎向500 mm（軌面及以下500 mm）內的軌道結構。在道床承軌臺與土建結構分界面處，土建需預留伸出連接鋼筋，以加強承軌臺與結構基礎的連接。

圖3 受電弓檢測棚承軌臺道床橫斷面圖（mm）

2.2 設備選擇與安裝的設計要求

采用60 kg/m鋼軌Ⅱ型檢查坑扣件，配套短軌枕，扣件、軌枕類型與試車線壁式檢查坑保持一致。為滿足設備安裝需求，承軌臺長度、承軌臺內軌枕鋪設間距均按工藝專業提資執行。

2.3 安裝細節與尺寸精度要求

根據設備安裝需求調整部分細節并提出尺寸精度要求（圖4）：平面布置圖中帶有“A”標記軌枕處，扣件增加10 mm厚調高墊板，軌枕高出道床面高度相應減少10 mm；檢測區軌道的高低、水平、直線不平順應小于4 mm；擦傷桿安裝區域的承軌臺位置以及設備安裝的缺口寬度尺寸精度應控制在5 mm以內。

圖4 檢測棚軌道平面布置示意圖（部分）（mm）

3 全自動駕駛與庫內車擋選型

全自動駕駛模式推廣之前，場段庫內線路末端較多采用摩擦式車輪擋。摩擦式車輪擋軌面以上部分的高度為150 mm，主要作用部件為制動摩擦塊。當車輛輪對撞擊車擋時，車輪將不會越過車擋，并推動車擋滑移，利用摩擦塊與鋼軌間滑動摩擦力逐步將車輛殘余動能消耗完畢，直至車輛停住。摩擦式車輪擋構造簡單，既具有月牙式車擋體積小巧等優點，又避免在意外撞擊時對車載設備造成損壞[3]。

近年來，各城市軌道交通項目逐漸開始采用全自動駕駛模式，對車輛段庫內線車擋選型也提出了新的要求。一方面，ATO區域（通常為停車列檢線）線路終端車擋需要具備更高的安全儲備，以應對無人駕駛情況下意外溜車，最大程度地降低撞擊對車輛造成的損傷。另一方面，全自動駕駛模式下車輛配置也有所不同，例如在車輪前端安裝的排障傳感裝置（圖5）。傳感桿距離軌面高度為130～160 mm，恰好處于摩擦式車擋安裝高度范圍，倘若發生沖撞，車擋將直接破壞排障傳感裝置。

圖5 車輪前端排障傳感裝置示意圖

針對全自動駕駛的安全需求與車載設備特征，建議在前期設計階段，軌道專業與車輛專業充分對接，明確車輛前端車載設備的配置情況以及安裝位置。如車載裝置與摩擦式車擋無空間沖突，建議在ATO區域采用液壓緩沖固定式車擋，其余區域保留摩擦式車擋；如車載裝置與摩擦式車擋存在空間沖突，建議在所有電客車股道末端均采用液壓緩沖固定式車擋。

液壓緩沖固定式車擋設防速度可定為5 km/h，占用股道長度約為2.7～3 m。該類車擋采用液壓頭撞擊車鉤的方式阻止車輛滑行，不僅可以避免車擋對車輪前端車載設備的破壞，更因車鉤處設置有緩沖裝置，可最大程度降低撞擊對車輛造成的損傷，具備較為充足的安全裕量。液壓緩沖固定式車擋價格較為昂貴，約為摩擦式車擋的6～7倍左右。但當車擋容許撞擊速度不小于5 km/h，并按可撞擊車擋工況設計時，股道末端保護距離可縮短8～9 m，降低檢修庫規模，節約土建投資。

4 庫外平過道優化設計

4.1 庫前平過道軌道結構平面布置優化

運用庫、檢修庫庫前一般需設置平交道口和庫前截水溝，以方便人員與車輛通行并滿足場段排水需求。庫前平交道口寬度通常約為10 m，采用碎石道床和與橡膠道口板相結合的軌道結構形式。庫前截水溝沿與股道垂直方向穿越平交道口，將其一分為二。截水溝與庫墻之間空間狹窄封閉，不便于碎石道床施工，因此建議將庫內平過道整體道床延伸至庫前截水溝，將庫前截水溝作為整體道床與碎石道床分界點（圖6）。場段土建設計之初，軌道專業需明確并強調整體道床鋪設范圍及沉降要求。

圖6 庫前平過道軌道平面布置示意圖

其次，庫外橡膠平過道寬度通常設計為2.5 m（線路中心線兩側各1.25 m），與新Ⅱ型預應力混凝土枕寬度相同，道口板范圍以外由土建專業設計并施工。建議將橡膠平過道寬度由2.5 m調整至2.6 m及以上，避免軌枕被兩側混凝土道路卡住，預留軌枕橫向調整余量，如圖7所示。

圖7 庫前平過道碎石道床橫斷面示意圖（mm）

4.2 庫前截水溝處軌道結構優化設計

鋼軌跨越截水溝時，需要像庫內平過道一樣，在鋼軌兩側設置橡膠輪緣壓條（見圖8）。一方面，庫前截水溝多采用金屬蓋板，需要在蓋板與鋼軌之間設置物理隔離，避免兩者接觸打火。另一方面，填充橡膠壓條可以避免維修人員經過時不慎踏空。截水溝上方處鋼軌處于懸空狀態，鋼軌下部無基礎面用以支撐橡膠壓條的安裝，因此需要在截水溝坑壁之間架設一道輪緣壓條安裝槽，設計要點如下。

圖8 庫前截水溝處平面布置示意圖

（1）輪緣壓條安裝槽橫斷面設置為U型，安裝槽高度為198 mm，底部寬度為440 mm，壁厚為30 mm。安裝槽外側面設置加勁肋，用以增加安裝槽抗彎剛度，增強安裝槽與混凝土砂漿的結合，確保安裝槽錨固牢靠，如圖9所示。輪緣安裝槽建議采用玻纖增強聚酰胺66材質。

圖9 橡膠壓條安裝槽橫斷面圖（mm）

（2）土建專業需要在鋼軌穿越截水溝坑壁位置處預留500 mm×200 mm豁口，用以安裝輪緣壓條安裝槽并填充砂漿。利用砂漿的黏結作用將安裝槽錨固于截水溝溝壁上。

5 結論

（1）地鐵車輛段受電弓與輪對檢測棚整體道床采用短軌枕承軌臺道床形式，既能保證道床的彈性、穩定性，又能兼顧軌旁設備安裝需求，與車輛段內軌道設備保持一致，方便施工采購及運營養護維修。

（2）庫內線車擋選型需要考慮全自動駕駛模式的需求。采用液壓緩沖固定式車擋，液壓頭撞擊車鉤的形式確保了無人駕駛情況下更為充足的安全裕量，也可避免車擋對諸如排障傳感裝置等車輪前端車載設備的撞擊破壞。

（3）庫前平過道設置截水溝時，截水溝與庫墻之間空間狹窄，碎石道床施工較為困難，建議將庫內平過道整體道床延伸至庫前截水溝，同時對土建專業提出整體道床沉降要求。橡膠道口板寬度建議增加至2.6 m，預留軌枕橫向調整空間。

（4）鋼軌穿越截水溝時，為確保維修人員正常通行、鋼軌與截水溝金屬蓋板之間的物理隔離，需要在鋼軌兩側安裝橡膠輪緣壓條。輪緣壓條底部需要設置有效支撐，可在截水溝坑壁之間架設尼龍材質安裝槽，并利用砂漿將安裝槽錨固于截水溝溝壁處。