山地有軌電車軌道系統設計及創新分析

作者簡介：周文濤（1992—），工程師，主要從事城市軌道交通軌道設計研究工作。

摘要：文章以麗江軌道交通1號線為例，針對連續長大坡道、小半徑曲線多、高原環境和高地板有軌電車的工程特點，開展了軌道適應性設計和創新設計。通過軌道設備選型、排水設計、接口設計、重難點設計的分析，提出了山地有軌電車扣件、軌枕及雜散電流防護系統，對山地有軌電車軌道系統設計要點進行了總結，確保軌道結構技術先進、成熟可靠、經濟合理，為后續山地有軌電車軌道系統設計提供參考。

關鍵詞：山地有軌電車；長大坡道；軌道設計；軌道創新

中圖分類號：U482.1

0 引言

由于受到山地地形和環境保護的限制，山地軌道交通的發展緩慢，影響了當地旅游業和經濟的發展。有軌電車作為一種新型城市軌道交通方式^［1］，具有環保性好、工程造價低、景觀性好、安全高效等優點，既能適應山地地形，也能滿足山地地區旅客運輸的需求^［2］。

有軌電車建設受限于城市地形和規劃等因素影響，特別是山地城市^［3］中，面臨線路坡度大、曲線半徑小、彎道多等特點。本文以麗江軌道交通1號線為例，根據線路工程特點，進行相應的針對性軌道系統設計和創新設計，為后續山地有軌電車軌道系統設計提供參考。

1 概述

1.1 工程概況

麗江軌道交通1號線全長約20.713 km，共設車站5座，均為地面站。全線設車輛段1座。

線路主要以路基敷設為主，局部采用高架敷設。本工程設計速度為70 km/h，采用高地板有軌電車，接觸網供電。

1.2 工程特點

1.2.1 線路特點

1.2.1.1 長大坡道

從東巴谷至甘海子壩子為連續長大坡道線路，坡度最小為29.5‰，最大為55‰，坡道長度約為9.2 km，約占全線線路總長度的45%，連續高差達432 m。該段長大坡道平均線路坡度達44‰。

1.2.1.2 小半徑曲線

R≤200m小半徑曲線共有9處，其中正線最小曲線半徑為100 m，曲線總長度約為1.9 km，約占全線總長的9%。其中有7處曲線位于連續長大坡道地段。

1.2.2 環境特點

麗江地區屬高原氣候環境，紫外線強，每年夏季也為雨季，空氣濕度較大。

1.2.3 車輛特點

線路采用高地板有軌電車，而國內目前尚無高地板有軌電車運營線路。

2 軌道系統設計

軌道作為有軌電車行車的基礎設備，直接承受和傳遞上部車輛荷載，引導列車運行方向，在整個運營中的地位和作用十分重要，將直接影響到列車運營的安全和養護維修工作量。軌道結構應安全可靠、經濟適用、技術先進、施工簡便和維修便捷，還應具有良好的耐久性和絕緣性，滿足山地旅游軌道交通線路的敷設要求^［4］。

2.1 鋼軌

有軌電車采用的鋼軌主要有工字軌和槽型軌兩大類。相較于工字軌，槽型軌具有較大優勢，其結構具備防脫護軌的功能，特別適用于小半徑曲線地段，而且其特有的槽型結構有利于混行地段鋼軌兩側道路結構層的回填。

根據調研，國內外有軌電車主要采用59R2和60R2槽型軌。本工程采用高地板現代有軌電車，槽寬更大的59R2槽型軌適應性和輪軌匹配程度更佳，正線建議采用59R2槽型軌。從降低投資的角度考慮，車場線可采用50 kg/m鋼軌，以滿足車場線的運行要求。

2.2 扣件

2.2.1 扣件選型

針對本工程存在的碎石道床、整體道床和埋入式道床，為適應道床類型特點，研發了一種有軌電車扣件（見下頁圖1）。該扣件系統結構簡單，施工方便，同時適用于多種道床型式。通過更換不同靜剛度的橡膠墊板實現對整體道床和碎石道床敷設的需求。其中，整體道床橡膠墊板的靜剛度為35±5 kN/mm，碎石道床橡膠墊板的靜剛度為60±10 kN/mm。

2.2.2 鋼軌及扣件防護

在有軌電車的景觀綠化地段和路口地段，采用了埋入式道床^［5］。在這種環境下，若鋼軌和扣件直接與土壤接觸，極易受到污染以及土壤中水分的侵蝕。因此，有必要對鋼軌和扣件采取適當的防護措施。

采用絕緣阻尼包裹材料進行鋼軌防護，其作用在于將鋼軌相對于回填物之間進行絕緣，防止鋼軌受到浸水銹蝕，同時具有一定的減振降噪作用。軌道的工作環境比較惡劣，為保證其長時間工作的性能，絕緣阻尼包裹材料應具備較好的耐候性、耐久性^［6］。見圖2。

為避免埋入式道床對扣件性能造成影響，在扣件上方設置扣件罩，將扣件與外界綠化覆土或瀝青混凝土隔離。在路口地段，使用加強型扣件罩以滿足社會車輛通行的要求^［7］。

2.3 軌枕及道床

2.3.1 道床選型

山地有軌電車線路一般位于非市區地段，且存在連續長大坡道地段。從軌道穩定性和建設經濟性的角度考慮，為減少后期養護工作量，正線推薦在半徑≤200 m曲線地段、綠化地段、路口地段、橋梁地段、車站地段和長大坡道地段（地質條件較好、處理成本較低）采用整體道床，其余正線均采用碎石道床。

2.3.2 軌枕選型

整體道床軌枕一般有無枕式整體道床、短枕式整體道床和長枕式整體道床^［8］。無枕式整體道床造價低，但施工不便，后期養護困難；短枕式整體道床軌枕制作及運輸方便，但承軌面坡度和軌距的精度依靠吊軌架安裝調整來保證，施工要求較高；長枕式整體道床可提高承軌面坡度及軌距的精度，穩定性和整體性強。

考慮到山地有軌電車長大坡道及小半徑曲線線路較長，為增強軌道結構整體性，鋼軌扣件宜統一化，正線整體道床與碎石道床全部采用鋼筋混凝土長軌枕。

2.4 道岔

道岔的選型應根據車輛運行條件和線路的折返能力等確定^［9］。本線高地板有軌電車最小轉彎半徑為50 m，可采用3.26號定制道岔（導曲線半徑50 m）或6號道岔^［10］。據調研，3.26號定制道岔在松江、淮安和三亞城市有軌電車線路應用過，槽型軌和工字軌定制道岔均適用。3.26號定制道岔較6號道岔造價相差不大，但3.26號定制道岔平面寬度范圍更大，不利于節省空間。為統一全線道岔類型，方便養護維修，推薦正線與車場線采用6號標準化道岔。

2.5 道床排水

2.5.1 地面線整體道床

地面線整體道床通過漫流入路基專業設置的排水邊溝進行排水。在綠化地段設置帶蓋板的成品排水橫截溝。槽型軌軌槽內積水通過在軌槽底部鉆孔排入橫向排水溝。

岔區轉轍機坑主要通過在轉轍機箱內預埋排水管，連接路基排水溝進行排水。

2.5.2 高架線整體道床

高架線整體道床通過橋梁專業設置的泄水孔進行自然排水。

2.5.3 地面線碎石道床

地面線碎石道床通過路基專業設置的排水溝進行排水。

2.6 接口

2.6.1 車輛接口

有軌電車的車輛型式對軌道設備選型影響較大，應開展鋼軌及道岔與車輛的匹配性分析，合理選擇鋼軌及道岔。

2.6.2 土建接口

軌道應向土建專業提資，協調軌道結構高度、排水和沉降要求等，為軌道鋪設奠定良好基礎。

2.6.3 信號接口

軌道應在道岔道床上為信號轉轍機安裝預留轉轍機坑和相關預埋管線。

2.6.4 動照接口

有軌電車若考慮在小半徑有條件地段設置鋼軌涂油器，應向動照專業提資供電需求。特別是山地有軌電車，個別區間可能較長，動照專業敷設電纜至涂油器安裝處，敷設成本較高，且電壓損失較大，供電效果一般。在陽光充足的地區，軌道可考慮采用太陽能自動涂油器。

2.7 重難點設計

2.7.1 扣件防腐設計

麗江地區紫外線強烈，每年夏季為雨季，扣件金屬件容易銹蝕。為提高扣件的使用壽命，扣件金屬件采用鋅鎳共滲技術進行防銹處理，且不能影響其相關機械性能指標。

2.7.2 雜散電流防護設計

為減小雜散電流對道床和下部基礎的腐蝕，且碎石道床是薄弱地段，扣件采用雜散防護系統，可提高鋼軌對地的過渡電阻值。扣件雜散防護采用雙層絕緣處理，第一層利用硅基復合絕緣套對扣件處鋼軌底部及腰部做絕緣粘貼包裹處理，將鋼軌與扣件進行高絕緣隔離；第二層對扣件上的彈條、道釘、軌距擋板等鐵件的關鍵位置噴涂納米絕緣涂層材料，增加扣件表面的最小爬電距離，提升系統的絕緣性能。

2.7.3 長大坡道軌道加強設計

2.7.3.1 優化整體道床設置地段

在長大坡道線路小半徑曲線和巖溶整治費用不大的地段，設置整體道床。

2.7.3.2 加密扣件鋪設密度

正線碎石道床地段軌枕一般按照1 680根/km鋪設；半徑R≤150 m 或坡度i≥40‰地段，按1 760根/km鋪設。正線整體道床地段軌枕一般按照1 600根/km鋪設；半徑150＜R≤400 m或坡度20‰≤i＜40‰地段，按1 680根/km鋪設；半徑R≤150m 或坡度i≥40‰地段，按1 760根/km鋪設。

2.7.3.3 軌距拉桿

在正線連續長大坡道R≤350 m碎石道床地段設置軌距拉桿，每25 m鋼軌設置10根軌距拉桿。

2.7.3.4 防爬設備

在正線連續長大坡道碎石道床地段設置防爬設備，每25 m鋼軌設置8對防爬設備。

3 軌道創新設計

（1）研發了一種適應整體道床和碎石道床的有軌電車扣件，扣件結構簡單，施工便捷。

（2）針對碎石道床雜散電流防護困難的難題，設計了一種雜散電流防護系統，提高了雜散電流防護效果。

（3）研發了一種有軌電車的扣件組件，解決了試車線槽型軌壁式檢查坑扣件安裝困難的問題，見圖3。

（4）根據扣件的特點，分別設計了適應整體道床和碎石道床的預應力混凝土長軌枕，軌距保持能力強，整體性和穩定性好。

4 結語

本文通過對山地有軌電車軌道系統的設計進行介紹、分析及總結，主要結論如下：

（1）山地有軌電車軌道設計應及時開展鋼軌及道岔與車輛輪對的匹配性工作，合理選擇鋼軌和道岔類型，確保輪軌關系優良，減少輪軌磨耗。

（2）山地有軌電車軌道設計應適應線路及工程環境，建議通過優化整體道床設置地段、加密扣件鋪設密度、增設軌距拉桿和防爬設備等方法來加強長大坡道及小半徑曲線地段軌道穩定性。

（3）山地有軌電車軌道設計應注重與其他專業的接口配合，確保接口無誤，保障軌道設備以及接口設備的正常工作。

參考文獻

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收稿日期：2023-04-08