城市軌道交通50kg/m鋼軌7號單開道岔設計研究

王書衛

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

1 概述

近年來，我國城市軌道交通建設迅速發展，改善了城市交通環境，為城市居民出行提供了極大便利。軌道系統是城市軌道交通的關鍵系統，隨著越來越多的城市建設軌道交通，對軌道系統在各種環境條件下的適應性、耐久性及綠色環保等方面提出了更高的要求。道岔是軌道設施的重要組成部分，實現列車在不同線路之間的轉轍，道岔的性能直接影響軌道系統強度、運行舒適度、穩定性及通過能力等。城市軌道交通（輪軌制式）車場線一般采用50kg/m鋼軌7號道岔，道岔結構形式與國鐵道岔基本一致，局部根據城軌交通的運營特點進行了優化改進。

隨著國內大城市規模的不斷擴張，城市用地日趨緊張，車場進行上蓋物業開發在新線建設中越來越多，這就對列車過岔的平順性及穩定性提出了更高的要求。同時，城軌交通天窗期較短，在不影響運營的前提下，大型的維修工作難以開展，而道岔維護是軌道系統養護維修工作的主要內容，因此延長道岔部件使用壽命，盡量減少養護維修工作量就顯得越來越重要。

目前，城軌交通普遍采用的7號道岔尖軌跟端多為活接頭形式，道岔穩定性及列車過岔平順性一般。車場7號道岔多采用木岔枕碎石道床，岔枕維修更換工作量較大，因此，對木材消耗量較大，與綠色環保及可持續的發展理念相悖。經過多年的運營實踐，既有的城軌交通7號道岔不足之處逐漸顯現，因此，對既有道岔進行改進設計勢在必行。

2 道岔總圖設計

目前，車場線普遍采用的幾種7號道岔平面線型、主要尺寸及技術參數基本一致，比較成熟穩定。為了保證與既有7號道岔的通用性，便于技術標準統一，本次7號道岔優設計采用與既有7號道岔相同的平面線型。

2.1 道岔主要技術參數及平面尺寸

本次設計7號道岔平面主要尺寸與既有城軌7號道岔基本相同，主要技術參數詳見表1。

表1 7號道岔主要技術參數

2.2 道岔尖軌

道岔尖軌的型式指與直向基本軌的位置關系，主要分為3類：相切型、相割型和相離型（負割型），再往細分，相切型又分為切線型和半切線型，相割型又分為割線型和半割線型等[1]。

為縮短道岔整體長度，使場段咽喉區布置更加緊湊，進而節約用地，本次研究尖軌采用相割型，割距f=4mm。為使尖軌前端部分加工制造方便，前端采用半割線型，切線起點處軌頭寬bq=36.5mm，如圖1所示。

圖1 尖軌型式示意圖

曲線尖軌的長度由多種因素綜合確定，包括尖軌跟端與基本軌距離要求（設置扣件和接頭夾板）、扳動時的轉動基點位置要求、扳動后最小輪緣槽要求等。既有7號道岔的尖軌長度均為5m左右。尖軌長度較短，尖軌跟端采用活接頭，結構較松散，安全穩定性較差[2]。

借鑒國外有軌電車道岔技術，本道岔的尖軌采用彈性可彎型式，尖軌跟端采用接頭夾板連接，以提高安全可靠性。根據總圖計算、綜合考慮轉轍器平面布置圖和尖軌結構設計，同時考慮50AT軌定尺長度，本道岔尖軌長l0=8 540mm。

2.3 連接部分

彈性可彎曲線型尖軌道岔轉轍器尖軌跟端采用接頭夾板與標準斷面鋼軌連接，因此，基本軌長度取值一般采用跟端與尖軌跟端對齊的方式，這樣設置也方便軌枕布置。本道岔基本軌長度為11 042mm。

按照GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定，曲線半徑小于250m應進行軌距加寬。本道岔導曲線半徑為150m，按規范要求需在曲線地段加寬10mm，因此，本道岔導曲線范圍軌距為1 445mm。

2.4 轍叉及護軌

采用直線型銳角轍叉，左右開可互換。7號道岔鋪設與場段內，一般沒有鋪設無縫道岔的需求，因此，本道岔不采用特殊轍叉形式，采用既有標準7號高錳鋼整鑄轍叉。

為了減小道岔整體長度，轍叉與導曲線采用相割的布置方式，割距采用12mm，如圖2所示。

圖2 轍叉部分軌距示意圖

護軌采用既有國鐵標準，原材料為43kg/m鋼軌。直向護軌與側向護軌沿轍叉角平分線對稱布置，長度均為3 700mm。護軌工作邊與走行軌工作邊的距離為42mm。

3 道岔結構設計

3.1 轉轍器設計

3.1.1 尖軌

尖軌采用50AT鋼軌制造，鋼牌號不低于道岔其他鋼軌件。尖軌由5mm斷面開始進行軌頭頂面淬火。尖軌尖端軌頭工作邊進行1∶4的水平刨切，使尖軌軌頭斷面加大，并藏于基本軌軌頭頜下（藏尖值為3mm），阻止尖軌上下跳動，尖軌尖端水平刨切時為了不影響尖軌軌腰，尖軌尖端處軌腰中心線與尖軌尖端偏移12mm，如圖3所示。

圖3 尖軌尖端斷面

既有城軌7號道岔尖軌一般伸出滑床臺5mm，如圖4所示。根據運營經驗反饋，由于5mm伸出量偏小，尖軌爬行后可能造成尖軌尖端未伸出滑床臺，長時間使用易造成滑床臺形成凹槽，導致尖軌扳動不靈活，造成安全隱患。采用此方案，第一個滑床臺鐵墊板在上下股鋼軌無法通用，增加了非標件的數量。因此，本次設計進行了方案優化，尖軌尖端與第一個滑床臺軌枕中心線距離設計為80mm，滑床臺與下方鐵墊板可對稱設置，能夠保證尖軌尖端伸出量15mm，消除了上述隱患，保證了行車安全。同時，所有滑床臺鐵墊板均能夠通用，方便了設計、制造及養護[3]。

圖4 尖軌與滑床臺位置關系示意圖

3.1.2 電務轉換

城市軌道交通工程車場線行車速度較低，一般不超過25km/h，采用聯動內鎖閉的鎖閉方式能夠滿足要求。本道岔推薦聯動內鎖閉，設置1臺轉轍機，牽引點動程152mm。2根尖軌間設置了1根拉桿及2根連桿，拉連桿采用鐵道部通用圖，拉桿所處的軌枕間距為650mm。

3.1.3 其他

轉轍器其他部件沿用既有7號道岔成熟設計，零部件盡量采用通用件，以減少非標件，降低造價。

3.2 轍叉及護軌設計

轍叉為固定型直線轍叉，與既有7號高錳鋼轍叉相同，左右開道岔可互換。

護軌設計采用成熟技術，為分開式可調護軌，用43kg/m鋼軌制造，護軌軌頂面高出基本軌軌頂面12mm，護軌軌頭工作邊側面進行全長淬火。護軌墊板扣壓基本軌軌底采用與轉轍器滑床板同樣的剛性扣壓方式。

其他零部件盡量采用通用件，減少非標件，降低造價。

3.3 扣件與岔枕設計

3.3.1 扣件

道岔扣件采用Ⅰ型彈條分開式扣件，鋼軌下及鐵墊板下各設10mm厚橡膠墊板，減緩鋼軌沖擊振動。

3.3.2 岔枕

城軌7號道岔一般鋪設與有砟道床，為增強道岔整體性，保證道岔各部尺寸，提高施工精度，減少養護維修工作量，本道岔岔枕設計為預應力混凝土長岔枕。為增加道岔適應性，長岔枕也設計了適用于無砟道床類型。為方便模具加工及岔枕生產，岔枕采用與國鐵長岔枕相同的結構形式。岔枕斷面如圖5所示。

圖5 岔枕示意圖

4 使用情況

本道岔于2017年5月在山海關橋梁廠進行了廠內試鋪，并于2017年10月鋪設于巴基斯坦拉合爾軌道交通車輛段內，使用效果良好。

5 結語

本次城市軌道交通50kg/m鋼軌7號單開道岔的優化設計是根據城市軌道交通不斷發展對道岔提出新的需求，以及既有7號道岔在運營實踐中反饋出來的不足之處，并結合最新的規范要求，進行了設計研究。

1）道岔采用彈性可彎尖軌，跟端采用接頭夾板連接，提高了道岔穩定性及列車過岔的平穩性。

2）道岔尖軌通過優化設計，增大了尖軌尖端伸出滑床臺的距離，降低了長期運營可能造成扳動不靈活的隱患。

3）采用預應力混凝土長岔枕，延長了岔枕使用壽命，減少了養護維修工作量。

經過試鋪及工程應用，道岔使用效果良好，可以在以后的城市軌道交通工程中推廣應用。