蔣 昕

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司軌道工程設(shè)計(jì)研究院,北京 100055)

1 概況

三開(kāi)道岔又稱復(fù)式異側(cè)對(duì)稱道岔，是復(fù)式道岔中較常用的一種形式。它相當(dāng)于兩組異側(cè)順接的單開(kāi)道岔，但其長(zhǎng)度卻遠(yuǎn)比兩組單開(kāi)道岔的長(zhǎng)度之和為短，因此常采用于鐵路輪渡橋頭引線、駝峰編組場(chǎng)以及地形狹窄又有特殊需要的地段。我國(guó)經(jīng)過(guò)近30年的使用，技術(shù)已較為成熟，同時(shí)也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于三開(kāi)道岔的結(jié)構(gòu)較單開(kāi)道岔復(fù)雜，運(yùn)行條件也受到一定的限制，真正使用的地方并不是很多。隨著我國(guó)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，為了降低工程造價(jià)，減小運(yùn)營(yíng)成本，在借鑒鐵路一些特殊道岔經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也開(kāi)始在城市軌道交通線路上應(yīng)用。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)原則

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在總結(jié)我國(guó)一些站場(chǎng)及港口使用三開(kāi)道岔成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本著安全、耐用的指導(dǎo)思想，確定主要設(shè)計(jì)原則:

(1)軌距為1 435 mm；

(2)道岔不設(shè)軌底坡；

(3)尖軌采用60AT尖軌；

(4)轍叉采用固定型轍叉；

(5)扣件采用彈條Ⅱ型扣件；

(6)道岔的主要零部件盡量與現(xiàn)有或其他道岔通用；

(7)道岔軌下基礎(chǔ)采用短枕式整體道床；

(8)電務(wù)轉(zhuǎn)換采用聯(lián)動(dòng)方式，并安裝密貼檢查器。

3 道岔平面設(shè)計(jì)

3.1 尖軌平面線型的確定

曲線尖軌分為切線型、半切線型、割線型、半割線型及相離型，其中切線型、割線型尖軌由于尖軌尖端較薄，不適用于小號(hào)道岔，半割線型尖軌會(huì)加大尖軌的沖擊角，只有在曲線半徑不足時(shí)才會(huì)使用，因而9號(hào)曲線尖軌一般采用半切線型。

地鐵9號(hào)道岔一般用于折返線，使用頻繁，順向出岔較多時(shí)，尖軌的磨耗較為嚴(yán)重，根據(jù)提速以來(lái)國(guó)鐵12號(hào)道岔的使用經(jīng)驗(yàn)，采用相離型曲線尖軌對(duì)減輕曲尖軌的磨耗較為有利，能夠顯著延長(zhǎng)尖軌的使用壽命，同時(shí)該線型也可以減小尖軌的沖擊角，因此采用相離型的曲線尖軌。

3.2 直向尖軌與側(cè)向尖軌相結(jié)合的平面形式

(1)直向尖軌在前，側(cè)向尖軌在后;

(2)側(cè)向尖軌在前，直向尖軌在后;

(3)直、側(cè)向尖軌尖端對(duì)齊。

以上3種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)所采用的轉(zhuǎn)換方式選用第一種形式。

3.3 轍叉長(zhǎng)度的確定

在對(duì)稱三開(kāi)道岔中，中間轍叉采用雙邊曲線型，曲線半徑與導(dǎo)曲線半徑相同，兩組后端轍叉為直線型，與9號(hào)單開(kāi)道岔使用的轍叉基本一致，僅在結(jié)構(gòu)稍有變化。中間轍叉與后端轍叉之間加一根短軌，為方便鋪設(shè)和維修，預(yù)先進(jìn)行頂彎。另外，中間轍叉的長(zhǎng)度確定還要考慮與對(duì)稱道岔兼容，盡量使兩種類型道岔的轍叉一樣，即方便工廠的制造，也便于運(yùn)營(yíng)單位的管理。

3.4 直股軌距過(guò)渡的確定

為了提高后端轍叉在直股方向的安全性和便于養(yǎng)護(hù)維修，其軌距采用1 440 mm，這樣在整個(gè)道岔直股的軌距變化可采用以下2種方式，見(jiàn)圖1。

圖1 軌距過(guò)渡(單位：mm)

圖1(a)這種方式軌距變化較多，對(duì)維修不利，但輪軌間的橫向游動(dòng)量較小，對(duì)減輕后端轍叉磨耗較為有利。

圖1(b)這種方式軌距過(guò)渡較平順，但列車的晃動(dòng)較第一種要大。

由于三開(kāi)道岔從整個(gè)結(jié)構(gòu)上比一般道岔要復(fù)雜的多，因此應(yīng)盡量減小輪對(duì)的沖擊，保持列車的平穩(wěn)。所以本設(shè)計(jì)采用第一種形式。

3.5 道岔的主要尺寸(圖2)

道岔全長(zhǎng)L=28 379 mm;道岔前端長(zhǎng)a=12 627 mm；道岔后端長(zhǎng)b=15 752 mm；中間轍叉：m=2 333 mm;n=1 267 mm;后端轍叉：m=2 771 mm;n=1 538 mm。

3.6 道岔各部軌距

尖軌尖端軌距S0=1 445 mm;導(dǎo)曲線中部SR=1 445 mm;導(dǎo)曲線終點(diǎn)SK=1 445 mm。

3.7 岔枕布置

岔枕間距一般按600 mm布置，岔枕間距均勻布置，有利于道岔的鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修，但由于本道岔軌下基礎(chǔ)為整體道床，維修工作量較小，因此根據(jù)道岔布置，可對(duì)岔枕間距進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)于牽引點(diǎn)處的岔枕間距，與電務(wù)設(shè)備的設(shè)計(jì)有關(guān)，目前均按650 mm設(shè)計(jì)。由于三開(kāi)道岔在牽引點(diǎn)位置有兩套轉(zhuǎn)換桿件，分別控制兩端的尖軌，在有限的空間內(nèi)需要擺下4根桿件，又不能影響轉(zhuǎn)換，這也是設(shè)計(jì)關(guān)鍵。

4 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)轍器

對(duì)稱三開(kāi)道岔的轉(zhuǎn)轍器主要是由左右對(duì)稱的基本軌、直向尖軌、側(cè)向尖軌等部件組成。見(jiàn)圖3。

圖2 三開(kāi)道岔總平面布置(單位：mm)

圖3 轉(zhuǎn)轍器布置(單位：mm)

4.1.1 基本軌

(1)采用60 kg/m鋼軌制造，軌頭下腭與尖軌密貼的全長(zhǎng)范圍內(nèi)軌距線以下相應(yīng)作1∶4的斜切，以增加直線尖軌的斷面。見(jiàn)圖4。

(2)為防鋼軌外翻，轉(zhuǎn)轍器基本軌外側(cè)設(shè)可調(diào)軌撐，以加強(qiáng)基本軌的穩(wěn)定性。見(jiàn)圖5。

另外在基本軌上設(shè)4個(gè)能夠壓住直線尖軌的頂鐵，有效地防止了尖軌的跳動(dòng)，尖軌穩(wěn)定性得到很大提升。

圖4 基本軌(單位：mm)

圖5 可調(diào)軌撐

4.1.2 尖軌

分直向尖軌和側(cè)向尖軌兩種，左右對(duì)稱設(shè)計(jì)，采用60AT軌制造，跟端采用熱鍛成型工藝過(guò)渡為標(biāo)準(zhǔn)鋼軌斷面。尖軌的跟端采用活接頭形式，為保證直、側(cè)向兩尖軌的板動(dòng)，前2個(gè)采用雙頭螺柱，后3個(gè)為螺栓。

(1)直向尖軌：尖軌長(zhǎng)度為7 510 mm，由于直向尖軌與側(cè)向尖軌并排勢(shì)必形成直向尖軌前端完全嵌入基本軌軌頭下方，同時(shí)考慮與基本軌軌腰有一定的縫隙，尖軌軌腰的厚度最大只能取到25 mm，即大部分軌腰需刨掉。為了增加尖軌端部的斷面厚度，在工作邊一側(cè)作1∶4的斜切，這樣可增加軌腰的厚度。軌底伸出部分寬度采用32 mm，這是考慮到直向尖軌應(yīng)有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而側(cè)向尖軌軌腰與軌底連接處的強(qiáng)度又不能太弱，綜合考慮這些因素選用此值。另外這次設(shè)計(jì)在尖軌防跳方面作了一些嘗試，在直向尖軌前面的軌腰上作一個(gè)凸臺(tái)，當(dāng)直向尖軌與側(cè)向尖軌密貼時(shí)，直尖軌的凸臺(tái)鑲嵌在側(cè)向尖軌內(nèi)，從而達(dá)到防跳的目的。為了防備卡阻，凸臺(tái)上下留有5 mm的縫隙。

(2)側(cè)向尖軌：尖軌長(zhǎng)度為6 863 mm，為相離型曲線尖軌，曲線切點(diǎn)選在尖軌斷面寬46 mm處，在軌腰上設(shè)四個(gè)頂鐵以加強(qiáng)穩(wěn)定性，在尖軌的軌腰與軌底的連接處最窄為26 mm，上海局艮山門編組場(chǎng)使用的50AT-7號(hào)對(duì)稱三開(kāi)道岔此處最窄處為20 mm，因此本設(shè)計(jì)在強(qiáng)度上完全滿足使用要求。

(3)電務(wù)轉(zhuǎn)換方式：本設(shè)計(jì)采用聯(lián)動(dòng)內(nèi)鎖方式，為了對(duì)尖軌的密貼狀況實(shí)施監(jiān)控，安裝四個(gè)密貼檢查器，以保證行車安全。由于三開(kāi)道岔的特殊結(jié)構(gòu)，尖軌1、3及2、4聯(lián)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)換方式在任何一種道岔中都沒(méi)有的現(xiàn)象，這也是設(shè)計(jì)當(dāng)中的難點(diǎn)，1、3的接頭鐵要穿過(guò)2、4的連接鐵，同時(shí)還要考慮電務(wù)絕緣的問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)多方案比選，從整體結(jié)構(gòu)和材料上進(jìn)行了加強(qiáng)。為防止轉(zhuǎn)換過(guò)程中連電，在連接鐵套上絕緣套，一旦接頭鐵與連接鐵相碰時(shí)也能保證信號(hào)的正確。見(jiàn)圖6。

圖6 牽引點(diǎn)位置示意

(4)防磨護(hù)軌

列車逆向進(jìn)入側(cè)線時(shí)，車輪輪對(duì)經(jīng)過(guò)尖軌尖端處產(chǎn)生瞬時(shí)的沖擊作用，使尖軌受到擠壓和轉(zhuǎn)向沖擊，由于離心力的作用，車輪一側(cè)緊靠尖軌，并且沿尖軌作用邊擠碾滾動(dòng)，造成尖軌側(cè)向磨耗，安裝防磨護(hù)軌后，列車進(jìn)入側(cè)線時(shí)，一側(cè)車輪輪緣就遠(yuǎn)離上股尖軌尖端側(cè)面，對(duì)尖軌的磨耗明顯減弱。防磨護(hù)軌的平直段盡量靠近尖軌的尖端，同時(shí)縮短緩沖段長(zhǎng)度，以達(dá)到控制車輪在尖軌尖端處導(dǎo)向目的。

(5)滑床板

本設(shè)計(jì)采用兩種類型的滑床板，轉(zhuǎn)轍器前部采用普通滑床板，這與單開(kāi)道岔使用的一樣，但到尖軌的后部由于支距加大，需要加長(zhǎng)滑床臺(tái)，為了保持與普通滑床板扣壓點(diǎn)一致，不再重新設(shè)計(jì)彈片，因此在滑床臺(tái)上進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

4.2 轍叉

轍叉部分包括中間轍叉和左、右側(cè)后端轍叉，均采用高錳鋼整鑄式。

(1)中間轍叉為雙邊曲線轍叉。

(2)兩后端轍叉為直線轍叉。在兩后端轍叉之間因不能設(shè)置護(hù)軌，為了保證行車安全，只能采用互護(hù)式轍叉，即將側(cè)股翼軌平直段向咽喉方向延長(zhǎng)150 mm，使翼軌同時(shí)起到對(duì)另一側(cè)轍叉的護(hù)軌的作用。本設(shè)計(jì)充分考慮道岔的互換性，中間轍叉可用在對(duì)稱道岔上，而后端轍叉與單開(kāi)的轍叉基本一致，從而方便了工廠制造及運(yùn)營(yíng)單位養(yǎng)護(hù)維修工作。

4.3 護(hù)軌

護(hù)軌采用H型護(hù)軌，護(hù)軌頂面高出基本軌頂面12 mm。中間轍叉的護(hù)軌工作邊為曲線，兩后端轍叉的護(hù)軌為直線，均采用50 kg/m鋼軌制造。

4.4 扣件及墊層

根據(jù)城市軌道交通對(duì)減振、防躁的環(huán)保要求，選用技術(shù)性能與之相適應(yīng)的扣件和減振墊層，扣件采用Ⅱ型彈條與彈片相結(jié)合的扣壓方式；減振墊層鋼軌下設(shè)10 mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設(shè)12 mm厚橡膠墊板，這種雙層墊層的設(shè)置，能有效地減少車輛的振動(dòng)、降低躁聲。

5 結(jié)語(yǔ)

軌道交通用60 kg/m鋼軌9號(hào)對(duì)稱三開(kāi)道岔設(shè)計(jì)，在改善線路平面，增大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高行車的安全性，減少線路養(yǎng)護(hù)維修，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命幾方面進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)，在道岔轉(zhuǎn)換的安全性上得到加強(qiáng)。目前60 kg/m鋼軌9號(hào)對(duì)稱三開(kāi)道岔，已經(jīng)在上海地鐵10號(hào)線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)2年多，從工務(wù)部門了解到三開(kāi)道岔運(yùn)行正常，尚未發(fā)生因道岔本身結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的故障。在上海軌道交通后續(xù)新線建設(shè)中，5號(hào)線南延伸段、9號(hào)線南延伸段、12號(hào)線、13號(hào)線、16號(hào)線在規(guī)劃設(shè)計(jì)中部分存車線車站也采用了三開(kāi)道岔，天津地鐵6號(hào)線也在規(guī)劃中，三開(kāi)道岔在今后的城市軌道建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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