劉婷林

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

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車場線5號單開道岔防脫護(hù)軌方案設(shè)計

劉婷林

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

結(jié)合廣州地鐵4號線車場線運營情況，對車場線5號單開道岔進(jìn)行防脫護(hù)軌設(shè)計，并提出三種設(shè)計方案進(jìn)行比選。設(shè)計中綜合考慮了技術(shù)可行性、施工便利性以及日常養(yǎng)護(hù)維修工作量等多方面因素。方案一中將護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用防脫護(hù)軌支架方式，在滿足防脫要求的同時，能夠大大減少日常養(yǎng)護(hù)維修工作量，并且方便現(xiàn)場施工，為最優(yōu)方案。

車場線 5號單開道岔 防脫護(hù)軌 方案設(shè)計

城市軌道交通車場線列車運行速度低，軌道一般采用有縫線路，道岔以7號道岔為主[1-3]。由于直線電機(jī)系統(tǒng)采用徑向轉(zhuǎn)向架，采用小號碼道岔可大大節(jié)約占地面積。廣州地鐵4號線采用直線電機(jī)車輛，考慮到廣州地區(qū)雨水較多，為節(jié)約占地面積并減少線路養(yǎng)護(hù)維修工作量，廣州4號線車場線采用了合成軌枕50 kg/m鋼軌5號單開道岔。

設(shè)計中，5號道岔的直向允許通過速度為60 km/h，側(cè)向通過速度為20 km/h，導(dǎo)曲線半徑為65 m。由于半徑較小，轉(zhuǎn)轍角較大，道岔長度及道岔間的距離較短，列車在逆向出岔時可能會導(dǎo)致第1輪對外側(cè)車輪脫軌[4-6]?；谏鲜隹紤]，為防止列車脫軌，對車場線5號單開道岔進(jìn)行防脫護(hù)軌設(shè)計。

1 確定車輪脫軌位置

通過動力學(xué)仿真，建立車輛-道岔系統(tǒng)動力學(xué)模型。模型為采用雙層疊合梁結(jié)構(gòu)的空間耦合振動模型[7-10]，鑒于系統(tǒng)振動的最大值一般發(fā)生在第1位輪對，因此系統(tǒng)的振動特性主要以該位輪對下的振動值給出[11-12]。

計算車輛側(cè)向過岔速度分別為10 km/h、15 km/h、20 km/h時道岔系統(tǒng)動力特性，得到不同速度下道岔系統(tǒng)的輪軌力、安全系數(shù)等最大值特性，見表1。

表1 不同速度條件下道岔系統(tǒng)的輪軌力和安全系數(shù)最大值

圖1 第1輪對內(nèi)外側(cè)脫軌系數(shù)

由表1可見，當(dāng)側(cè)向過岔速度為20 km/h時，脫軌系數(shù)已經(jīng)非常接近允許限值。圖1給出了側(cè)向過岔速度為20 km/h時第1輪對內(nèi)、外側(cè)的脫軌系數(shù)響應(yīng)。結(jié)果顯示，在尖軌前端，輪對與尖軌的橫向沖擊較大，導(dǎo)致該部位脫軌系數(shù)達(dá)到了1.03。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，在基本軌軌縫至岔心方向距離1.5 m位置處鋼軌軌頭有明顯爬軌印記。通過以上分析，確定列車過岔時在尖軌尖端附近列車脫軌幾率最大。

2 防脫護(hù)軌方案設(shè)計

根據(jù)理論分析及現(xiàn)場調(diào)研情況，對5號單開道岔防脫護(hù)軌設(shè)計提出如下三個設(shè)計方案。

(1)方案一：護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用防脫護(hù)軌支架。

方案一中，護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用43 kg/m槽形護(hù)軌，護(hù)軌通過螺栓和支架與鋼軌組合，當(dāng)列車逆向出岔，第一輪對外側(cè)車輪有爬軌趨勢時，防脫護(hù)軌受力，限制第一輪對內(nèi)側(cè)車輪橫向位移，保證列車有脫軌趨勢時，將車輪及時“拉回”線路。圖2和圖3分別為設(shè)計方案和護(hù)軌組裝示意。

圖2 設(shè)計方案(方案一)

圖3 護(hù)軌組裝示意(方案一)

此方案中，護(hù)軌通過螺栓固定在支架上，支架和基本軌間通過扣板和螺栓固定，基本軌和支架及扣板間設(shè)有絕緣墊片。護(hù)軌支架布置方式如圖2，支架安裝時可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，適當(dāng)調(diào)整安裝位置。

(2)方案二：護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用護(hù)軌墊板。

方案二同樣將護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用43 kg/m槽形護(hù)軌，護(hù)軌和基本軌通過護(hù)軌墊板組裝，設(shè)計理念同方案一。圖4和圖5分別為設(shè)計方案和護(hù)軌組裝示意。

圖4 設(shè)計方案(方案二)

圖5 護(hù)軌組裝示意(方案二)

此方案中，護(hù)軌通過護(hù)軌墊板與基本軌進(jìn)行位置固定，基本軌采用護(hù)軌臺板壓舌剛性扣壓方式。

(3)方案三：護(hù)軌設(shè)置在外側(cè)，采用護(hù)軌墊板。

方案三中，護(hù)軌設(shè)置在基本軌外側(cè)，采用43 kg/m H形護(hù)軌，護(hù)軌和基本軌通過護(hù)軌墊板組裝。設(shè)計理念與方案一和方案二不同，護(hù)軌設(shè)置在基本軌外側(cè)，當(dāng)列車逆向出岔，第一輪對外側(cè)車輪有爬軌趨勢時，防脫護(hù)軌受力，限制第一輪對外側(cè)車輪橫向位移，保證列車有脫軌趨勢時，將車輪及時“推回”線路。圖6和圖7分別為設(shè)計方案和護(hù)軌組裝示意。

圖6 設(shè)計方案(方案三)

圖7 護(hù)軌組裝示意(方案三)

此方案中，護(hù)軌和基本軌之間通過橫板和螺栓等進(jìn)行位置固定，相應(yīng)零部件需要進(jìn)行特殊設(shè)計。

3 方案比選

對比上述三種方案，進(jìn)行綜合評價優(yōu)選。

(1)護(hù)軌設(shè)置位置

護(hù)軌設(shè)置于基本軌內(nèi)側(cè)時，護(hù)軌只有在第一輪對外側(cè)車輪出現(xiàn)爬軌現(xiàn)象時才會受力，正常過岔過程中，車輪不會對護(hù)軌作用外力。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，護(hù)軌設(shè)置在基本軌外側(cè)時，外側(cè)基本軌光帶在鋼軌中心偏外側(cè)，可知在平時運營過程中，外置護(hù)軌也要長期受力，日常維修養(yǎng)護(hù)要求較高。綜合上述考慮，護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)優(yōu)于外側(cè)。

(2)護(hù)軌墊板與護(hù)軌支架

對于護(hù)軌與基本軌位置固定的方式，方案一采用的是護(hù)軌支架，支架安裝位置在兩枕之間，安裝位置相對靈活，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；方案二和方案三中采用護(hù)軌墊板，需要對既有道岔相對應(yīng)位置的原墊板進(jìn)行拆卸更換，且方案三中需要對基本軌軌腰進(jìn)行鉆孔，工作量較大。相較之下，采用護(hù)軌支架方式施工更為方便，拆卸簡單，減少了裝卸及養(yǎng)護(hù)維修的工作量。

綜合比選三種方案，可知方案一在滿足防止列車脫軌要求的同時，護(hù)軌養(yǎng)護(hù)工作量小，支架的安裝和更換相對簡單，能夠很大程度上減少日常養(yǎng)護(hù)維修工作量，為最優(yōu)方案。

4 結(jié)論及建議

通過對廣州4號線車場線現(xiàn)場調(diào)研，對車場線用5號單開道岔進(jìn)行防脫護(hù)軌方案設(shè)計，并對滿足技術(shù)要求的三種設(shè)計方案進(jìn)行比選。綜合考慮技術(shù)可行性、施工便利性以及日常養(yǎng)護(hù)維修工作量等多方面因素，方案一中將護(hù)軌設(shè)置在基本軌內(nèi)側(cè)，采用防脫護(hù)軌支架方案，在滿足技術(shù)要求的同時，能夠有效降低日常養(yǎng)護(hù)維修工作量，并且更利于現(xiàn)場施工組織控制，為最優(yōu)方案。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013

[2] 于春華.城市軌道交通道岔設(shè)計、施工及維修[M].北京：中國鐵道出版社，2012

[3] 喬神路，劉婷林.城市軌道交通7號無砟道岔的無縫化設(shè)計研究[J].鐵道勘察，2016(3)：119

[4] 程寶清.城市交通車場線軌道結(jié)構(gòu)的探討[J].鐵道工程學(xué)報，2003，123(12)：87-90

[5] 王平.道岔區(qū)輪軌系統(tǒng)空間耦合振動模型及其應(yīng)用[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，1998，33(3)：284-289

[6] 劉學(xué)毅，王平.車輛-軌道-路基系統(tǒng)動力學(xué)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010

[7] 王平.高速鐵路道岔設(shè)計理論與實踐[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011

[8] 陳小平，王平，陳嶸.高速車輛與道岔空間耦合振動特性[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2008，43(4)：453-458

[9] 王平.列車在道岔中的運行穩(wěn)定性分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2000，35(1)：28-31

Design on the Overhand Guardrail of No.5 Single Switch Used in the Yard Line

LIU Tinglin

2016-09-22

劉婷林(1988—)，男，2015年畢業(yè)于西南交通大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)06-0088-03

U213.6

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