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淺談城市軌道交通小號碼道岔設計論文
摘 要:小號碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域占據主力市場(chǎng),在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可估量的作用。小號碼道岔設計應結合城市軌道交通的特點(diǎn),合理地選擇未被平衡的離心加速度和線(xiàn)型,合理地計算其軌距加寬及解決自身的構造加寬問(wèn)題。小號碼道岔跟端應當向彈性可彎方向發(fā)展。小號碼對稱(chēng)道岔需要重新認識并重視起來(lái)。
關(guān)鍵詞:城市軌道;小號碼道岔;設計
為緩解交通壓力,愈來(lái)愈多的大中城市開(kāi)始大力發(fā)展城市軌道交通(諸如地鐵、高架輕軌等)。作為軌道系統最薄弱環(huán)節的道岔,設計理念開(kāi)始了新的轉變,不被國鐵重視的小號碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域卻占據了主力市場(chǎng),其中以9號、7號道岔為代表,廣泛應用于各大城市軌道交通。9號道岔主要應用于城市軌道交通正線(xiàn)軌道,7號道岔主要應用于城市軌道交通車(chē)輛段及車(chē)場(chǎng)線(xiàn)。值得一提的是最近廣州城市軌道交通4號線(xiàn)大學(xué)城專(zhuān)線(xiàn)段又采用了5號道岔,大大節省了車(chē)輛段占地面積。小號碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可估量的作用,重新被城市軌道交通設計及施工人員所認識。
小號碼道岔之所以被廣泛應用于城市軌道交通,與城市軌道交通的特點(diǎn)密不可分。城市軌道交通與國鐵相比,通過(guò)速度較低,所以小號碼道岔即可滿(mǎn)足;但旅客舒適度要求較高,即要求未被平衡的離心加速度較小。這里需要說(shuō)明的一點(diǎn)是合理地選擇未被平衡的離心加速度�！兜罔F設計規范》(ＧＢ50157—2003)第6 2 8條規定:曲線(xiàn)的最大超高值為120ｍｍ。當設置的超高不能滿(mǎn)足行車(chē)速度要求時(shí),允許有不超過(guò)61ｍｍ的欠超高,即允許有0 4ｍ/ｓ2的未被平衡離心加速度。此處的未被平衡離心加速度是指正線(xiàn),為保證旅客舒適度而定的。而城市軌道交通用道岔主要是為空載列車(chē)提供折返、停放、檢查、轉線(xiàn)及出入段作業(yè)設置的,不存在旅客舒適度問(wèn)題。經(jīng)測試Δ0=0.4～0.68ｍ/ｓ2時(shí),旅客無(wú)不良感覺(jué),國鐵采用Δ0=0 5ｍ/ｓ2。因此,地鐵道岔采用Δ0=0.5ｍ/ｓ2設計即可。
小號碼道岔的設計,雖然不像高速大號碼道岔那樣有復雜的線(xiàn)型,但作為城市軌道交通的主力分子,線(xiàn)型的優(yōu)劣直接影響旅客舒適度,所以要求道岔線(xiàn)型更加圓順。由此,國鐵中小號碼道岔所用的尖軌由直線(xiàn)線(xiàn)型在城市軌道交通中逐漸轉變設計為曲線(xiàn)線(xiàn)型。然而,據上海地鐵9號道岔的使用情況調查,上海地鐵的半切線(xiàn)型彈性可彎式曲線(xiàn)尖軌(地岔211)僅使用了4個(gè)月,直線(xiàn)尖軌(國鐵)使用了24個(gè)月,均因磨耗超限下道。曲線(xiàn)尖軌磨耗嚴重,不管道岔使用工況是否特殊,就其原因主要還是道岔的尖軌線(xiàn)型不夠合理,需要進(jìn)一步研究。目前,為廣州城市軌道交通4號線(xiàn)大學(xué)城專(zhuān)線(xiàn)段所作的9號道岔是將尖軌線(xiàn)型由切線(xiàn)型改為相離型,希望可以改變曲線(xiàn)尖軌磨耗嚴重的現象。因此,小號碼道岔的設計在方案謹慎合理比選的同時(shí),還必須進(jìn)行試制試驗。
在小號碼道岔的設計過(guò)程中,首先遇到的“難題”就是軌距加寬問(wèn)題。之所以稱(chēng)其為“難題”并不是因為軌距加寬值多么難算,而是目前中國城市軌道交通市場(chǎng)有一個(gè)怪現象,那就是軌道工程總是比機車(chē)車(chē)輛先行,即“路”都建好了,還沒(méi)有“車(chē)”。作為軌道設計本來(lái)就需要有機車(chē)車(chē)輛資料,尤其是有了輪對資料才能計算軌距加寬值,所以說(shuō)它“難”。目前設計中只能還是以國鐵的設計思想,按照《地鐵設計規范》(ＧＢ50157—2003)的規定來(lái)進(jìn)行經(jīng)驗計算,這對小號碼道岔的設計十分不利。
小號碼道岔設計的另一個(gè)難題就是自身的構造加寬問(wèn)題。主要發(fā)生在直線(xiàn)尖軌與曲基本軌的配合上,需要檢算最大軌距值是否超限。目前,道岔設計號數不大于12號的道岔,尤其是小號碼道岔,由于側向通過(guò)速度較低,加工上為了便于保證直線(xiàn)尖軌與曲基本軌的密貼度,直線(xiàn)尖軌0～70ｍｍ斷面采用直線(xiàn)刨切,曲基本軌在直線(xiàn)尖軌70ｍｍ斷面以前彎折為直線(xiàn)段。以這次剛剛設計的5號道岔為例(直線(xiàn)尖軌0～70ｍｍ斷面仍采用直線(xiàn)刨切),當尖軌尖端軌距加寬15ｍｍ后,曲基本軌在直線(xiàn)尖軌0～70ｍｍ斷面范圍內的最大矢度ｆ=4 5ｍｍ,最大軌距為1454 5ｍｍ,已接近規定的最大軌距(1456ｍｍ)�？上攵�,道岔號碼愈小,曲基本軌在直線(xiàn)尖軌0～70ｍｍ斷面范圍內的矢度愈大,有可能超限。換言之,在超限情況下,直線(xiàn)尖軌0～70ｍｍ斷面就不能再采用直線(xiàn)刨切,若采用曲刨又難以保證直線(xiàn)尖軌與曲基本軌的密貼度。所以,這也是道岔設計和制造人員今后需共同努力的地方。
城市軌道交通中應用的小號碼道岔不能簡(jiǎn)單照搬國鐵,因為兩者應用的條件不同,范圍亦不同。所以,在設計過(guò)程中應當充分考慮到城市軌道交通的特點(diǎn)。目前,小號碼道岔轉轍器跟端設計沿襲了國鐵設計,多為間隔鐵式活接頭聯(lián)結設計,盡管城市軌道交通機車(chē)車(chē)輛較國鐵軸重輕,但其尖軌扳動(dòng)較國鐵頻繁,跟端活接頭設計不利于尖軌的頻繁搬動(dòng),且國鐵線(xiàn)路已開(kāi)始推廣采用跨區間無(wú)縫線(xiàn)路,取得了良好的使用效果。而城市軌道交通,至今還未見(jiàn)采用。由于地鐵線(xiàn)路溫差較小,采用跨區間無(wú)縫線(xiàn)路是非常有利的。為此,今后的道岔設計應考慮適用于跨區間無(wú)縫線(xiàn)路,應當向跟端彈性可彎發(fā)展(國外小號碼道岔大多為此設計)。當然,目前我國城市軌道交通中轉轍器跟端采用活接頭設計還是彈性可彎設計直接影響到道岔造價(jià),具體來(lái)說(shuō)主要是電務(wù)轉換設備造價(jià)。以9號道岔為例,轉轍器跟端采用活接頭設計時(shí),需用1套電務(wù)轉換裝置;若采用跟端彈性可彎設計時(shí),由于尖軌長(cháng)度較長(cháng),需用2套電務(wù)轉換裝置。這也是我國大多數城市軌道交通小號碼道岔中沒(méi)有采用跟端彈性可彎設計的主要原因。所以,很有必要研究小號碼道岔一點(diǎn)牽引的可行性。這對今后城市軌道交通小號碼道岔的發(fā)展方向有著(zhù)非常積極重要的作用。
小號碼道岔設計看似簡(jiǎn)單,實(shí)際在設計過(guò)程中,尤其采用跟端活接頭設計時(shí),轍跟部分是個(gè)難點(diǎn)。道岔號碼越小,所用的零件越多,所以設計者不僅要細心,還需要有足夠的耐心。以這次剛剛設計的5號道岔為例,由于道岔號數小,半徑只有65ｍ,在轉轍器轍跟處,彎曲矢度大,光是鋼軌墊圈就用了8種,所以這個(gè)地方設計時(shí)很容易遺漏東西。這也是小號碼道岔設計的特別之處,應該引起設計人員的足夠重視。
特別要指出的是小號碼道岔家族中還有一個(gè)重要的成員就是小號碼對稱(chēng)道岔,長(cháng)期以來(lái)被人們所忽視。尤其在存車(chē)線(xiàn)及折返線(xiàn)設計時(shí),過(guò)去大多采用的是9號單開(kāi)道岔的渡線(xiàn),而國外城軌交通軌道連接道岔號數的采用比較靈活,例如德國,兩正線(xiàn)間設存車(chē)線(xiàn)時(shí)多用對稱(chēng)道岔。采用對稱(chēng)道岔,縮短道岔咽喉區的長(cháng)度,能夠降低地鐵的工程造價(jià),減少維修成本,有利于行車(chē)安全,而且有利于車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)的布置,能夠節約用地,充分發(fā)揮土地的使用效能。當然,為了適應提高折返線(xiàn)過(guò)岔速度的需求,提高運能對稱(chēng)道岔需進(jìn)行特殊設計(例如要采用曲線(xiàn)型尖軌和曲線(xiàn)型固定轍叉等)。曾經(jīng)有人計算過(guò),以在車(chē)站正線(xiàn)間設置線(xiàn)間距為4ｍ的存車(chē)線(xiàn)為例,采用4 5號對稱(chēng)道岔布置道岔咽喉較目前常用的9號單開(kāi)道岔布置道岔咽喉,其長(cháng)度可縮短32ｍ,地下車(chē)站可節約投資350萬(wàn)元,高架車(chē)站可節約投資100萬(wàn)元。所以,號碼對稱(chēng)道岔需要重新認識并重視起來(lái)。
總之,小號碼道岔日益被從事城市軌道交通設計及施工人員所重視,作為設計者很有必要對其進(jìn)行學(xué)習研究,不斷優(yōu)化設計,使我國城市軌道交通小號碼道岔邁上一個(gè)新臺階。
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