城市轨道交通用60 kg/m钢轨9号对称三开道岔的设计

蒋 昕

(中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院,北京 100055)

1 概况

三开道岔又称复式异侧对称道岔，是复式道岔中较常用的一种形式。它相当于两组异侧顺接的单开道岔，但其长度却远比两组单开道岔的长度之和为短，因此常采用于铁路轮渡桥头引线、驼峰编组场以及地形狭窄又有特殊需要的地段。我国经过近30年的使用，技术已较为成熟，同时也积累了一定的经验，但由于三开道岔的结构较单开道岔复杂，运行条件也受到一定的限制，真正使用的地方并不是很多。随着我国城市轨道交通的迅猛发展，为了降低工程造价，减小运营成本，在借鉴铁路一些特殊道岔经验的基础上，也开始在城市轨道交通线路上应用。

2 主要技术标准及设计原则

通过现场调查，在总结我国一些站场及港口使用三开道岔成功经验的基础上，本着安全、耐用的指导思想，确定主要设计原则:

(1)轨距为1 435 mm；

(2)道岔不设轨底坡；

(3)尖轨采用60AT尖轨；

(4)辙叉采用固定型辙叉；

(5)扣件采用弹条Ⅱ型扣件；

(6)道岔的主要零部件尽量与现有或其他道岔通用；

(7)道岔轨下基础采用短枕式整体道床；

(8)电务转换采用联动方式，并安装密贴检查器。

3 道岔平面设计

3.1 尖轨平面线型的确定

曲线尖轨分为切线型、半切线型、割线型、半割线型及相离型，其中切线型、割线型尖轨由于尖轨尖端较薄，不适用于小号道岔，半割线型尖轨会加大尖轨的冲击角，只有在曲线半径不足时才会使用，因而9号曲线尖轨一般采用半切线型。

地铁9号道岔一般用于折返线，使用频繁，顺向出岔较多时，尖轨的磨耗较为严重，根据提速以来国铁12号道岔的使用经验，采用相离型曲线尖轨对减轻曲尖轨的磨耗较为有利，能够显著延长尖轨的使用寿命，同时该线型也可以减小尖轨的冲击角，因此采用相离型的曲线尖轨。

3.2 直向尖轨与侧向尖轨相结合的平面形式

(1)直向尖轨在前，侧向尖轨在后;

(2)侧向尖轨在前，直向尖轨在后;

(3)直、侧向尖轨尖端对齐。

以上3种形式各有优缺点，结合本设计所采用的转换方式选用第一种形式。

3.3 辙叉长度的确定

在对称三开道岔中，中间辙叉采用双边曲线型，曲线半径与导曲线半径相同，两组后端辙叉为直线型，与9号单开道岔使用的辙叉基本一致，仅在结构稍有变化。中间辙叉与后端辙叉之间加一根短轨，为方便铺设和维修，预先进行顶弯。另外，中间辙叉的长度确定还要考虑与对称道岔兼容，尽量使两种类型道岔的辙叉一样，即方便工厂的制造，也便于运营单位的管理。

3.4 直股轨距过渡的确定

为了提高后端辙叉在直股方向的安全性和便于养护维修，其轨距采用1 440 mm，这样在整个道岔直股的轨距变化可采用以下2种方式，见图1。

图1 轨距过渡(单位：mm)

图1(a)这种方式轨距变化较多，对维修不利，但轮轨间的横向游动量较小，对减轻后端辙叉磨耗较为有利。

图1(b)这种方式轨距过渡较平顺，但列车的晃动较第一种要大。

由于三开道岔从整个结构上比一般道岔要复杂的多，因此应尽量减小轮对的冲击，保持列车的平稳。所以本设计采用第一种形式。

3.5 道岔的主要尺寸(图2)

道岔全长L=28 379 mm;道岔前端长a=12 627 mm；道岔后端长b=15 752 mm；中间辙叉：m=2 333 mm;n=1 267 mm;后端辙叉：m=2 771 mm;n=1 538 mm。

3.6 道岔各部轨距

尖轨尖端轨距S0=1 445 mm;导曲线中部SR=1 445 mm;导曲线终点SK=1 445 mm。

3.7 岔枕布置

岔枕间距一般按600 mm布置，岔枕间距均匀布置，有利于道岔的铺设和养护维修，但由于本道岔轨下基础为整体道床，维修工作量较小，因此根据道岔布置，可对岔枕间距进行调整。

对于牵引点处的岔枕间距，与电务设备的设计有关，目前均按650 mm设计。由于三开道岔在牵引点位置有两套转换杆件，分别控制两端的尖轨，在有限的空间内需要摆下4根杆件，又不能影响转换，这也是设计关键。

4 道岔结构设计

4.1 转辙器

对称三开道岔的转辙器主要是由左右对称的基本轨、直向尖轨、侧向尖轨等部件组成。见图3。

图2 三开道岔总平面布置(单位：mm)

图3 转辙器布置(单位：mm)

4.1.1 基本轨

(1)采用60 kg/m钢轨制造，轨头下腭与尖轨密贴的全长范围内轨距线以下相应作1∶4的斜切，以增加直线尖轨的断面。见图4。

(2)为防钢轨外翻，转辙器基本轨外侧设可调轨撑，以加强基本轨的稳定性。见图5。

另外在基本轨上设4个能够压住直线尖轨的顶铁，有效地防止了尖轨的跳动，尖轨稳定性得到很大提升。

图4 基本轨(单位：mm)

图5 可调轨撑

4.1.2 尖轨

分直向尖轨和侧向尖轨两种，左右对称设计，采用60AT轨制造，跟端采用热锻成型工艺过渡为标准钢轨断面。尖轨的跟端采用活接头形式，为保证直、侧向两尖轨的板动，前2个采用双头螺柱，后3个为螺栓。

(1)直向尖轨：尖轨长度为7 510 mm，由于直向尖轨与侧向尖轨并排势必形成直向尖轨前端完全嵌入基本轨轨头下方，同时考虑与基本轨轨腰有一定的缝隙，尖轨轨腰的厚度最大只能取到25 mm，即大部分轨腰需刨掉。为了增加尖轨端部的断面厚度，在工作边一侧作1∶4的斜切，这样可增加轨腰的厚度。轨底伸出部分宽度采用32 mm，这是考虑到直向尖轨应有一定的强度和稳定性，而侧向尖轨轨腰与轨底连接处的强度又不能太弱，综合考虑这些因素选用此值。另外这次设计在尖轨防跳方面作了一些尝试，在直向尖轨前面的轨腰上作一个凸台，当直向尖轨与侧向尖轨密贴时，直尖轨的凸台镶嵌在侧向尖轨内，从而达到防跳的目的。为了防备卡阻，凸台上下留有5 mm的缝隙。

(2)侧向尖轨：尖轨长度为6 863 mm，为相离型曲线尖轨，曲线切点选在尖轨断面宽46 mm处，在轨腰上设四个顶铁以加强稳定性，在尖轨的轨腰与轨底的连接处最窄为26 mm，上海局艮山门编组场使用的50AT-7号对称三开道岔此处最窄处为20 mm，因此本设计在强度上完全满足使用要求。

(3)电务转换方式：本设计采用联动内锁方式，为了对尖轨的密贴状况实施监控，安装四个密贴检查器，以保证行车安全。由于三开道岔的特殊结构，尖轨1、3及2、4联动，这种转换方式在任何一种道岔中都没有的现象，这也是设计当中的难点，1、3的接头铁要穿过2、4的连接铁，同时还要考虑电务绝缘的问题，因此在设计中经过多方案比选，从整体结构和材料上进行了加强。为防止转换过程中连电，在连接铁套上绝缘套，一旦接头铁与连接铁相碰时也能保证信号的正确。见图6。

图6 牵引点位置示意

(4)防磨护轨

列车逆向进入侧线时，车轮轮对经过尖轨尖端处产生瞬时的冲击作用，使尖轨受到挤压和转向冲击，由于离心力的作用，车轮一侧紧靠尖轨，并且沿尖轨作用边挤碾滚动，造成尖轨侧向磨耗，安装防磨护轨后，列车进入侧线时，一侧车轮轮缘就远离上股尖轨尖端侧面，对尖轨的磨耗明显减弱。防磨护轨的平直段尽量靠近尖轨的尖端，同时缩短缓冲段长度，以达到控制车轮在尖轨尖端处导向目的。

(5)滑床板

本设计采用两种类型的滑床板，转辙器前部采用普通滑床板，这与单开道岔使用的一样，但到尖轨的后部由于支距加大，需要加长滑床台，为了保持与普通滑床板扣压点一致，不再重新设计弹片，因此在滑床台上进行特殊设计。

4.2 辙叉

辙叉部分包括中间辙叉和左、右侧后端辙叉，均采用高锰钢整铸式。

(1)中间辙叉为双边曲线辙叉。

(2)两后端辙叉为直线辙叉。在两后端辙叉之间因不能设置护轨，为了保证行车安全，只能采用互护式辙叉，即将侧股翼轨平直段向咽喉方向延长150 mm，使翼轨同时起到对另一侧辙叉的护轨的作用。本设计充分考虑道岔的互换性，中间辙叉可用在对称道岔上，而后端辙叉与单开的辙叉基本一致，从而方便了工厂制造及运营单位养护维修工作。

4.3 护轨

护轨采用H型护轨，护轨顶面高出基本轨顶面12 mm。中间辙叉的护轨工作边为曲线，两后端辙叉的护轨为直线，均采用50 kg/m钢轨制造。

4.4 扣件及垫层

根据城市轨道交通对减振、防躁的环保要求，选用技术性能与之相适应的扣件和减振垫层，扣件采用Ⅱ型弹条与弹片相结合的扣压方式；减振垫层钢轨下设10 mm厚橡胶垫板，铁垫板下设12 mm厚橡胶垫板，这种双层垫层的设置，能有效地减少车辆的振动、降低躁声。

5 结语

轨道交通用60 kg/m钢轨9号对称三开道岔设计，在改善线路平面，增大结构强度，提高行车的安全性，减少线路养护维修，延长设备使用寿命几方面进行了系统的改进，在道岔转换的安全性上得到加强。目前60 kg/m钢轨9号对称三开道岔，已经在上海地铁10号线开通运营2年多，从工务部门了解到三开道岔运行正常，尚未发生因道岔本身结构而产生的故障。在上海轨道交通后续新线建设中，5号线南延伸段、9号线南延伸段、12号线、13号线、16号线在规划设计中部分存车线车站也采用了三开道岔，天津地铁6号线也在规划中，三开道岔在今后的城市轨道建设中有着广阔的应用前景。

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