地铁折返线60-9单开道岔平面线型及结构优化研究

闫 宇 青

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

1 概述

地铁折返线是实现地铁车辆换向行驶的区段，国内在该区段一般采用60 kg/m钢轨9号单开道岔实现车辆的折返功能。该道岔直向容许通过速度为100 km/h，侧向容许通过速度为35 km/h，其侧向容许通过速度直接影响着车辆的折返时间与发车间隔。而若采用12号甚至更大号码道岔来提高折返速度，则会增大折返区域隧道的开挖面积与长度，增加工程投资。因此，本道岔设计旨在对现有9号单开道岔进行优化研究，在尽量保证目前9号道岔全长不变的情况下，将9号道岔的侧向通过速度由35 km/h提高至与12号单开道岔40 km/h～50 km/h相同。

2 道岔平面线型及结构设计

2.1 主要几何尺寸及相关参数

主要几何尺寸及相关参数见图1，表1。

表1 道岔主要设计输入参数

道岔号码轨道间距/mm道岔角度R/m全长L/m前长G/mm后长H/mm尖轨长度/mm牵引点型式91 4356°20′25″29032 60616 49116 11511 280两机两点(外锁闭)

2.2 控制参数

动能损失(单位：km2/h2)计算公式：

ω=V2sin2βc。

未被平衡的离心加速度(单位：m/s2)计算公式：

其中，V为列车运行速度，km/h；R为导曲线半径，m。

根据TB/T 2477—2006中规定，客货共线道岔侧向容许通过速度应满足：动能损失容许值：ω0≤0.65 km2/h2。

未被平衡离心加速度：α0≤0.56 m/s2。

未被平衡离心加速度增量(单位：m/s3)计算公式：

其中，l为车辆全轴距，m，按18 m取值；未被平衡离心加速度增量：φ0≤0.4 m/s3。

因此，在确定道岔侧向平面时，必须使各项参数不超过规定的限度，即满足：α≤α0,ω≤ω0,φ≤φ0。

设计计算。

导曲线半径：

综合1),2)，导曲线半径R≥280 m。

若取半径R≥280 m，辙叉则为曲线辙叉；为增加尖轨粗壮度，线形一般选用负割线型，当R取300 m时，导曲线终点处的辙叉支距大于390 mm，导致辙叉跟长m值过大，增大了高锰钢长度，不建议采用。综合考虑导曲线半径取值为R=290 m。

2.3 平面线型设计

采用相离式半切线型尖轨，相离值为-8 mm，半切断面宽为50 mm，尖轨尖端取在轨头宽度2 mm处；并在道岔轨底或轨顶面设置1∶40坡度，转辙器设计参数详见表2。

表2 转辙器设计参数

2.4 转辙器设计

1)基本轨采用60 kg/m钢轨制造，尖轨采用60AT2钢轨制造，转辙器部分平面线型如图2所示。

2)转辙器滑床板结构：采用弹性夹式滑床板(滑床板为整体铸造式)，其优点是扣压力稳定，弹性夹安装、拆卸、维护方便；并间隔设置滚轮装置，以减少尖轨的不足位移，为防止基本轨外倾，在基本轨外侧间隔设置轨撑滑床板，滑床板结构如图3所示。

3)尖轨跟端采用弹性可弯式结构，对工作边轨底进行刨切，降低尖轨理论弯折点区域的横向刚度，从而减小扳动力。为了防止尖轨爬行及更好的传递温度力，跟端采用限位器结构，如图4所示。

2.5 辙叉及护轨设计

1)辙叉采用曲线型合金钢拼装辙叉，以提高曲线型合金钢辙叉的耐磨性，并适用于地铁无缝线路的焊接要求，合金钢拼装辙叉结构如图5所示。

2)护轨采用分开式槽型护轨，采用UIC33槽型钢制造，护轨顶面高出导轨顶面12 mm，护轨内侧采用弹性夹扣压钢轨。

2.6 扣件系统设计

1)道岔采用分开式Ⅲ型弹条扣件，钢轨非工作边安装9号轨距块；工作边安装11号轨距块；钢轨接头处安装接头轨距块；辙叉两侧分别安装9号和11号轨距块；并设置复合偏心套来调整轨距。

2)轨下采用双层弹性分开式结构，轨下设置5 mm厚橡胶垫层，板下垫层为10 mm厚高弹性垫板，均为热塑性聚酯弹性体，板下橡胶垫板提供主要弹性，与轨下垫层刚度串联，提供扣件系统的竖向刚度。道岔用于无砟道床，通过设置调高垫板来调整道岔高度，板下初始设计按6 mm，扣件的调高量为-4 mm～+26 mm。增设备用调高垫层(规格有2 mm,3 mm,5 mm三种)，材质为橡塑，扣件装配示意图如图5所示。

2.7 岔枕及布置

1)采用客运专线铁路无砟道岔用岔枕结构，该结构经过了铁道部组织的多次设计审查，技术成熟、稳定，在国内已批量上道使用。其中岔枕螺栓和套管分别采用客运专线(07)001-V-8和客运专线(07)001-V-50。

2)岔枕间距设计。

岔枕按垂直于道岔直股，除牵引点处岔枕间距为650 mm，牵引点两侧岔枕间距为575 mm及一些特殊地方外，其他岔枕间距尽可能保持600 mm。

尼龙套管外预埋不锈钢外套结,此结构可改善尼龙套受力条件，减少开裂、破损等病害。混凝土螺栓孔外加钢套后，相当于在螺栓孔周围设置了一层箍筋，提高抗孔裂能力。

3 结语

通过对地铁折返线60 kg/m钢轨9号单开道岔平面线型及结构的优化研究，将既有道岔的侧向通过速度从35 km/h提高到了45 km/h；对尖轨的轨型进行了优化研究，在地铁道岔中首次采用60AT2钢轨，方便弹性夹的安装，并采用整体式铸造式滑床板，并在曲股设置3 mm水平藏尖，增加尖轨的粗壮度，保证曲线尖轨在地铁道岔频繁折返过程中更加的耐磨；辙叉采用合金钢拼装辙叉，使得在采用曲线型辙叉后，提高了曲线型辙叉的耐磨性。

本道岔设计时吸取了客运专线道岔及重载铁路道岔的优势经验，同时满足国家相关规范和标准的要求，可在城市轨道交通工程中推广应用。