曼谷轻轨道岔的设计

侯爱滨,曲 铭，骆 焱,何雪峰

(中铁工程设计咨询集团轨道工程设计研究院,北京 100055)

1 工程概况

泰国曼谷机场线是连接新机场和市区的快速轨道交通工程,线路全长29 km,均为高架线路,列车最高运行速度为160 km/h。正线线间距为4 m,采用无砟轨道,车辆段为有砟轨道。该线轨道按UIC标准设计,基本轨用UIC60钢轨制造,尖轨用UIC60B制造，轨距与国内相同,采用1 435 mm。正线采用9号、12号单开道岔,车场线采用6号单开道岔。为避免设置4 m间距交叉渡线,在半径为2 000 m的曲线上设有一组渡线道岔。

2 道岔的设计原则

根据本线的技术标准、站场布置情况和甲方有关要求,道岔的设计采用如下设计原则。

(1)导曲线半径：9号、12号道岔的导曲线半径均为350 m；预留的12号道岔,导曲线半径按甲方规定采用500 m,辙叉为曲线型辙叉；6号道岔导曲线半径为100 m；渡线道岔导曲线半径为350 m。

(2)道岔适用于跨区间无缝线路,允许温升为35 ℃,允许温降为40 ℃。

(3)基本轨用UIC60钢轨制造,尖轨用UIC60B钢轨制造。

(4)采用固定型高锰钢辙叉,辙叉两端焊接普通钢轨。

(5)正线道岔设有1∶40轨底坡,车场线道岔不设轨底坡。

(6)采用分开可调式弹性扣件,扣件系统的调高量为-5～+25 mm。

(7)护轨采用UIC33槽形钢制造。

(8)正线道岔轨下基础采用长枕埋入式无砟道床,车场线道岔采用混凝土岔枕,有砟道床。

(9)电务转换装置采用分动外锁闭装置。

3 道岔的平面设计

道岔的平面设计包括平面线型、导曲线半径、尖轨平面线型、岔枕布置、牵引点位置、尖轨长度、辙叉长度、道岔主要尺寸的确定等。

3.1 导曲线半径

道岔的导曲线半径主要根据道岔的侧向容许通过速度来选择,本工程所用道岔的侧向容许通过速度最高为50 km/h,采用单圆曲线的平面线型。根据招标文件规定,本工程所用系列道岔的导曲线半径如下：

(1)12号道岔和9号道岔,导曲线半径采用350 m,与国内标准的12号道岔导曲线半径相同。

(2)6号道岔,导曲线半径采用100 m。

(3)预留的12号道岔,导曲线半径按甲方规定采用500 m,辙叉为曲线型辙叉。

(4)其他曲线预留道岔、曲线渡线道岔,导曲线半径均为350 m,以保证技术标准的统一。

3.2 尖轨的平面线型

尖轨的平面线型可分为切线型、半切线型、相离半切线型、半割线型等。12号道岔、9号道岔采用相离半切线型的曲线尖轨,相离值为11.95 mm,其主要目的是为了增大尖轨断面,从而减轻列车运行对曲线尖轨的磨耗,该线型在中国有成熟的使用经验。其他道岔,考虑与线路的连接关系,均采用半切线型的平面线型。

3.3 岔枕间距

本道岔的岔枕间距,一般情况下为600 mm,牵引点处为便于转换设备安装调为650 mm。岔枕间距可根据平面布置进行调整。

3.4 曲线上的渡线道岔

本工程为避免设置交叉渡线,在半径为2 000 m的曲线上设置了渡线道岔。在曲线上铺设道岔有以下3种方法。

(1)将曲线的一部分取直,然后在直线上铺设普通道岔,或者也可以把道岔铺设在曲线的切线方向上。这种方法只需改动线路平面,道岔本身不变。该方法由于线路不圆顺,只适用于速度不高的线路或临时线路。本工程由于列车速度高,行车密度大,不能采用该方法。

(2)利用标准的转辙器及辙叉铺设曲线道岔。这种方法线路平面及道岔平面都需改动。该方式较为复杂,难以保证道岔的圆顺,也不适合本工程使用。

(3)铺设曲线转辙器、曲线辙叉的曲线道岔。当曲线道岔的主线半径设计成与线路曲线半径完全一致时,这种道岔可以铺设在曲线上的任何位置,而不需改动线路平面。该方式可以满足本工程的使用要求,避免了站场土建工程的大规模变更,保证曲线正线不因铺设道岔而降低列车的容许通过速度。

曲线道岔的主线半径与线路曲线半径完全一致。曲线渡线示意见图1。

图1 曲线上的渡线道岔(单位：mm)

此渡线道岔包括1组同侧曲线道岔和1组异侧曲线道岔。

在主线半径2 004 m的线路上铺设同侧曲线道岔,道岔的正线曲线半径与线路半径相同,为2 004 m,侧线曲线半径根据侧向通过速度50 km/h的要求,取为350 m,道岔侧线的曲线与线路曲线相切,公切点在道岔前端,形成同侧曲线道岔。尖轨为半切线型曲线尖轨。为减少尖轨后端的不足位移,便于制造和铺设使用,尖轨长度应尽量缩短,尖轨长度按最小轮缘槽不小于65 mm设计,同时,根据岔枕间距布置,尖轨长定为13 040 mm,半切断面在31 mm处。

在主线半径2 000 m的线路上铺设异侧曲线道岔,道岔的正线曲线半径与线路半径相同,为2 000 m,侧线曲线半径根据侧向通过速度50 km/h的要求,取为350 m,道岔侧线的曲线与线路曲线相切,公切点在道岔前端,形成异侧曲线道岔。尖轨为半切线型曲线尖轨,尖轨长为12 920 mm,半切断面在25 mm处。

4 道岔的主要结构

道岔的结构设计按道岔的使用条件确定,本项目的道岔虽然用于城市轨道交通,但正线道岔列车运行速度较高,且用于无砟轨道,因此对结构设计提出了较高的要求。根据招标文件的规定和道岔的设计标准,本道岔的主要结构如下。

(1)12号道岔及渡线道岔设1∶40轨底坡，6号道岔不设轨底坡。

(2)12号道岔尖轨采用UIC60B钢轨制造,设1∶40轨顶坡,轨顶坡通过机加工形成。

(3)12号道岔内钢轨、道岔与区间钢轨均焊接；6号道岔直股钢轨焊接,侧股钢轨不焊,采用接头夹板联结。

(4)尖轨跟端结构应满足无缝道岔设计要求。目前有限位器、间隔铁及不设传力机构3种方式。考虑到泰国轨温差较小,钢轨承受的温度附加力也较小,采用间隔铁结构有利于保证尖轨和基本轨的方向,因此采用两个间隔铁结构。

(5)为防止斥离尖轨跳动和移位,设置了防跳限位装置,见图2。

图2 防跳限位装置

(6)辙叉均采用高锰钢整铸固定型辙叉,为便于与区间钢轨焊接,辙叉两端在厂内焊接普通短钢轨。

(7)转辙器部分基本轨内侧采用弹片扣压。

(8)为减小尖轨的扳动力和不足位移,转辙器部分间隔设置了带辊轮的滑床板,辊轮采用施维格公司的辊轮系统,具有使用可靠、便于调高的特点。

(9)道岔的扣件系统是本道岔设计的难点,一是用于无砟轨道,二是需要较大的调高量,三是要有较高的可靠性。为此，重新研究设计了新的扣件系统,采用弹性分开式扣件,在混凝土岔枕内设预埋件、用弹条分别扣压铁垫板和钢轨的结构形式,见图3、图4。

图3 泰国扣件系统

图4 预埋件

该扣件形式可有效解决目前国内道岔普遍存在的塑料套管开裂等问题,提高了道岔的稳定性和轨距调整能力,可有效减少现场养护维修的工作量。

该系统采用不同号码的轨距块调整轨距,轨距调整量为+4～-8 mm,调高采用在铁垫板下增设调高垫板的方式进行,调高量为+25～-5 mm。

(10)铁垫板均采用焊接垫板,正线道岔铁垫板厚度为22 mm,车场线道岔铁垫板厚为20 mm。

(11)扣压件采用国内Ⅱ型弹条扣件,扣压力10 kN。

(12)钢轨轨下设有5 mm厚橡胶垫板,铁垫板下设有10 mm厚橡胶垫板。

(13)道岔侧股设置胶接绝缘接头。

(14)道岔直侧股均设护轨,护轨采用UIC33槽形护轨结构,为减少冲击加长护轨缓冲段长度；垫板为组合焊接垫板,钢轨内侧采用弹片扣压,见图5。

图5 护轨垫板结构

5 混凝土岔枕

本工程正线采用无砟轨道,车场线采用有砟轨道,因此分别设计了无砟道岔用混凝土岔枕和有砟道岔用混凝土岔枕。

无砟道岔采用带钢筋桁架的预应力混凝土岔枕,岔枕为等截面设计,顶宽260 mm,高120 mm,预应力配筋为4φ7 mm钢筋,岔枕内设置预埋件。

有砟道岔采用预应力混凝土岔枕,等截面设计,顶宽240 mm,底宽290 mm,配筋12φ7 mm钢筋,岔枕内设置预埋件。

岔枕长度按道岔平面线型计算确定,从2.5～4.8 m,按0.1 m进级,岔后短岔枕最小长度2.35 m。

6 道岔焊接

道岔的焊接按照相关规范要求,制定出严格的焊接顺序,再进行焊接,经计算设计锁定轨温为(35±5)℃；本项目中桥上无砟道岔分为单开道岔和交叉渡线道岔,焊接以辙叉为基点,两侧对称锁定,最后再与线路焊接,锁定顺序见图6、图7。

图6 单开道岔焊接顺序

图7 交叉渡线焊接顺序

7 工电接口

由于本工程的所有道岔均采用固定型辙叉,因此只在转辙器部分安装电务转换设备。除车场线6号道岔尖轨采用一点牵引外,其他道岔尖轨均采用两点牵引。尖轨一动的动程均为160 mm。转辙机的额定转换力不大于600 kN。

8 主要创新点

(1)在城市轨道交通线路上首次实现了160 km/h的直向通过速度。

(2)在半径为2 000 m及2 004 m的曲线上设计了曲线渡线道岔,为国内首创。

(3)采用UIC技术标准,为1 435 mm轨距铁路设计了6、9、12号道岔及钢轨伸缩调节器。

(4)研制了全新的道岔扣件系统,在混凝土岔枕内设置预埋件,用Ⅱ型弹条分别扣压铁垫板和钢轨,不仅极大地提高了扣件系统抗横向力能力,同时也提高了扣件系统的调高量和轨距调整量,使得滑床板和护轨垫板部分可以方便地进行轨距调整。

(5)开发带钢筋桁架的预应力混凝土岔枕,加强了道岔区道床与底座混凝土的连接。

(6)6号道岔采用弹性可弯尖轨,在国内首次采用一点牵引。

9 结语

泰国曼谷机场线道岔是国内首次设计时速160 km的城市轨道交通用道岔,不仅速度高,要求的道岔扣件调高量也较大。该线的道岔设计不仅通过了咨询单位西门子公司的审查,满足了业主提出的所有技术要求,而且成功的在曲线上设计了两组曲线渡线道岔,避免了站场土建工程的大规模变更,使我院在城市轨道交通道岔研究设计方面有了新的突破,具有较好的经济效益和社会效益。

本项目于2007年完成设计,2009年12月开通运营,道岔使用效果良好,完全满足了该线的运营要求。

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