车场线5号单开道岔防脱护轨方案设计

刘婷林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)



车场线5号单开道岔防脱护轨方案设计

刘婷林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

结合广州地铁4号线车场线运营情况，对车场线5号单开道岔进行防脱护轨设计，并提出三种设计方案进行比选。设计中综合考虑了技术可行性、施工便利性以及日常养护维修工作量等多方面因素。方案一中将护轨设置在基本轨内侧，采用防脱护轨支架方式，在满足防脱要求的同时，能够大大减少日常养护维修工作量，并且方便现场施工，为最优方案。

车场线 5号单开道岔 防脱护轨 方案设计

城市轨道交通车场线列车运行速度低，轨道一般采用有缝线路，道岔以7号道岔为主[1-3]。由于直线电机系统采用径向转向架，采用小号码道岔可大大节约占地面积。广州地铁4号线采用直线电机车辆，考虑到广州地区雨水较多，为节约占地面积并减少线路养护维修工作量，广州4号线车场线采用了合成轨枕50 kg/m钢轨5号单开道岔。

设计中，5号道岔的直向允许通过速度为60 km/h，侧向通过速度为20 km/h，导曲线半径为65 m。由于半径较小，转辙角较大，道岔长度及道岔间的距离较短，列车在逆向出岔时可能会导致第1轮对外侧车轮脱轨[4-6]。基于上述考虑，为防止列车脱轨，对车场线5号单开道岔进行防脱护轨设计。

1 确定车轮脱轨位置

通过动力学仿真，建立车辆-道岔系统动力学模型。模型为采用双层叠合梁结构的空间耦合振动模型[7-10]，鉴于系统振动的最大值一般发生在第1位轮对，因此系统的振动特性主要以该位轮对下的振动值给出[11-12]。

计算车辆侧向过岔速度分别为10 km/h、15 km/h、20 km/h时道岔系统动力特性，得到不同速度下道岔系统的轮轨力、安全系数等最大值特性，见表1。

表1 不同速度条件下道岔系统的轮轨力和安全系数最大值

图1 第1轮对内外侧脱轨系数

由表1可见，当侧向过岔速度为20 km/h时，脱轨系数已经非常接近允许限值。图1给出了侧向过岔速度为20 km/h时第1轮对内、外侧的脱轨系数响应。结果显示，在尖轨前端，轮对与尖轨的横向冲击较大，导致该部位脱轨系数达到了1.03。根据现场调研情况，在基本轨轨缝至岔心方向距离1.5 m位置处钢轨轨头有明显爬轨印记。通过以上分析，确定列车过岔时在尖轨尖端附近列车脱轨几率最大。

2 防脱护轨方案设计

根据理论分析及现场调研情况，对5号单开道岔防脱护轨设计提出如下三个设计方案。

(1)方案一：护轨设置在基本轨内侧，采用防脱护轨支架。

方案一中，护轨设置在基本轨内侧，采用43 kg/m槽形护轨，护轨通过螺栓和支架与钢轨组合，当列车逆向出岔，第一轮对外侧车轮有爬轨趋势时，防脱护轨受力，限制第一轮对内侧车轮横向位移，保证列车有脱轨趋势时，将车轮及时“拉回”线路。图2和图3分别为设计方案和护轨组装示意。

图2 设计方案(方案一)

图3 护轨组装示意(方案一)

此方案中，护轨通过螺栓固定在支架上，支架和基本轨间通过扣板和螺栓固定，基本轨和支架及扣板间设有绝缘垫片。护轨支架布置方式如图2，支架安装时可根据现场实际情况，适当调整安装位置。

(2)方案二：护轨设置在基本轨内侧，采用护轨垫板。

方案二同样将护轨设置在基本轨内侧，采用43 kg/m槽形护轨，护轨和基本轨通过护轨垫板组装，设计理念同方案一。图4和图5分别为设计方案和护轨组装示意。

图4 设计方案(方案二)

图5 护轨组装示意(方案二)

此方案中，护轨通过护轨垫板与基本轨进行位置固定，基本轨采用护轨台板压舌刚性扣压方式。

(3)方案三：护轨设置在外侧，采用护轨垫板。

方案三中，护轨设置在基本轨外侧，采用43 kg/m H形护轨，护轨和基本轨通过护轨垫板组装。设计理念与方案一和方案二不同，护轨设置在基本轨外侧，当列车逆向出岔，第一轮对外侧车轮有爬轨趋势时，防脱护轨受力，限制第一轮对外侧车轮横向位移，保证列车有脱轨趋势时，将车轮及时“推回”线路。图6和图7分别为设计方案和护轨组装示意。

图6 设计方案(方案三)

图7 护轨组装示意(方案三)

此方案中，护轨和基本轨之间通过横板和螺栓等进行位置固定，相应零部件需要进行特殊设计。

3 方案比选

对比上述三种方案，进行综合评价优选。

(1)护轨设置位置

护轨设置于基本轨内侧时，护轨只有在第一轮对外侧车轮出现爬轨现象时才会受力，正常过岔过程中，车轮不会对护轨作用外力。根据现场调研，护轨设置在基本轨外侧时，外侧基本轨光带在钢轨中心偏外侧，可知在平时运营过程中，外置护轨也要长期受力，日常维修养护要求较高。综合上述考虑，护轨设置在基本轨内侧优于外侧。

(2)护轨垫板与护轨支架

对于护轨与基本轨位置固定的方式，方案一采用的是护轨支架，支架安装位置在两枕之间，安装位置相对灵活，可根据现场实际情况进行调节；方案二和方案三中采用护轨垫板，需要对既有道岔相对应位置的原垫板进行拆卸更换，且方案三中需要对基本轨轨腰进行钻孔，工作量较大。相较之下，采用护轨支架方式施工更为方便，拆卸简单，减少了装卸及养护维修的工作量。

综合比选三种方案，可知方案一在满足防止列车脱轨要求的同时，护轨养护工作量小，支架的安装和更换相对简单，能够很大程度上减少日常养护维修工作量，为最优方案。

4 结论及建议

通过对广州4号线车场线现场调研，对车场线用5号单开道岔进行防脱护轨方案设计，并对满足技术要求的三种设计方案进行比选。综合考虑技术可行性、施工便利性以及日常养护维修工作量等多方面因素，方案一中将护轨设置在基本轨内侧，采用防脱护轨支架方案，在满足技术要求的同时，能够有效降低日常养护维修工作量，并且更利于现场施工组织控制，为最优方案。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50157—2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[2] 于春华.城市轨道交通道岔设计、施工及维修[M].北京：中国铁道出版社，2012

[3] 乔神路，刘婷林.城市轨道交通7号无砟道岔的无缝化设计研究[J].铁道勘察，2016(3)：119

[4] 程宝清.城市交通车场线轨道结构的探讨[J].铁道工程学报，2003，123(12)：87-90

[5] 王平.道岔区轮轨系统空间耦合振动模型及其应用[J].西南交通大学学报，1998，33(3)：284-289

[6] 刘学毅，王平.车辆-轨道-路基系统动力学[M].成都：西南交通大学出版社，2010

[7] 王平.高速铁路道岔设计理论与实践[M].成都：西南交通大学出版社，2011

[8] 陈小平，王平，陈嵘.高速车辆与道岔空间耦合振动特性[J].西南交通大学学报，2008，43(4)：453-458

[9] 王平.列车在道岔中的运行稳定性分析[J].西南交通大学学报，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

刘婷林(1988—)，男，2015年毕业于西南交通大学道路与铁道工程专业，工学硕士，助理工程师。

1672-7479(2016)06-0088-03

U213.6

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