红河州现代有轨电车大坡度道岔侧向安全性通过研究

郝远行

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

当道岔尖轨往心轨方向位于下坡地段时，道岔侧股将自然形成反超高。根据GB50157-2013《地铁设计规范》的要求，国内地铁和大铁的道岔坡度一般不允许超过10 ‰[1]，且道岔号数较大，导曲线半径大，侧股反超高并不明显，因此地铁和大铁都未考虑反超高的影响。而对于有轨电车，正线一般采用6号道岔甚至更小号码道岔，道岔号数小，导曲线半径小[2]，加之，根据国内外有轨电车设计经验，道岔可位于坡度较大的地段[3]，侧股反超高较为明显。目前国内各城市有轨电车在6号道岔限速设计时，侧向限速一般统一按20km/h控制[4]，均未考虑侧股反超高的影响，在线路坡度较大时，极易发生行车安全性问题。因此，有必要研究线路坡度对道岔侧向通过的影响。

1 6号道岔侧股反超高计算

红河州现代有轨电车蒙自北站的一组6号道岔处于15 ‰的线路坡度，道岔铺设完成后经施工单位现场测量，侧股形成8mm反超高，即导曲线外股钢轨轨面标高低于内股钢轨轨面标高。

根据红河州现代有轨电车设计文件要求，6号道岔设计标准如表1所示。

表1 红河州现代有轨电车6号道岔设计标准

为验证现场测量的反超高是否为施工、测量等因素导致，作图分析并进行理论计算(图1)。

图1为红河州现代有轨电车6号道岔反超高计算图，小里程至大里程线路坡度为：

i=15‰

(1)

过侧股导曲线范围右股钢轨任取一点A，作垂直于直股钢轨的一条线，并相交于导曲线的左股钢轨点C，令A点的轨面标高为Ha，C点的轨面标高Hc，此时，AC连线垂直于线路方向，如图1(b)所示。此时，可得出：

(a) 6号道岔平面布置

(b) 细部

(c) CD剖面

(2)

过点A向导曲线左股钢轨作垂线，相交于点B，显然，A到B的距离即为轨距，即：

(3)

令B点的轨面标高为Hb，根据超高的定义，此时，导曲线的超高即为：

h=Hb-Ha

(4)

过点B作垂直于直股的线，同时过点C作平行于直股的线，两线相交于点D，如图1b所示，令D点的轨面标高为Hd，此时：

Hd=Hb

(5)

作CD剖面图，如图1(c)所示。令D点的轨面标高为Hd，显然C点到O点的距离为C点与D点轨面标高差，即：

(6)

根据线路坡度的定义，C点到D点的斜率即为线路坡度，即：

结合式(2)、式(4)～式(6)，可得超高为：

(7)

即导曲线超高为C到O的距离。

从图1(b)可知，AC线与AB线形成的角度β为6号道岔侧股与直股的夹角，即为CD线与CB线形成的角度。根据道岔号数的定义[6]，可得出：

(8)

由此可以看出红河州现代有轨电车6号道岔在15 ‰的线路坡度上，且尖轨往心轨方向位于下坡地段时，理论上导曲线存在4mm的反超高。同时，根据TB10082-2017《铁路轨道设计规范》，轨道水平平顺度要求不大于4mm[5]。考虑到施工误差，此时导曲线存在8mm反超高。与现场施工单位测量一致。

2 侧向安全性通过研究

列车通过道岔侧股时，一般不允许速度过大。根据红河州现代有轨电车6号道岔设计标准，侧向过岔限速为20km/h，此限速根据导曲线未被平衡加速度0.65m/s2计算而来[7]，且未考虑反超高影响。当侧向导曲线存在反超高时，已有的侧向过岔限速已无法满足行车安全性通过要求。为得到考虑反超高后6号道岔的侧向过岔限速，以上述研究结论作为研究对象进行计算。根据TB10082-2017《铁路轨道设计规范》关于欠超高的规定[5]：

(9)

式中：R为导曲线半径，取50m；vmax为侧向最大通过速度及侧向过岔限速；h为侧向导曲线超高，取上述研究结论-8mm；a为未被平衡加速度，取0.65m/s2。

经计算，vmax≤19km/h。

由此可以看出红河州现代有轨电车6号道岔在15 ‰的线路坡度上，且尖轨往心轨方向位于下坡地段时，侧向过岔限速应为19km/h。

为得到红河州现代有轨电车6号道岔侧向过岔限速的规律，计算不同线路坡度下侧向导曲线反超高及侧向限速的取值(表2)。

表2 红河州现代有轨电车6号道岔侧向过岔限速计算

3 结论及建议

道岔的安全通过不仅与道岔本身结构有关，还与侧向通过速度有关[8]。经上述研究可知，红河州现代有轨电车6号道岔侧向过岔限速与线路坡度有关，线路坡度越大，侧向导曲线反超高越大，限速越低。经计算，可得出如下结论：

(1)线路坡度在3 ‰以下时，6号道岔侧向过岔限速为20km/h。

(2)线路坡度在3 ‰～40 ‰，6号道岔侧向过岔限速为19km/h。

(3)线路坡度在40 ‰～60 ‰，6号道岔侧向过岔限速为18km/h。