跨座式单轨道岔技术参数分析

王 金

(中铁四院集团新型轨道交通设计研究有限公司 江苏苏州 215009)

1 引言

近年，国内城市轨道交通的发展呈现多元化趋势[1-4]。跨座式单轨作为单轨系统的一种，是车辆与特制PC轨道梁组合一体运行的胶轮导轨系统，采用橡胶轮胎，具有运量适中、噪声低、占地面积小、爬坡能力强等优点，在国内迎来新的建设高潮。除已建成运营的重庆外，芜湖和柳州等城市均正在建设跨座式单轨线路。

道岔是跨座式单轨的三大关键技术之一，直接决定了车辆能否安全平稳地完成不同线路之间的转辙。自1994年重庆跨座式单轨2号线项目建议书通过国家评估之时，科研院所、设计院及高校开始了对跨座式单轨系统道岔的研发[5-9]，逐步实现了跨座式单轨道岔的国产化。目前，跨座式单轨道岔基本分类包括关节型、关节可挠型、平移型、枢轴型和换梁型五大类。以关节型道岔为例，又可分为单开、对开、三开、五开四种。跨座式单轨道岔的分类繁杂、造价昂贵，选用时应充分考虑各道岔的技术特点和使用条件，同时需考虑经济性。

本文对跨座式单轨道岔的分类、转辙原理和适用范围进行归纳总结，对其理论线形、设计参数和技术要求进行阐述，以期设计人员能够掌握其基本特征，在设计工作中能够灵活选用，力争做到经济合理、技术适用。

2 跨座式单轨道岔分类及适用范围

跨座式单轨道岔主要由若干节道岔梁、移动台车、驱动装置、导向及稳定面弯曲装置、锁定装置、控制及检测系统等组成。

跨座式单轨道岔的类型与其车辆技术相匹配，按照车辆技术以及跨座式单轨道岔的结构组成、转辙后的线形，其分类如表1所示。

表1 跨座式单轨道岔分类

(1)关节型道岔

关节型道岔由数节钢制箱形轨道梁用T型轴铰接组成，台车支撑、电力驱动，是转换列车行驶线路的转辙设备。转辙后，轨道梁呈折线状，如图1所示。通过不同的道岔梁“关节”旋转不同的转辙角，拟合半径为100 m的转弯曲线。主要应用在车辆基地内，重庆轨道交通2号线和3号线的车辆基地采用了此类道岔。

图1 关节型道岔

(2)关节可挠型道岔

关节可挠型道岔由数节钢制箱形轨道梁用T型轴铰接组成，台车支撑、电力驱动，梁两侧的导向板、稳定板在挠曲装置驱动下可挠曲成曲线或直线，是转换列车行驶线路的转辙设备，列车能以较高的速度平稳地通过。其道岔示意图与关节型道岔类似，不同之处在于其道岔梁的线形为曲线，通过速度更高，主要应用在正线上，重庆轨道交通2号线和3号线正线线路均采用了此类道岔。

(3)平移型道岔

平移型道岔由直线和固定曲线钢制箱形轨道梁固定在台车上，电力驱动，平衡导向装置导向，沿固定方向平行往返移动，与相邻轨道梁衔接形成通道，是转换列车行驶线路的转辙设备，列车能以较高速度平稳地通过，主要应用在正线线路上，其布置如图2所示。

图2 平移型道岔

(4)枢轴型道岔

枢轴型道岔由一根梁组成，转辙时通过驱动装置推(拉)动直梁绕直梁转轴转动，使道岔整体转辙至与相邻轨道梁对齐位置，实现与相邻线路的轨道梁连接，从而改变列车行驶线路，其布置如图3所示。主要应用在车辆基地内，芜湖轨道交通2号线车辆基地内均采用了此类道岔。

图3 枢轴型道岔

(5)换梁型道岔

换梁型道岔由直梁和曲梁组成，转辙时通过驱动装置推(拉)动直梁绕直梁转轴转动，同时通过连杆带动曲梁绕曲梁转轴转动，使道岔梁整体转辙至直梁或曲梁对齐轨道梁的位置，实现与相邻线路的轨道梁连接，其布置如图4所示。通过不同道岔梁进行“替换”，实现直线与侧向通过需求，主要应用在正线线路上。

图4 换梁型道岔

3 跨座式单轨道岔理论线形

理论上，道岔转辙后的侧向线形越接近圆曲线，其侧向通过能力越高，允许通过的速度越高。跨座式单轨的五种道岔类型中，平移型道岔和换梁型道岔的侧向道岔梁为预制的曲线梁，线形最好；枢轴型道岔转辙后的侧向线形最差，为折线，侧向允许通过速度最低；关节型道岔将枢轴型道岔的一根道岔梁分为多节，每节道岔梁转辙不同的角度，形成多段折线，线形优于枢轴型道岔；关节可挠型道岔在关节型道岔的基础上，将多节直线道岔梁优化为多节曲线道岔梁，转辙后形成的侧向线形近似为曲线，侧向允许通过速度较高，见表2。

表2 跨座式单轨道岔侧向线形及通过限速

(1)关节型道岔

关节型道岔的本质是通过4节或5节道岔梁转辙θ的倍数，形成多段折线，用圆的内接多边形逼近圆弧。转辙状态下，可以将道岔梁看成是圆内接等多边形的一部分。

以单开道岔为例，其理论线形是曲线半径为100.235 m的圆的内接多段折线。单开道岔、对开道岔的道岔梁长度均为5.5 m，其转辙θ的计算公式分别见式(1)、式(2)；三开道岔、五开道岔的道岔梁长度均为6 m，其转辙θ的计算公式分别见式(3)、式(4)。单开、对开、三开道岔的理论线形如图5所示，五开道岔本质上是两个单开道岔的组合。

图5 关节型道岔理论线形(单位：m)

比亚迪“云轨”关节型道岔理论线形的设计原理同上，但其道岔梁长度、转辙角、转辙量不同。单开道岔和三开道岔拟合的是曲线半径为90 m的圆弧，五开道岔拟合的是曲线半径为160 m和80 m的圆弧，如图6所示。

图6 “云轨”关节型道岔理论线形(单位：m)

(2)关节可挠型道岔

关节可挠型道岔的线形与关节型道岔相似，道岔全长、道岔梁长及转辙角均与关节型道岔一致，不同之处在于其道岔梁为曲线，且仅包括单开和对开两种类型，其理论线形的设计参数见表3。

表3 关节可挠型道岔理论线形

(3)枢轴型道岔

枢轴型道岔仅一根道岔梁，理论线形较为简单。对开道岔、单开道岔和三开道岔的转辙角均为6°，五开道岔的转辙角为2°和6°，如图7所示。

据统计，1组枢轴型单开道岔和对开道岔的造价约为290万元，1组枢轴型三开道岔的造价约为310万元，1组枢轴型四开道岔的造价约为330万元。由此可知，跨座式单轨枢轴型道岔的开数每增加1开，造价约增加20万元，仅为道岔单价的6.7%；从道岔接轨原理上来讲，1组枢轴型三开道岔相当于2组枢轴型单开道岔，约可节省270万元，即采用开数较多的道岔可以降低造价。车辆基地库房内的停车线较多，对应咽喉区的道岔数量较多，应尽量采用开数较多的道岔，减少占地面积的同时，可以减少道岔数量、降低工程造价及道岔的维护成本。

图7 枢轴型道岔理论线形(单位：m)

(4)换梁型道岔

换梁型道岔的侧向道岔梁为曲线梁，单开道岔曲线梁的半径为102.953 m，对开道岔曲线梁的半径为140 m，理论线形较为简单，如图8所示。

4 跨座式单轨道岔技术要求

4.1 选用原则

(1)正线及折返线宜采用关节可挠型道岔、平移型道岔及换梁型道岔。

(2)停车线宜采用关节型道岔。

(3)车场线、配线宜采用关节型道岔、平移型道岔、枢轴型道岔及换梁型道岔。

(4)配线在与正线接轨处当作业能力有要求时宜采用关节可挠型道岔。

4.2 设置要求

(1)道岔应设在直线地段正线上，道岔端部至平面曲线起点的距离不宜小于5 m，车场线可减少至3 m。

(2)道岔宜靠近车站设置，道岔端部至车站站台计算端部的距离不应小于5 m。

(3)道岔应设在平坡上，困难条件下可设在不大于3‰的坡道上。道岔端部至竖曲线起点的距离不应小于5 m。

(4)道岔的附带曲线半径应符合下列规定:①正线和配线不应小于100 m；②车场线不应小于50 m；③反向曲线间夹直线长不应小于10 m。

(5)道岔与道岔之间应设置衔接梁，衔接梁长度正线上不应小于3 m，配线及车场线上不应小于2 m。

5 总结

结合在跨座式单轨项目设计过程中遇到的困惑，本文从设计人员的角度出发，对跨座式单轨道岔的分类、转辙原理和适用范围进行归纳总结，对其理论线形、选用原则和设置要求进行阐述。同时，以枢轴型道岔为例，介绍道岔开数与造价的关系，建议在车辆基地内部尽量选用开数较多的道岔，可以减少道岔的工程造价及维护成本。设计工作中，应考虑适用性的同时兼顾造价，力争做到经济合理、技术适用。