缩短大间距交叉渡线全长的研究

汪 博

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

1 概述

道岔，作为轨道交通的重要连接设备，起着使机车车辆从一股道转入另一股道的重要作用。而交叉渡线这种道岔，是使机车车辆由一条线路既可进入又可越过另一条线路的轨道设备，它可以缩短站场长度，减少占地面积。正因为有这样的作用和优势，交叉渡线也是地铁车站、铁路站场中较为常见的一种配线形式，对运营及行车组织有着较为重要的作用；同时由于交叉渡线所处车站的空间位置，也给交叉渡线特别是大间距交叉渡线的设计增加了限制条件。特别是大间距交叉渡线，急需在不改变单开道岔号数和行车速度的情况下，尽可能缩短交叉渡线全长，减少占地面积，优化结构。

2 交叉渡线的全长参数

2.1 主要几何尺寸及相关参数

交叉渡线主要几何尺寸及相关参数见图1，表1。

以60 kg/m钢轨9号17.2 m间距交叉渡线为例。

表1 道岔主要设计输入参数

2.2 控制参数

参数计算。

全长等于2A再加上道岔角度的余切值乘以线间距。

其中,L=180 079 mm。

由此可以看出，在交叉渡线的全长与单开道岔的前长A，线间距及道岔号数(道岔角度的余切值)有关。

前长越小，线间距越小，道岔号数越小则道岔全长越小。

一般情况下，交叉渡线的前长和号数与其单开道岔相同，线间距则是根据线路设计布置确定。

而大间距交叉渡线，与一般交叉渡线在结构上又有一些区别，具体如下：

一般交叉渡线由转辙器、A(B)型辙叉及护轨、锐角辙叉及护轨、钝角辙叉及连接部分组成(见图2)。

随着线间距H的增大，A(B)型辙叉与锐角辙叉相对位置增大，在大间距交叉渡线中，A(B)型辙叉部分锐角辙叉完全分离，和转辙器部分组成完整的单开道岔，故大间距交叉渡线由单开道岔、锐角辙叉及护轨、钝角辙叉及连接部分组成(见图3)。

根据前面道岔全长计算公式及大间距交叉渡线单开部分与菱形交叉部分(锐角辙叉、钝角辙叉)分离的特性，可考虑在不改变单开道岔的情况下减小菱形交叉的号数，缩短道岔全长。

以目前国内道岔的使用及道岔生产厂家生产实际情况，尽可能采用既有的菱形交叉以降低成本。9号交叉渡线可采用7号、6号菱形交叉；12号交叉渡线可采用9号、7号、6号菱形交叉。

3 道岔线型结构设计

3.1 设计输入参数

根据深圳地铁20号线的要求，该道岔铺设于机场北站，由于该站为重要的换乘车站及铺设场地限制，机场北站的60 kg/m钢轨9号17.2 m间距交叉渡线(曲尖轨，整体道床合成枕)，需将道岔全长由标准的180 m缩短至160 m以内。相关参数见表2。

表2 道岔设计输入参数

3.2 平面线型设计

1)依据用户要求的全长要求及道岔厂家实际生产情况，将菱形交叉(锐角辙叉、钝角辙叉)的号数变为6号(辙叉角：18°55′29″)。菱形交叉与单开部分，通过曲线相连接。

2)参数计算。

a.动能损失(车体由直线进入曲线)。

其中，δ为轮轨游间。

δ=SR+ε3+ε4-(Tmin+ε1或ε2)-2dmin。

其中，SR为导曲线轨距，取1 435；ε3为轨距弹性扩张值，取6；ε4为轨距容许正公差，取1 350；Tmin为轮对最小内侧距，取1 350；ε1为荷载后，轮背距增大值；ε2为荷载后，轮背距减小值，取-2；dmin为轮缘最小厚度，取22。

代入公式最大轮轨游间为：

δ=(1 435+6+2)-(1 350-2)-44=51 mm。

R>192 230 mm=192.230 m。

在保证列车通过舒适性、道岔全长小于160 m以及连接曲线不进入辙叉范围内的前提下，尽可能选取大的曲线半径，选取R=550 m。

b.未被平衡离心加速度。

c.未被平衡离心加速度的增量(由直线进入圆曲线)。

其中,l为车辆全轴距，取l=18 m；

d.欠超高计算。

国外常将欠超高I作为设计参数而加以规定。中国《铁路线路维修规则》规定：未被平衡欠超高，一般应不大于75 mm,困难情况应不大于90 mm。

I=7.6V2/R=16.9 mm<75 mm。

3.3 结构设计

3.3.1规范要求

TGGW 102—2019普速铁路线路修理规则中第3.1.8条曲线轨距按表3规定的标准在内股加宽。

表3 曲线轨距加宽标准

GB 50157—2013地铁设计规范中第7.2.2条标准轨距为1 435 mm，半径小于250 m的曲线地段应进行轨距加宽，加宽值应符合表4的规定。

表4 曲线地段轨距加宽值

T/CRS C0101—2017市域铁路设计规范中第8.8.2条窄体车载半径小于250 m的曲线地段，轨距应加宽，加宽值应符合表5的规定；宽体车在半径小于300 m的曲线地段，轨距应加宽，加宽值应符合表6的规定。

表5 窄体车曲线地段轨距加宽值

表6 宽体车曲线地段轨距加宽值

综上所述，本次选取R=550 mm曲线半径导曲线，不进行轨距加宽设计，轨距1 435 mm。

3.3.2连接圆曲线设计

60 kg/m钢轨9号17.2 m间距交叉渡线(曲尖轨，整体道床合成枕)单开道岔部分采用60 kg/m钢轨9号单开道岔，与线路整体60-9道岔结构形式一致。

菱形交叉部分采用6号菱形交叉，单开部分与菱形交叉采用R550 m半径圆曲线过渡，曲线处轨距1 435 mm。

曲线起点距单开道岔中心距离为31 294 mm，距单开道岔跟端序号63岔枕(最后一根岔枕)9 108 mm，曲线并未进入单开部分(见图4)。

曲线长度29 970 mm，曲线终点在菱形交叉锐角辙叉跟端处，并未进入辙叉区域，可按照直线辙叉生产(见图5)。

特殊设计后的交叉渡线，全长159 114 mm，满足道岔全长小于160 m要求。

3.3.3菱形交叉设计

结合道岔生产厂家的实际生产情况及磨具情况，同时进行优化设计，菱形交叉辙叉均采用双轨式，锐角和钝角辙叉之间不设连接导轨，采用相同的磨具，锐、钝角辙叉相同可以互换使用，延长寿命，增强稳定性，同时减少了辙叉品种，减少用户备件种类及备件数量。为改善列车运行条件，便于养护维修，菱形交叉轨距采用1 440 mm(见图6,图7)。

目前，该道岔已通过各单位的设计审查，产品已供至深圳地铁20号线，预计2021年开通运营。

4 极限状态研究

仍以之前地铁用60 kg/m钢轨9号17.2 m间距交叉渡线为例计算。

1)根据之前的参数计算。

a.动能损失(车体由直线进入曲线)。

R>192 230 mm=192.230 m。

b.未被平衡离心加速度。

R>189 m。

c.未被平衡离心加速度的增量(由直线进入圆曲线)。

R>102.1 m。

d.欠超高计算。

I=7.6V2/R<75 mm。

R>124 m。

综上所述，取R最小值200 m可进一步缩短道岔全长。

2)根据3.3结构设计及单开道岔曲股加宽值，取5 mm加宽作为曲股加宽值，与单开道岔结构保持一致。

3)根据道岔厂家实际生产以及模具情况，同样将菱形交叉(锐角辙叉、钝角辙叉)的号数变为6号(辙叉角：18°55′29″)。菱形交叉与单开部分，通过R=200 m半径曲线相连接。

连接曲线起点位于单开道岔导曲线终点处。曲股轨距加宽5 mm，取1 440 mm，连接曲线长度10 898 mm。连接曲线结束后，通过直线与菱形交叉连接，同时轨距过渡至1 435 mm。

4)菱形交叉设计与之前设计相同。

根据极限状态设计后道岔全长缩短至139 609 mm约等于140 m。若可将菱形交叉的号数减小的话，仍能够进一步缩短道岔全长，但根据厂家实际模具情况及目前国内道岔使用情况来看，60 kg/m钢轨6号以下号码道岔很少使用，也没有既有的菱形交叉，考虑到产品的经济性以及实用性，建议采用6号菱形交叉。

5 结语

通过对地铁用60 kg/m钢轨9号17.2 m间距交叉渡线的优化研究，将既有道岔的全长180 m缩短至160 m，极限状态下可缩短至140 m。同时对菱形交叉部分的结构进行了优化减少了辙叉品种，减少用户备件种类及备件数量，改善了列车运行条件，便于养护维修,本次道岔设计满足国家相关规范和标准的要求，可在轨道交通工程中推广应用。