城市轨道交通50kg/m钢轨7号单开道岔设计研究

王书卫

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

1 概述

近年来，我国城市轨道交通建设迅速发展，改善了城市交通环境，为城市居民出行提供了极大便利。轨道系统是城市轨道交通的关键系统，随着越来越多的城市建设轨道交通，对轨道系统在各种环境条件下的适应性、耐久性及绿色环保等方面提出了更高的要求。道岔是轨道设施的重要组成部分，实现列车在不同线路之间的转辙，道岔的性能直接影响轨道系统强度、运行舒适度、稳定性及通过能力等。城市轨道交通（轮轨制式）车场线一般采用50kg/m钢轨7号道岔，道岔结构形式与国铁道岔基本一致，局部根据城轨交通的运营特点进行了优化改进。

随着国内大城市规模的不断扩张，城市用地日趋紧张，车场进行上盖物业开发在新线建设中越来越多，这就对列车过岔的平顺性及稳定性提出了更高的要求。同时，城轨交通天窗期较短，在不影响运营的前提下，大型的维修工作难以开展，而道岔维护是轨道系统养护维修工作的主要内容，因此延长道岔部件使用寿命，尽量减少养护维修工作量就显得越来越重要。

目前，城轨交通普遍采用的7号道岔尖轨跟端多为活接头形式，道岔稳定性及列车过岔平顺性一般。车场7号道岔多采用木岔枕碎石道床，岔枕维修更换工作量较大，因此，对木材消耗量较大，与绿色环保及可持续的发展理念相悖。经过多年的运营实践，既有的城轨交通7号道岔不足之处逐渐显现，因此，对既有道岔进行改进设计势在必行。

2 道岔总图设计

目前，车场线普遍采用的几种7号道岔平面线型、主要尺寸及技术参数基本一致，比较成熟稳定。为了保证与既有7号道岔的通用性，便于技术标准统一，本次7号道岔优设计采用与既有7号道岔相同的平面线型。

2.1 道岔主要技术参数及平面尺寸

本次设计7号道岔平面主要尺寸与既有城轨7号道岔基本相同，主要技术参数详见表1。

表1 7号道岔主要技术参数

2.2 道岔尖轨

道岔尖轨的型式指与直向基本轨的位置关系，主要分为3类：相切型、相割型和相离型（负割型），再往细分，相切型又分为切线型和半切线型，相割型又分为割线型和半割线型等[1]。

为缩短道岔整体长度，使场段咽喉区布置更加紧凑，进而节约用地，本次研究尖轨采用相割型，割距f=4mm。为使尖轨前端部分加工制造方便，前端采用半割线型，切线起点处轨头宽bq=36.5mm，如图1所示。

图1 尖轨型式示意图

曲线尖轨的长度由多种因素综合确定，包括尖轨跟端与基本轨距离要求（设置扣件和接头夹板）、扳动时的转动基点位置要求、扳动后最小轮缘槽要求等。既有7号道岔的尖轨长度均为5m左右。尖轨长度较短，尖轨跟端采用活接头，结构较松散，安全稳定性较差[2]。

借鉴国外有轨电车道岔技术，本道岔的尖轨采用弹性可弯型式，尖轨跟端采用接头夹板连接，以提高安全可靠性。根据总图计算、综合考虑转辙器平面布置图和尖轨结构设计，同时考虑50AT轨定尺长度，本道岔尖轨长l0=8 540mm。

2.3 连接部分

弹性可弯曲线型尖轨道岔转辙器尖轨跟端采用接头夹板与标准断面钢轨连接，因此，基本轨长度取值一般采用跟端与尖轨跟端对齐的方式，这样设置也方便轨枕布置。本道岔基本轨长度为11 042mm。

按照GB 50157—2013《地铁设计规范》规定，曲线半径小于250m应进行轨距加宽。本道岔导曲线半径为150m，按规范要求需在曲线地段加宽10mm，因此，本道岔导曲线范围轨距为1 445mm。

2.4 辙叉及护轨

采用直线型锐角辙叉，左右开可互换。7号道岔铺设与场段内，一般没有铺设无缝道岔的需求，因此，本道岔不采用特殊辙叉形式，采用既有标准7号高锰钢整铸辙叉。

为了减小道岔整体长度，辙叉与导曲线采用相割的布置方式，割距采用12mm，如图2所示。

图2 辙叉部分轨距示意图

护轨采用既有国铁标准，原材料为43kg/m钢轨。直向护轨与侧向护轨沿辙叉角平分线对称布置，长度均为3 700mm。护轨工作边与走行轨工作边的距离为42mm。

3 道岔结构设计

3.1 转辙器设计

3.1.1 尖轨

尖轨采用50AT钢轨制造，钢牌号不低于道岔其他钢轨件。尖轨由5mm断面开始进行轨头顶面淬火。尖轨尖端轨头工作边进行1∶4的水平刨切，使尖轨轨头断面加大，并藏于基本轨轨头颌下（藏尖值为3mm），阻止尖轨上下跳动，尖轨尖端水平刨切时为了不影响尖轨轨腰，尖轨尖端处轨腰中心线与尖轨尖端偏移12mm，如图3所示。

图3 尖轨尖端断面

既有城轨7号道岔尖轨一般伸出滑床台5mm，如图4所示。根据运营经验反馈，由于5mm伸出量偏小，尖轨爬行后可能造成尖轨尖端未伸出滑床台，长时间使用易造成滑床台形成凹槽，导致尖轨扳动不灵活，造成安全隐患。采用此方案，第一个滑床台铁垫板在上下股钢轨无法通用，增加了非标件的数量。因此，本次设计进行了方案优化，尖轨尖端与第一个滑床台轨枕中心线距离设计为80mm，滑床台与下方铁垫板可对称设置，能够保证尖轨尖端伸出量15mm，消除了上述隐患，保证了行车安全。同时，所有滑床台铁垫板均能够通用，方便了设计、制造及养护[3]。

图4 尖轨与滑床台位置关系示意图

3.1.2 电务转换

城市轨道交通工程车场线行车速度较低，一般不超过25km/h，采用联动内锁闭的锁闭方式能够满足要求。本道岔推荐联动内锁闭，设置1台转辙机，牵引点动程152mm。2根尖轨间设置了1根拉杆及2根连杆，拉连杆采用铁道部通用图，拉杆所处的轨枕间距为650mm。

3.1.3 其他

转辙器其他部件沿用既有7号道岔成熟设计，零部件尽量采用通用件，以减少非标件，降低造价。

3.2 辙叉及护轨设计

辙叉为固定型直线辙叉，与既有7号高锰钢辙叉相同，左右开道岔可互换。

护轨设计采用成熟技术，为分开式可调护轨，用43kg/m钢轨制造，护轨轨顶面高出基本轨轨顶面12mm，护轨轨头工作边侧面进行全长淬火。护轨垫板扣压基本轨轨底采用与转辙器滑床板同样的刚性扣压方式。

其他零部件尽量采用通用件，减少非标件，降低造价。

3.3 扣件与岔枕设计

3.3.1 扣件

道岔扣件采用Ⅰ型弹条分开式扣件，钢轨下及铁垫板下各设10mm厚橡胶垫板，减缓钢轨冲击振动。

3.3.2 岔枕

城轨7号道岔一般铺设与有砟道床，为增强道岔整体性，保证道岔各部尺寸，提高施工精度，减少养护维修工作量，本道岔岔枕设计为预应力混凝土长岔枕。为增加道岔适应性，长岔枕也设计了适用于无砟道床类型。为方便模具加工及岔枕生产，岔枕采用与国铁长岔枕相同的结构形式。岔枕断面如图5所示。

图5 岔枕示意图

4 使用情况

本道岔于2017年5月在山海关桥梁厂进行了厂内试铺，并于2017年10月铺设于巴基斯坦拉合尔轨道交通车辆段内，使用效果良好。

5 结语

本次城市轨道交通50kg/m钢轨7号单开道岔的优化设计是根据城市轨道交通不断发展对道岔提出新的需求，以及既有7号道岔在运营实践中反馈出来的不足之处，并结合最新的规范要求，进行了设计研究。

1）道岔采用弹性可弯尖轨，跟端采用接头夹板连接，提高了道岔稳定性及列车过岔的平稳性。

2）道岔尖轨通过优化设计，增大了尖轨尖端伸出滑床台的距离，降低了长期运营可能造成扳动不灵活的隐患。

3）采用预应力混凝土长岔枕，延长了岔枕使用寿命，减少了养护维修工作量。

经过试铺及工程应用，道岔使用效果良好，可以在以后的城市轨道交通工程中推广应用。