市域铁路道岔及岔区轨道结构设计 朱彬 !,全顺喜 ! (1.巾铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063; 2.铁路轨道安全服役湖北省重点实验室,湖北武汉430063) 摘要:道岔是市域铁路必不可少的设备,其构造复杂、零部件多 、针对城市轨道交通道岔技术标;住 相对较低、而干线铁路道岔造价相对较高的情况,结合市域铁路特点,对市域铁路道岔方案进行比 选,提出市域铁路正线非地下线地段采用12号可动心轨道岔、地下线地段采用12号固定辙叉道岔的 总体方案,并完成这2种道岔的结构设计,可满足直、侧向160 km/h和5()km/h的过岔速度要求,同 时完成市域铁路地下线地段、桥上普通地段和桥上高等减振地段岔区无砟轨道结构设计 关键词:市域铁路;道岔;辙叉;无砟轨道;结构设计 中图分类号:U213.6 文献标识码:A 文章编号:1001—683X(2018)08—0046—07 DOI:1 0.1 9549/j.issn.1 001—683x.201 8.08.046 0引言 目前,我闫地铁等城市轨道交通以铺设9号无砟道 岔为主。其直向最大过分速度一般为1O0 km/h “1.技 无砟轨道具有轨道几何形位保持能力强、养护维 术标准相对较低,不满足市域铁路的要求,而我 高 修T作量少、轨道平顺性高等优点,在高速铁路和地 速铁路主要以铺设18号及以卜号码无砟道岔为主,只 铁中广泛应用‘1-21 市域铁路线路运营里程较短(一般 在遂渝线等个别线路铺没r 12号无砟道岔 l,其直向 小于1O0 km)。运营速度为l00~160 km/h,南于其运 过岔速度最低为250 km/h,技术标准要求高,虽满足市 营繁忙、距离居民区近、对列车的舒适性要求高,轨 域铁路的要求。但造价较高,经济性差一因此,市域 道设计也以无砟轨道为主 l。为配合区间无砟轨道结 铁路道岔及岔区轨道结构没计不能照搬城市轨道交通 构,避免有砟与无砟轨道的频繁过渡,岔区采用无砟 和高速铁路,需根据市域铁路运营条件和实际情况研 轨道是市域铁路的发展趋势之一。 究确定。 根据市域铁路列车载荷特点及设计需求,提 『盯 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2016B001一G) 域铁路地下线和非地下线地段道岔的选型原则,并完 第一作者:朱彬(1977一),男,高级工程师,硕士 E—mail:1 08854403@qq.(!ore 成适用于市域铁路正线地段的12号可动心轨和 定辙 又单开道岔及岔区轨道结构设计,可为市域铁路道 通信作者:伞顺喜(1984一),男.高级工程师,博士一 E—mail:270605579@qq.COIn 及岔区轨道结构设计提供参考 。。“’ ..46 . (二嚣.曼§ .CHINA RA wAY 20 8fo8 市域铁路道岔及岔区轨道结构设计朱彬等 1 市域铁路道岔方案选型 1.1 市域铁路系统对道岔的要求 市域铁路是设计速度为1O0~160km/h、高密度、公 表1 我国铁路60 kg/m钢轨9号单开道岔参数 交化的客运专线,相比城市轨道交通和干线铁路,该 系统对道岔的特殊要求如下: (1)正线道岔直向容许过岔速度为l60 km/h。目 前市域铁路最高设计速度为l60 km/h,考虑到道岔的通 用性,市域铁路正线道岔直向容许过岔速度不应小于 该值。 (2)正线道岔区采用整体道床。为减少夜间养护 维修工作量,市域铁路正线以采用无砟轨道为主,为 保持轨道结构的一致性,道岔区需采用整体道床。 (3)正线非地下线道岔采用可动心轨道岔。并在 有需求的道 区进行减振设计。相比城市轨道交通, 和辅助线中广泛采用的道岔,其技术较成熟,主要特 市域铁路多为非地下线,为降低列车过岔对周边环境 点如下: 的影响,非地下线道岔应采用可动心轨道岔,并考虑 在有需求的道岔区进行减振设计。 (1)直向容许过岔速度一般不超过1O0 km/h,侧 向容许通过速度最高为35 km/h。 (2)尖轨形式主要有跟端活接头的直线尖轨道岔 方案和弹性可弯曲尖轨道岔2种类型。 (3)辙又形式以固定辙叉为主(道岔全长为 1.2我国9号、129道岔应用现状 1.2.1 9号道岔 由于9号道岔辙又角较大,侧向过岔速度较低,在 m),只在极少数线路采用可动心轨辙叉(道岔 我罔铁路中主要应用在非正线上,60 kg/m钢轨9号单开 28~30 道佾参数见表1,其主要特点如下: (1)我 铁路各类9号单开道岔全长约为29.5 m, 全长约为36 m)。 (4)正线岔区轨道结构以无砟轨道为主。 包括木枕和混凝土枕碎石道床单开道岔,尚无无砟轨 1.2.2 1 2号道岔 道9号单开道翁。 12号道岔在我国城市轨道交通中应用较少,但它是 我国铁路中的主型道 ,从20世纪50年代发展至今,大 (2)各类9号单开道岔直线过 速度为80—140km/h, 侧向过贫速度为30~35 km/h,当辙跟形式采用活接头 致经历了55、57型道翁,75型道岔,92型道岔和提速道 ,其直向过岔速度已由之前的80 km/h发 时,其直向过岔速度不超过95 km/h;当侧向过岔速度 岔4代的发展…】km/h,侧向过岔速度已由之前的45 kmlh 为30 km/hU,J,其导曲线半径采用l80m,且都采用直线 展至现在的200 km/h,固定辙叉道岔全长约为37.8 m, 尖轨;当侧向过岔速度为35 km/h时,其导曲线采用复 发展至现在的50 曲线(曲线半径 =360 m,曲线半径 =190 in)。 可动心轨辙叉道岔全长约为43.2 m,且都能满足市域铁 (3)尖轨形式采用直线型尖轨和复曲线形式的相 路直向160 km/h、侧向50 km/h的过岔速度要求。 离型曲线尖轨。 1.3道岔方案选型 考虑N9号道岔直向容许过岔速度低,因此推荐市 域铁路正线地段采用l2号道岔。同时,由于可动心轨 (4)扣件类型以Ⅱ型弹条扣件为主,少数采用I型 弹条扣件和扣板式扣件。 (5)辙叉形式都为固定型辙叉,包括组合式固定 辙叉不存在“有害空间”,消除了列车通过辙叉时产 辙叉和整铸式『占1定辙叉,而没有采用可动心轨辙叉。 生的强烈振动和冲击,使列车运行的平稳性得到了很 60 kg/m钢轨9号单开道岔是我国城市轨道交通正线 大改善,能大幅降低列车通过辙叉时的噪声,而市域 CH/NA RA/l_WAY 2018,o8 曼 ..47.. 铁路运营繁忙、距离居民区近、对列车的舒适性要求 高,因此在非地下线地段推荐采用可动心轨道岔;由 于同定辙又相比可动心轨辙叉,其道岔长度较短,而 地下线地段,缩短道岔长度能大幅降低_T 程投资的总 造价,因此地下线地段推荐采用同定辙又单开道贫 综 ,市域铁路正线的非地下线地段采用1 2号 可动心轨道岔,地下线地段采用12号固定辙叉道岔, 其直向容许过岔速度为160 km/h、侧向容许过岔速度 为50 km/h 2 1 2号可动心轨单开道岔结构设计 2.1 道岔平面及总布置图设计 为保证道岔具备最佳的平面线型,对满足道岔 容许速度、扣件系统、电务接f]等要求的既有12号可 动心轨辙又单开道岔的平面线型进行梳理和对比,主 要有6种道岔的平面线型可满足列车直向160 km/h、 侧向50 km/h的过翁速度要求,且6种道岔伞长都为 43.200 m、前长都为16.592 m、后长都为26.608 m,不 m 一巫。 一~㈣一 。 ¨ ¨ 二 ¨ ¨ … 剐 剐那 引 圳 ¨刚 刚 一 同之处主要在导曲线半径、基本轨、尖轨、牵引点数 量及动程方面,号虑到市域铁路折返频率较高,曲线 尖轨磨耗较快,对上述6种既有单开道岔的曲线尖轨粗 壮度进行对比(见表2),力求设计较粗壮的曲线尖 轨.延长道岔的使用寿命 由表2可知,在曲线尖轨40 mm断面以前,冈号为 GLC(08)0l的道 曲线尖轨断面明显粗壮,有利于 市域铁路列车的高频率折返。现以GLC(08)01道岔 案尖轨轨头宽度完全一致,2种厅案阱i线尖轨33.08 111111 的平面线型为基础,对可适用于市域铁路的12号可动 断面以前的粗壮度对比见表3。 心轨单开道岔的平面线型进行方案优化。 在曲线尖轨27.8 mm断面以fi仃,优化办案的曲线尖 GLC(08)01道岔采用复曲线半切线型,曲线半 轨粗壮度明显高于原方案,特别是在曲线尖轨l0.5 nliii 径 ,为450717.5 mm,曲线半径 2为350 7l7.5 mm,月 断面以前,断面增长率达剑10%以上、 相离9.5 mm, ,相离25.0 mm。 .实际起点在曲线尖轨 2.2道岔结构设计 转辙器 33.08 mm断面处,公切点处支距为793 mm。为了加强 2.2.1尖轨粗壮度,将尖轨尖端实际顶宽设计为2 mm,从顶 (1)尖轨采用长14 250 mm的60Arr钢轨.尖端为减 宽2 mm处向月,曲线做切线,具体如下:道岔平面线型 尖式,跟端为弹性可弯式.尖端与其JY,-,J ̄根岔枕中心卞}1 qGLC(08)0l相同,采用复曲线半切线型, 实际起 距125 mm,以满足尖轨伸缩和减摩辊轮安装需要 点在曲线尖轨30.10 mm断面处,曲线尖轨尖端实际顶 (2)道岔尖轨跟端按采用双限位器传力机构设 5 mm,在适应跨区间无缝线路湍度 宽为2 mm,公切点处支距为79.3 mm。优化后12号可动 计,子母块间隙为1心轨道岔平面布置见图l 在曲线尖轨33.08 mm断面以后.优化方案与原方 力传递的同时,使得道岔保持良好的线型。 (3)因受空间,尖轨跟端的基本轨内侧、尖 ..48.. .曼 CHINA RAILWAY 2018/08 市域铁路道岔及岔区轨道结构设计朱彬等 图1 12号可动心轨道岔平面布置图 表3优化前后尖轨粗壮度对比 mm 图2楔形调整弹片式滑床板 2.2.2可动心轨辙叉结构 (1)翼轨采用工厂轧制的特种断面钢轨,采用单肢弹性可 弯结构,长心轨、短心轨采用60AT钢轨,又跟尖轨采用60 kg/m 钢轨。 轨外侧通过Ⅲ型弹条扣压轨肢,基本轨外侧、 尖轨内侧采用Ⅱ型弹条扣压轨肢,实现尖轨、 基本轨跟端全部弹性扣压。 (2)由于市域轨道交通多为跨区间无缝线路,因此采用长 翼轨,跟端结构采用大间隔铁,分别与长心轨、又跟尖轨胶接. 以传递无缝线路的纵向力。 (4)滑床板按楔形调整弹片式结构没计 (见图2)。 (3)为减轻侧股侧磨,侧向设置防磨护轨,护轨采用分开 可调式槽型钢;护轨垫板采用无销钉弹片式护轨垫板,弹性扣压 (5)尖轨设2个牵引点,第l牵引点动 基本轨内、外侧轨肢(见图3)。 程为l60 mm,第2牵引点动程为9l mm,采用 2.3主要设计参数检算 分动钩型外锁闭装置,2牵引点相距4_8 m, (1)动能损 = 彻 X(sin/3) =50 X(sin0。40-42”) = 最后1个牵引点至固定位置的距离为6.875 m。 0.350 km /h <0.650 km /h ,满足要求( 侧为列车侧向通过道岔速 (6)不设轨距加宽。 度; 为l2号道岔直向侧向间夹角)。 CHINA RA/LWAY 2o 8,o8 毫曼 .。49.. 3.2道岔结构设计 3.2.1 转辙器 (1)采用长1 2 400 n1 nl的弹性可弯尖轨,用 60AT钢轨制造,尖轨尖端为藏尖式,跟端为弹性可 弯式。 (2)尖轨跟端采用单个限位器传力机构,限位器 子母块间隙为15 mm (3)同l2号可动心轨辙义单开道岔,滑床板采用 图3楔形调整弹片式护轨垫板 无销钉式滑床板结构 (2)未被平衡离心加速度 = /(12.96 X )= 0.55l m/s <0.600m/s (R为曲线半径),满足要求、 (3)在道岔的入I I处,未被平衡离心加速度增量 (4)采用分动外锁闭装置,尖轨没置2个牵引 点,第一牵引点动程160Ill111,第二牵引点动程75 nlln (5)不设轨距加宽 =I’ /(3.6 × ×h) (h为4 辆定距,取 5.2.2 固定辙叉结构 1 7.5 111;l 为列车速度),则 =50 /(3.6 X 350× (1)为实现线路无缝化要求,辙义采用楔形结构 合金钢拼装辙叉。 (2)直侧向设置分开可渊式槽型钠护轨;护轨 板与无销钉滑床板扣压基本轨方式相同,采用楔形渊 整弹片式扣件 l 7.5)=0.437m/s <0.500m/s ,满足要求= 通过卜述检算,各项指标符合控制参数要求 3 1 2号固定辙叉单开道岔结构设计 3.1 道岔平面及总布置图设计 1 2号同定辙叉单歼道岔采用成熟的平面线型, 3.3主要设计参数检算 (1)动能损 =I,侧 ×(sin,B)!=50 ×(sin0。 其道岔前长为l 6.592 m,后长为2 1.208 n1.全长为 52’34”) =0.584 km /h <0.650 km!/111,满足要求 37.8 nl,采用单阴曲线线形,导曲线半径350 III,尖轨 为半切线型,导曲线实际起点设在尖轨30 I11IYI断面处, 道岔平 布置 『冬J4。 (2)未被平衡离心加速度和未被平衡离心J儿1速度 增量与l29可动心轨辙又道岔一致.分别为0.55l m/s 和0.437 m/s ,满足要求。 图4 1 2-g--固定辙叉单开道岔平面布置图 .50一 曼曩孽CHINA RA/l_WAY 2018/08 市域铁路道岔及岔区轨道结构设计朱彬等 4市域铁路岔区无砟轨道结构设计 4.1地下线岔区 的横向伸缩缝,伸缩缝根据岔枕铺设情况垂直于直股线路中心线布 置,并位于两岔枕正中位置;特殊部位(岔尾)设置折线缝,折线 缝宽50mm,用聚苯乙烯泡沫塑料板填充,在缝顶面和两侧采用嵌缝 地下线温度变化幅值较小,岔区 材料密封,嵌缝材料密封尺寸为20 mm(深)×50 mm(宽)×道床 轨枕埋入式无砟轨道采用纵连式结构, 从上到下的组成为:道岔钢轨、扣件 板宽度(长)。地下线及桥上岔区无砟轨道横断面示意见图5。 系统、岔枕、纵连式钢筋混凝土道床板 等,结构高度为560mm。 道床板采用C40混凝土现场浇筑, 直接铺设在地下线回填层上;道床板宽 度随道岔宽度渐变,道床板边缘至外 侧轨道中心线的距离为1 600 mm,道床 板顶面根据具体情况设置一定的横向排 水坡。道床板内设上、中、下3层横向 钢筋,上、下2层纵向钢筋,钢筋按绝 缘设计,除接地钢筋交叉、搭接采用焊 接外,其余钢筋交叉、搭接处均设置绝 缘卡。 为保证道床板与线下基础的连接强 度,除对道床板范围内的地下线回填层 进行凿毛处理外,在地下线回填层内植 筋,植筋采用直径为25 mm的HRB400钢 筋,植筋先探明隧道基础内钢筋位置, 以避开隧道基础内钢筋。 4.2桥上岔区 桥上岔区轨枕埋入式无砟轨道采用 分块式结构,从上到下的组成为:道岔 钢轨、扣件系统、岔枕、分块式钢筋混 凝土道床板等,结构高度为560 mm。 道岔区道床板采用C40混凝土现场 浇筑而成,通过预埋连接钢筋与桥面相 连。道床板边缘至外侧轨道中心线的距 离为1 600 mm,道床板顶面根据具体情 况设置一定的横向排水坡。道床板内设 上、中、下3层横向钢筋,上、下2层纵 向钢筋,钢筋纵、横向接地钢筋间交叉 点和搭接点按规定进行焊接。根据道岔 轨枕的布置划分为多个单元块,长度取 5~7 m,单元块之间一般情况设100 mm 图5地下线及桥上岔区无砟轨道横断面示意图 4.3桥上高等减振地段岔区 桥上高等减振地段岔区无砟轨道采用分块式结构,从上到下的 组成为:道岔钢轨、扣件系统、岔枕、分块式钢筋混凝土道床板、 弹性减振垫和底座等,结构高度为780 mm。 道岔区道床板采用C40混凝土现场浇筑而成,道床板边缘至外 侧轨道中心线的距离为1 600 mm,道床板顶面根据具体情况设置一 定的横向排水坡。道床板内钢筋按照绝缘设计。 道岔道床板构筑于钢筋混凝土底座上,中间设置弹性减振垫, 并通过底座的纵、横向限位凹槽固定道床板位置。道床板根据道岔 轨枕的布置划分为多个单元块。单元块之间设横向伸缩缝,伸缩缝 宽100mm。 道岔区底座采用C40混凝土在桥面现场浇筑而成,通过预埋连 接钢筋与桥面相连。底座分段长度与道床板单元一致,宽度比道床 板两侧各宽250 mm。底座顶面水平,道床板外侧250 mm范围设3% 的横向排水坡。底座内钢筋按照绝缘设计。高等减振地段岔区横断 面示意见图6。 5结束语 针对市域铁路道岔及岔区轨道结构设计,主要开展以下几方面 的工作: (1)根据市域铁路列车载荷特点及设计需求,对市域铁路道岔 方案进行比选分析,提出市域铁路正线非地下线地段采用12号可动 心轨道岔、地下线地段采用l2号固定辙叉道岔的总体方案。 (2)分别完成市域铁路12号可动心轨和固定辙又单开道岔 .5 1. 市域铁路道岔及岔区轨道结构设计朱彬等 【4】张学斌,彭朋.市域铁路速度目标值 研究[J].铁道标准设计,201 4<3):10-14. [5】全顺喜.9号单开道岔尖轨平面线型 方案研 J】.铁道工程学报,201 5(12): 29—52.4O. [6】许有全,高亮. 城市轨道交通用道 岔有关问题的探讨[J】_铁道标准设计, 2o03(5):5-7. 图6高等减振地段岔区横断面示意图 [7】何华武.时速250 km级1 8号道岔设计 理论与试验研 J].铁道学报,2007(2): 66—71 结构设计,其直、侧向容许过岔速度分别为160 km/h 和50 km/h。 (3)分别完成市域铁路地下线地段、桥上普通地 [8】姚立.遂渝线无砟轨道综合试验段路基地段无砟轨 段和桥上高等减振地段岔区无砟轨道结构设计,其轨 道结构高度分别为560、560和780 mm。 道设计与施工[D】.成都:西南交通大学,2009. [9】周诗广.我国市域铁路技术标准研制特点【J]_中国 铁路,201 7(7):1 7--21. 参考文献 [1】赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].北京:中国铁 道出版祉,2006. [1 0】中国铁道学会.T/CES CO1 01—2o1 7市域铁路设计 规范[s].北京:中国铁道出版社,201 7. [1 1】沈长耀.我国铁路道岔整体技术发展的新阶段【J]. 铁道工程学报,2005(1):51-60. [2]周才宝,姜秀文.地下铁道整体轨下基础[J].地铁 与轻轨,1 990(1):29-31. [3]孙立.市域铁路轨道结构形式及主要结构设计参数 探讨[J】.铁道工程学报,20I 4(1):1 5—1 9. 责任编辑卢敏 收稿日期 201 8-03-1 3 ZHU Bin 2QUAN Shunxi’, ,(1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd,Wuhan Hubei 430063,China; 2.Hubei Key Laboratory for Safe Service of Railway Track,Wuhan Hubei 430063,China) Abstract:With complicated structure and various types of components,turnout is the indispensible equipment for suburban railway.The current technological standard for turnout in urban rail transit is at a low level,yet he tcost of turnout on main lines is relatively high.Aiming at this problem and considering the features of suburban railway,this paper compares several plans for turnout in suburban railway.It then proposes an overall plan suggesting that No.1 2 movable point urtnout to be applied on main line in ground sections and No.1 2 fixed frog tumout in underground sections.The paper then proposes the structural design for the two types of tumouts which satisfies the speed requirements for passing the turnouts at 160 km/h and 50 km/h in straight direction and lateral direction respectively.The paper finally comes up wih the structuralt design for ballastless track in the turnout regions in underground sections,normal sections on bridge and vibration reduction sections on bridge. Keywords:suburban railway;turnout;frog;ballastless track;stuctrural design 一52一 .( 慧苎CH/NA RA/LWAY 2018/08