城市轨道交通用道岔有关问题的探讨

摘　要　对城市轨道交通用道岔的特点和使用进行阐述,指出与国铁道岔的不同点及存在的问题,对城市轨道交通道岔的选用、设计提出建议,对道岔的发展前景进行介绍。
关键词　城市轨道交通　道岔　选用　设计
　　道岔是轨道交通必不可少的重要设备,长期以来, 我国城市轨道交通的发展较为缓慢,只在北京、上海等极少数的大城市修建了少量的地铁线路,因而其道岔主要以采用国有铁路的道岔为主,轨下基础按使用要求不同,有所变化。其优点是技术较为成熟,便于工厂制造和现场备料与养护维修,在当时的条件下,能够满足地铁的使用要求。但随着城市轨道交通的迅速发展,规模越来越大,有必要对城市轨道交通的道岔进行认真的研究,以充分适应轨道交通的特点,为道岔的选用、设计、制造创造条件。
1 　道岔的选用
      道岔的选用应主要根据道岔的直、侧向容许通过属于其他铁路的通用标准有《工业企业标准轨距铁路设计规范》( GBJ 12 -87) 、《地方铁路设计准则》( 共2 本,1 本标准轨距,1 本762 mm 轨距;铁道部基建总局1988 年发布) 、《时速200 公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定》(铁道部铁建管函[ 1998 ]279 号文发布) 、《秦沈客运专线站后工程设计暂行规定》(铁道部建设司、科教司2000 年发布) 和《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁道部铁建设[ 2003 ]13 号文发布) 。与铁建设[ 2003 ] 13 号部文同时发布的还有《京沪高速铁路测量暂行规定》和《京沪高速铁路工程地质勘察暂行规定》2 本,均属专用标准。
5 　结语
      铁路工程建设标准工作是为铁路建设项目的勘察、设计、施工及建设监理提供依据的基础工作,其宗旨就是立足于保证工程质量,提高投资效益和建设水平。朱钅容基总理强调指出,国家的技术标准落后,其他工作都要落后。由此可见工程建设标准工作的重要性。
      综上所述,目前铁路工程建设标准已发展成为在数量和内容上较为完整的体系,当今在发展社会主义市场经济与应对入世的形势下,需要与国际标准化惯例接轨,转变标准体制,完善标准体系。结合今年1 月全国工程建设标准定额工作会议和2 月全国铁路建设工作会议精神,现对下一步工作目标提出如下建议。
(1) 研究和编制铁路工程建设标准体系框架,并在此基础上修订铁道行业技术标准体系表。应根据体系表全面规划标准的制修订工作,优先制定铁路建设急需的缺项标准,对现行标准通过修改、解体、归并、废止等方式进行合理调整,做到以合理数量的标准覆盖全部铁路工程建设技术领域。
(2) 探索铁路工程建设技术法规与技术标准相结合的新体制,加速标准体制的转变。按照国际惯例建立强制性技术法规与自愿采用的技术标准相结合的体制,是我国加入WTO 后的客观要求,也是标准体制改革的目标。
      我国标准化法规定实行强制性标准和推荐性标准双轨制,并对强制性标准明确为“保障人体健康,人身、财产安全的标准和法律、行政法规规定强制执行的标准”,其内容与国际上“ 技术法规”的内容,在定位上是一致的;而推荐应用的推荐性标准,其法律效力通过合同法体现,相当于国际上供自愿采用的“ 技术标准”。由此,我国标准化法实施的标准体制,在概念上与国际惯例大体是协调的。当前要建立新的“ 技术法规技术标准体制”,可以在现有基础上先制订“ 铁路工程技术法规”(较现有《工程建设标准强制性条文(铁道工程部分) 》系统完整),再逐步将相应的“技术标准”转轨纳入自愿采用标准。这样操作可使现行标准体制的转轨做到平稳过渡,避免造成工程应用上的混乱,导致工程质量的失控,并可在较短时间内完成与国际接轨,有利于我国铁路工程建设进入国际市场。速度要求确定。国有铁路经过多年不断简化,已形成了6 号、7 号、9 号、12 号、18 号的道岔号数系列,其中单开道岔主要采用9 号、12 号、18 号,而城市轨道交通由于其使用条件的特殊性,以前道岔号数一般不超过9 号,但目前随着列车运行速度的提高,已开始采用12 号甚至18 号道岔。应该指出的是,城市轨道交通由于其自身的特点,可不受国铁道岔号数系列的限制,而是根据列车运营的要求,依据道岔侧向容许通过速度来设计其他号数的道岔,以节省投资。
      由于城市轨道交通的道岔直向通过速度一般不超过120 km/h , 因此,道岔的号数应主要根据要求的道岔侧向容许通过速度来确定。例如,当要求的侧向通过速度不超过35 km/h 时,仍可采用9 号道岔。经过特殊设计的9 号道岔,直向容许通过速度完全可以达到120 km/ h 以上,与12 号道岔相比,可以显著降低工程造价。
      另外,由于复式交分道岔结构复杂,且城市轨道交通用的复式交分道岔号数一般较小,现场的养护维修工作量较大,因此在工程量许可的情况下应尽量避免采用复式交分道岔。
2 　道岔的设计
      城市轨道交通的道岔设计应充分考虑其使用条件,主要表现在轴重轻、速度低、养护维修条件差和绝缘性能要求高的特点,不宜完全照搬国铁的道岔。
2. 1 　道岔平面设计
      道岔的平面设计应主要根据选定的设计参数值、道岔容许通过速度、道岔号数等综合比选确定。
(1) 道岔的导曲线半径
      导曲线半径的确定主要依赖于道岔的侧向容许通过速度。较大的导曲线半径虽然可以改善旅行舒适度,但将显著增加道岔长度,进而增加工程造价,有时也使道岔的结构复杂化,因此导曲线半径不是越大越好。目前的9 号道岔导曲线半径在180～200 m , 相应的侧向容许通过速度可达30～35 km/h 。
(2) 尖轨的平面线型
      尖轨的平面线型可以分为直线尖轨、切线型尖轨、半切线型尖轨、割线型尖轨和半割线型尖轨等几种类型,城市轨道交通一般简单地分为直线尖轨和曲线尖轨。
我国铁路道岔曾长期采用直线尖轨,但由于存在诸多不足,目前设计的正线道岔已不再采用,以曲线尖轨为主。2 种尖轨各具有以下特点。
① 直线尖轨　结构简单,左右开道岔能互换使用, 可减少现场备品数量;可减轻尖轨的磨耗;道岔的导曲线半径较小,影响道岔的侧向通过速度或旅客的旅行舒适度;由于导曲线半径的限制,直线尖轨一般较短, 因此尖轨跟端一般采用活接头联接,结构薄弱,容易出现零件磨损、尖轨跳动及接头病害,现场的养护维修工作量较大,难以用于超长无缝线路;由于尖轨较短,尖轨跟端采用活接头联接,转换力较低,一般设一个牵引点, 可节省转辙设备和信号系统的投资,但安全性较差。
 
② 曲线尖轨　道岔的导曲线半径较大,可提高道岔的侧向通过速度或改善旅客的旅行舒适度;曲线尖轨的长度一般不受限制,因而尖轨跟端除可采用活接头外,也可采用弹性可弯结构,可极大地减少现场的养护维修工作量,方便用于超长无缝线路;当采用弹性可弯式跟端时,一般设2 个(或以上) 牵引点,增加了转辙设备和信号系统的投资,但可提高道岔锁闭的可靠性, 进而提高列车运行的安全性; 左右开道岔不可互换使用,增加了现场备品数量;侧向通过列车较多时,曲尖轨容易出现磨耗。
2 种尖轨形式各有优缺点,根据城市轨道交通道岔的使用条件,2 种尖轨均可满足使用要求,但从长远发展来看,对于正线道岔采用曲线尖轨还是较为有利的。
需要说明的是,道岔牵引点的数量及位置是根据尖轨长度和转换力来确定的,并非曲线尖轨就一定要2 个转辙机。
(3) 岔枕间距
      原来国铁道岔的岔枕间距较小且不均匀,提速以来有加大的趋势,根据城市轨道交通的特点,岔枕间距也应适当加大。而且,由于城市轨道交通用道岔完全可以不受国铁既有道岔平面尺寸的限制,岔枕布置以相对均匀为宜。
(4) 道岔轨距
      国铁道岔由于考虑通过的机车类型较多(尤其是原来蒸汽机车较多),轨距加宽一般均按最不利条件设计,而城市轨道交通的机车车辆相对固定,要求的轨距加宽较小,因而应尽量减小轨距加宽。
2. 2 　道岔结构设计
(1) 钢轨
      道岔的钢轨类型应与线路钢轨一致,或高于线路钢轨的等级,钢轨轨头顶面应淬火。
(2) 扣件
      道岔的扣件宜采用弹性扣件,并尽量与线路相同, 方便现场的养护维修。但由于道岔结构复杂,要求有足够的扣压力,当线路的扣件扣压力较小时,应考虑采用其他扣件,以保证道岔的几何状态。
(3) 尖轨跟端结构
尖轨的跟端结构与尖轨的平面线型密切相关,主要有活接头及弹性可弯2 种结构形式。从使用上看,弹性可弯结构具有明显的优越性,但要求尖轨较长,转辙设备投资较大,为此应结合尖轨的平面线型综合确定。
(4) 辙叉类型
      目前,国内城市轨道交通用的道岔均采用高锰钢整铸辙叉,完全可以满足其使用要求。但由于速度低、轴重轻,造成锰钢辙叉的硬度较低,个别辙叉磨耗较快,因而今后应研究提高辙叉硬度的工艺措施或采用合金钢辙叉;对辙叉的结构也应根据城市轨道交通车辆的轮对改进设计。
此外,可动心轨辙叉具有通过速度高、噪声低、使用寿命长、旅客的旅行舒适度高等特点,在投资允许的情况下,正线也可以考虑采用可动心轨辙叉。
(5) 各部间隔尺寸
      道岔各部间隔尺寸与机车车辆的轮对尺寸密切相关,国铁道岔的各部间隔是根据既有铁路各种机车车辆的极限情况(包括新车轮及磨耗车轮) 确定的,使得养护维修公差较小。
      目前国内各城市轨道交通的车辆不尽相同,轮对尺寸也有差别,为此道岔设计必须依据所通过的机车车辆轮对资料,不可照搬国铁道岔的有关尺寸,以确保列车运行安全,减轻零部件的磨耗,延长道岔使用寿命,也给现场留出较大的允许公差,方便现场的养护维修。
(6) 跨区间无缝线路的适应性
      国铁线路已开始推广采用跨区间无缝线路,取得了良好的使用效果,而城市轨道交通还未见采用。由于地铁线路温差较小,采用跨区间无缝线路是非常有利的。为此,今后的道岔设计应考虑适用于跨区间无缝线路。
(7) 其他结构
      由于城市轨道交通的信号系统对线路设备的绝缘性能要求较高,为此应提高道岔的绝缘性能,保证信号系统的正常使用。
      由于城市轨道交通的轴重较小,为此应适当降低轨道的竖向刚度,改善旅客的旅行舒适度。根据《地下铁道设计规范》( GB50157 92) ,城市轨道交通用道岔不应设轨底坡。
2. 3 　道岔的轨下基础
      目前,国内的城市轨道交通线路主要采用整体道床和碎石道床2 种形式,因而道岔也分2 种轨下基础。碎石道床线路,道岔主要采用木岔枕,今后也可以考虑采用混凝土岔枕;整体道床线路,目前普遍采用混凝土支承块。采用混凝土支承块可以保证道岔的铺设精度,于道岔的铺设和施工,具有比较显著的优点,因而今后仍将是整体道床线路道岔采用的主要轨下基础形式。
3 　道岔的电务转换设备
(1) 道岔的转辙设备
      提速以前,我国铁路道岔普遍采用ZD 系列的电动转辙机和ZY 系列的电液转辙机;既有线提速以后, 研制的提速道岔采用了西门子的S700 K 电动转辙机和国产ZY7 电液转辙机。而国内城市轨道交通的道岔主要采用ZD6 电动转辙机,但有些城市的轨道交通已在进行采用其他转辙机的试验工作,如采用S700 K 转辙机和轨枕式转辙机。
      由于城市轨道交通的限界较小,在地下线路和桥上,安装转辙机时需额外的空间,增加了工程量,因而积极研制和推广使用轨枕式转辙机具有非常重要的现实意义。另外,由于S700 K 转辙机不具备锁闭功能,因而当采用S700 K 转辙机时,应配套采用外锁闭装置。
(2) 道岔的锁闭设备
      我国铁路1993 年以前,普遍采用内锁闭; 1993 年从广深铁路道岔开始,试验采用联动外锁闭; 后在60 kg/ m 钢轨18 号道岔上试验分动外锁闭装置。提速道岔普遍采用了分动外锁闭装置,而城市轨道交通道岔普遍采用内锁闭。
      采用外锁闭装置可以提高锁闭的可靠性,进而增加列车运行的安全性。我国现行《铁路信号设计规范》(TB10007 99) 规定, 当列车运行速度超过120 km/ h 时,必须采用外锁闭装置。
目前有些城市轨道交通用道岔已开始采用外锁闭装置的试验,相信今后在正线道岔上将获得广泛的使用。对于弹性可弯尖轨,可采用分动外锁闭装置,对于活接头尖轨,以采用联动外锁闭为宜。
(3) 道岔的安装装置
      我国城市轨道交通用道岔的安装装置主要分2 种,木枕道岔转辙机安装在基础角钢上,整体道床线路还可将转辙机安装在特制的混凝土基础上,并在牵引点处留出安装电务转换杆件的混凝土槽。
      目前,我国正处于城市轨道交通的高速发展时期, 由于历史的原因,使得城市轨道交通用道岔种类繁多, 标准各异,平面尺寸也不尽相同,给线路设计、道岔选用、工程制造和现场的养护维修造成了不便,迫切需要实现标准化、规范化,并充分考虑城市轨道交通的特点,设计出适合城市轨道交通使用的道岔系列产品,为城市轨道交通的快速发展作出贡献。