安全線軌道類型及站線鋼軌材質(zhì)選擇研究

李靜波，趙陸青

LI Jing-bo, ZHAO Lu-qing

（鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142）

(Track， Station and Hub Design Department， The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142， China)

安全線軌道類型及站線鋼軌材質(zhì)選擇研究

李靜波，趙陸青

LI Jing-bo, ZHAO Lu-qing

（鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線路站場樞紐設(shè)計處，天津300142）

(Track， Station and Hub Design Department， The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142， China)

針對銜接無砟軌道的安全線軌道類型的選擇，分析設(shè)計中存在的差異及其原因，分別從鋼軌類型的選擇、道床類型的選擇和安全線上護(hù)輪軌的設(shè)置等方面研究選擇方案，并且分析無縫線路對安全線有效長度的影響。針對站線及道岔鋼軌材質(zhì)的選擇，分析設(shè)計中存在的問題及其原因，根據(jù)常見鋼軌材質(zhì)，分別提出站線和道岔的鋼軌材質(zhì)選擇方案。

鐵路；安全線；軌道類型；鋼軌材質(zhì)；選擇

車站安全線的軌道類型及站線、道岔鋼軌材質(zhì)的選擇，設(shè)計時應(yīng)依據(jù)《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》《鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范》《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》和《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》等[1-7]要求及規(guī)定執(zhí)行，但在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)依據(jù)缺乏。因此，針對銜接無砟軌道的安全線軌道類型選擇和站線及道岔鋼軌材質(zhì)選擇問題進(jìn)行研究，為今后安全線軌道類型、站線及道岔鋼軌材質(zhì)的選擇提供參考。

1 銜接無砟軌道的安全線軌道類型選擇方案研究

1.1 設(shè)計中存在的差異及原因分析

一般安全線有效長不小于 50 m[8]。安全線屬于次要站線軌道標(biāo)準(zhǔn)，對平順性和舒適度要求較低。銜接無砟軌道的安全線軌道類型各設(shè)計單位、各條客運專線采用標(biāo)準(zhǔn)并不一致，如武廣客運專線 (武漢—廣州南) 安全線采用無砟軌道，哈大客運專線(哈爾濱—大連)、大西客運專線 (大同南—西安北)則采用有砟軌道。在設(shè)計中每條客運專線所采用的銜接無縫線路的安全線有效長度也不盡相同，如京滬高速鐵路 (北京南—上海虹橋)、大西客運專線均按照有效長 50 m 設(shè)計，而哈大客運專線與無縫線路直股連通的安全線則是按照有效長 100 m 設(shè)計。產(chǎn)生上述差異的原因是對銜接無砟軌道的安全線軌道類型沒有進(jìn)行系統(tǒng)研究，對無縫道岔的設(shè)置要求了解不深。

為了解決上述差異，對銜接無砟軌道的安全線軌道類型選擇，以及無縫線路對安全線有效長度的影響進(jìn)行研究。

1.2 鋼軌類型的選擇

對于沒有綜合維修車間、綜合維修作業(yè)點、大機停留線等的客運專線中間站，與安全線銜接線路為 60 kg/m 鋼軌，如果安全線采用 50 kg/m 鋼軌，則存在增加異形軌、車站鋼軌類型和改變軌道結(jié)構(gòu)高度等缺點，而實際費用相差并不明顯 (以 70 m 安全線范圍為例，50 kg/m 鋼軌及扣件與 60 kg/m 鋼軌及扣件的費用差約為 4 萬元)，因而建議安全線的鋼軌類型宜與所銜接線路的鋼軌類型相同。

1.3 道床類型的選擇

當(dāng)安全線與有砟軌道連接時，相關(guān)規(guī)范要求采用有砟軌道。當(dāng)安全線與無砟軌道連接時，相關(guān)規(guī)范并沒有明確規(guī)定采用有砟軌道還是采用無砟軌道，其軌道型式應(yīng)結(jié)合軌道結(jié)構(gòu)和使用特點分析確定，可以從以下 3 種不同線下基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

1.3.1 安全線在路基地段

（1）路基地段 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板、支承層等組成，工程費用約為 387 萬元 /km。另外，線下地基處理費用約為 10.5 萬元 /100 m2(以大西客運專線CFG 樁 (直徑 0.5 m、樁長 25 m) 為例)。70 m 安全線范圍的線上加地基處理費用約為 85.9 萬元。

（2）安全線采用有砟軌道時，按照 60 kg/m 鋼軌、Ⅲ型混凝土枕 (每公里鋪設(shè) 1 440 根)、碎石道床厚 0.5 m (受路基橫坡影響考慮安全線上道砟較厚)計算，工程費用約為 88 萬元 /km。70 m 安全線范圍有砟軌道線路費用約為 6.2 萬元。

安全線在路基地段時不同軌道類型優(yōu)缺點分析如表1 所示。

表1 安全線在路基地段時不同軌道類型優(yōu)缺點分析

通過表1 分析可知，考慮安全線的使用特性和節(jié)省工程投資的需要，在設(shè)計中建議在路基地段與正線相鄰的到發(fā)線上安全線宜采用有砟軌道。如果車站處于地質(zhì)條件較好 (如巖石等) 的路基基礎(chǔ)上，軌下基礎(chǔ)接近橋梁和隧道，則采用無砟軌道時地基處理費用增幅不大，安全線的道床型式可以根據(jù)實際情況采用無砟軌道。

1.3.2 安全線在橋梁地段

（1）橋梁地段 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板、隔離層、底座及凹槽周圍彈性墊層等組成，工程費用約為475 萬元 /km。70 m 安全線范圍的線上費用約為33.3 萬元。

（2）安全線采用有砟軌道時，按照 60 kg/m 鋼軌、Ⅲ型混凝土枕 (每公里鋪設(shè) 1 440 根)、碎石道床厚 0.35 m 計算，工程費用約為 75.1 萬元 /km。70 m 安全線范圍的線上與增加的橋梁基礎(chǔ)投資費用總計約為 5.3 萬元。

安全線在橋梁地段時不同軌道類型優(yōu)缺點分析如表2 所示。

表2 安全線在橋梁地段時不同軌道類型優(yōu)缺點分析

由表2 可以看出，橋梁地段軌道線下基礎(chǔ)相對比較均勻，鋪設(shè)無砟軌道線下基礎(chǔ)不會增加太多費用，而且無砟軌道二期恒載較小，能夠減少部分橋梁基礎(chǔ)投資。因此，建議在橋梁地段與正線相鄰的到發(fā)線上安全線采用無砟軌道。

1.3.3 安全線在隧道內(nèi)

隧道內(nèi)基礎(chǔ)比較穩(wěn)定，設(shè)置安全線對于二期恒載要求較低。我國在隧道內(nèi)設(shè)置車站并且設(shè)有安全線的實例不多，一般不需要養(yǎng)護(hù)維修，有砟和無砟軌道投資相差不大，采用無砟或有砟均可。為了方便養(yǎng)護(hù)維修和合理使用養(yǎng)護(hù)維修設(shè)備，遵照安全線與鄰近線路的軌道形式統(tǒng)一的原則，當(dāng)所銜接的線路采用無砟軌道時，安全線宜采用無砟軌道。具體設(shè)計時，可以根據(jù)安全線具體設(shè)置位置、施工便利情況等再確定。

1.4 安全線上護(hù)輪軌的設(shè)置

根據(jù)《鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范》中 3.1.12 條規(guī)定，要求“臨靠正線的安全線均應(yīng)設(shè)置雙側(cè)護(hù)輪軌和止輪土基”。護(hù)輪軌的主要作用是一旦列車脫線，護(hù)輪軌與基本軌形成溝槽對一側(cè)的車輪形成導(dǎo)向作用，限制車輪在溝槽內(nèi)滾動，盡量保證車上人員的安全，同時使運營損失盡可能降低。護(hù)輪軌設(shè)置的一般原則按照《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》中 13.0.3條規(guī)定執(zhí)行。對于有砟軌道安全線，可以采用適宜的標(biāo)準(zhǔn)橋枕再配以相關(guān)護(hù)輪軌結(jié)構(gòu)；對于無砟軌道安全線，為了設(shè)置護(hù)輪軌需要特殊設(shè)計無砟軌道結(jié)構(gòu)，以滿足設(shè)置護(hù)輪軌結(jié)構(gòu)的要求。

1.5 無砟有砟過渡段設(shè)置分析

無砟有砟過渡段的作用是提高軌道的平順性和旅客舒適度，考慮安全線只在有突發(fā)事故的非正常狀態(tài)下才使用，因而在安全線上不需要設(shè)置無砟有砟過渡段。

教師主導(dǎo)式的意思是指教師策劃與主導(dǎo)及引導(dǎo)學(xué)生每一步之學(xué)習(xí)，例如，教師講解；準(zhǔn)備一系列問題引導(dǎo)學(xué)生思考，學(xué)習(xí)不同種類的音樂；準(zhǔn)備好實驗程序，讓學(xué)生跟著步驟進(jìn)行實驗。

1.6 無縫線路對安全線有效長度的影響

對于有縫道岔，所連接安全線采用有縫線路，其有效長度不受任何影響，可以按照 50 m 設(shè)計。對于無縫道岔，由于要求無縫道岔本身必須在固定區(qū)段，以保證無縫道岔穩(wěn)定性，因而所連接安全線至少應(yīng)有 1 個伸縮區(qū)長度。

按照要求，岔后伸縮區(qū)長度一般計算公式為

式中：L 為伸縮區(qū)長度，直股一般取100 m，側(cè)股一般取 50 m；Pt為最大溫度力；PH為鋼軌接頭阻力；r 為線路縱向阻力；l ′ 為安全線長度余量，有條件時可以根據(jù)實際要求選取 5～10 m。

如果安全線車擋是滑動式，線路屬于敞開端，則接頭阻力 PH為 0。安全線的長度至少為

困難條件下安全線不宜延長時，可以在安全線端部使用鋼筋混凝土固結(jié)式車擋，該結(jié)構(gòu)車擋可以提供足夠的接頭阻力，安全線有效長度仍然可以按照一般要求采用有效長度 50 m。

2 站線及道岔鋼軌材質(zhì)的選擇方案研究

2.1 設(shè)計中存在的問題及原因分析

2.2 選擇方案研究

2.2.1 常見鋼軌材質(zhì)

我國鋼軌仍然是珠光體型，以鐵素體片和滲碳體片交替構(gòu)成組織。珠光體型鋼軌中元素包含 3個部分：基本元素 (如碳、硅、錳等)，合金元素 (如釩、鉻、鎳等)，有害元素及殘留元素 (如磷、硫、氧等)。根據(jù)各種元素對組織和性能的影響及作用，通常需要限制有害元素，適當(dāng)加入基本元素與合金元素。幾種常見鋼軌化學(xué)成分及性能指標(biāo)如表3 所示。

2.2.2 站線鋼軌材質(zhì)選擇

2012年6月6日中國鐵路總公司 (原鐵道部) 運輸局下發(fā)的“關(guān)于印發(fā)《鋼軌使用指導(dǎo)意見》的通知(運工線路函 [2012] 264 號)”文件對我國高速鐵路、重載鐵路、普速及快速鐵路、高原鐵路正線及道岔的鋼軌材質(zhì)進(jìn)行明確規(guī)定，但對站線的鋼軌材質(zhì)沒有進(jìn)行規(guī)定。

根據(jù)運工線路函 [2012] 264 號文件對正線及道岔鋼軌材質(zhì)的規(guī)定，當(dāng)正線及站線為全無縫線路時，為了避免不同鋼軌焊接問題和方便養(yǎng)護(hù)維修，站線鋼軌可以與正線鋼軌同軌型、同材質(zhì) (當(dāng)正線采用 U71MnG 時，站線采用 U71Mn。U71MnG 與 U71Mn 為相同材質(zhì)，不同工藝)。如果鋼軌鋪設(shè)在長大隧道 (隧道長度一般大于 1 000 m) 和沿海地區(qū)等特殊環(huán)境線路上，鋼軌容易銹蝕，因而鋼軌必須有耐腐蝕要求。在《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》中第 5.0.4條要求“長度大于或等于 1 000 m 的隧道內(nèi)，宜采用耐腐蝕鋼軌?！蹦透g鋼軌是指具有耐腐蝕性能的鋼軌，規(guī)范并沒有指定具體的鋼軌牌號。對于長大隧道和沿海地區(qū)線路，到發(fā)線可以選用與正線相同類型的具有耐腐蝕性能的鋼軌。

站線鋼軌材質(zhì)選擇如表4 所示。站線鋼軌材質(zhì)可以根據(jù)設(shè)計速度、線路性質(zhì)、軸重等因素，對照表4 進(jìn)行選擇。

2.2.3 道岔鋼軌材質(zhì)選擇

表3 幾種常見鋼軌化學(xué)成分及性能指標(biāo)

表4 站線鋼軌材質(zhì)選擇

道岔是鐵路上常用的結(jié)構(gòu)設(shè)施，重要而特殊，它可以使列車從一條線路行駛到另一條線路上。道岔可以根據(jù)鐵路等級、速度、軸重、運量和車站類型選取。位于正線上連接到發(fā)線的道岔應(yīng)與正線的鋼軌類型相同，并且不低于區(qū)間正線鋼軌材質(zhì)，轍叉區(qū)域材料應(yīng)按照道岔要求確定。岔區(qū)扣件應(yīng)按照道岔本身系統(tǒng)設(shè)計，如Ⅱ型、Ⅲ型彈條系統(tǒng)設(shè)計。高速鐵路到發(fā)線上道岔應(yīng)采用與到發(fā)線同軌型、同材質(zhì)鋼軌，扣件和轍叉按照道岔要求設(shè)計；其他站線道岔由于等級和速度相對較低，可以選擇較正線低一級鋼軌，所采用鋼軌類型和材質(zhì)與連接的主要線路應(yīng)相同。

3 結(jié)論

（1）對于沒有綜合維修車間、綜合維修作業(yè)點、大機停留線等的客運專線中間站，安全線的鋼軌類型宜與所銜接線路的鋼軌類型一致。

（2）正線和到發(fā)線為無砟軌道時，在路基地段與正線相鄰到發(fā)線上安全線宜采用有砟軌道。如果車站處于地質(zhì)條件很好 (如巖石等) 的路基基礎(chǔ)上，軌下基礎(chǔ)接近橋梁和隧道，采用無砟軌道時地基處理費用增幅不大，安全線的道床型式可以根據(jù)實際情況采用無砟軌道。在橋梁和隧道地段與正線相鄰到發(fā)線上安全線宜采用無砟軌道。正線與到發(fā)線為有砟軌道時，安全線采用有砟軌道。

（3）安全線上不需要設(shè)置無砟有砟過渡段。

（4）對于無縫道岔，所連接安全線至少應(yīng)有 1個伸縮區(qū)長度。困難條件下安全線不宜延長時，可以在安全線端部使用鋼筋混凝土固結(jié)式車擋，安全線有效長度仍然可以按照一般要求確定。

（5）道岔的鋼軌材質(zhì)應(yīng)與連接的主要線路相同。

（6）站線的鋼軌材質(zhì)應(yīng)根據(jù)線路設(shè)計速度、線路性質(zhì)、軸重等因素確定。

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[4] 國家鐵路局. TB 10623—2014 城際鐵路設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2015. National Railway Administration of the People’s Republic of China. TB 10623—2014 Code for Design of Intercity Railway[S]. Beijing：China Raiway Publishing House，2014.

[5] 中華人民共和國鐵道部. TB 10015—2012 鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2013. The Ministry of Railways of the People’s Republic of China. TB 10015—2012 Code for Design of Railway Continuous Welded Rail[S]. Beijing：China Raiway Publishing House，2013.

[6] 中華人民共和國建設(shè)部. GB 50090—2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. GB 50090—2006 Code for Design of Railway Track[S]. Beijing：China Planning Press，2006.

[7] 中華人民共和國鐵道部. 鐵路主要技術(shù)政策[S]. 北京：中國鐵道出版社，2013.

[8] 鄭子濤. 高速鐵路安全線及延續(xù)進(jìn)路設(shè)置問題的探討[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟(jì)，2014，36(1)：14-17. ZHENG Zi-tao. Discussion on Problems Existing in Setting up of Safety Siding and Successive Route of High-speed Railwaiys[J]. Railway Transport and Economy，2014，36(1)：14-17.

責(zé)任編輯：馮姍姍

Study on Track Type Selection of Safety Siding and Rail Material Selection of Side Track

Targeting with track type selection of the safety siding connected with ballastless track, this paper analyzes the difference existing in the design and its reasons, studies the selection programs from aspects of selection of rail type, selection of track bed and the setting of guard rail on safety siding respectively, and analyzes the influence of ballastless track on the effective length of safety siding. Targeting with the rail material selection of side track and turnout, the paper analyzes problems existing in the design and its reasons, and according to the material of common rail, puts forward the programs of rail material selection of side track and turnout respectively.

Railway; Safety Siding; Track Type; Rail Material; Selection

1003-1421(2015)09-0080-05

U291.1+3

B

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2015.09.17

2015-06-17

2015-08-10