市域軌道快線信號系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機安裝方法研究

范永華 朱志偉 景龍剛

(廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，510010，廣州 ∥ 第一作者，高級工程師)

市域軌道快線(以下簡稱“市域快線”)作為新興軌道交通制式，其設(shè)計速度主要為120～160 km/h[1]。而目前國內(nèi)運營軌道交通項目的線路等級多以80 km/h為主。因此，既有線路信號系統(tǒng)的功能能否適應(yīng)市域快線服務(wù)需求，以及其設(shè)備安裝工藝能否應(yīng)對高速化帶來的高沖擊力與振動影響，有待進一步論證。

本文依托廣州市軌道交通在建市域快線工程18號線及22號線，調(diào)研應(yīng)用于城市軌道交通和國鐵領(lǐng)域設(shè)計速度為120～250 km/h的轉(zhuǎn)轍機安裝案例[2]；并結(jié)合工程特點對轉(zhuǎn)轍機安裝方式進行應(yīng)用研究及適用性分析，最終提出適用于市域快線工程的轉(zhuǎn)轍設(shè)備安裝工藝，以保證新形勢下城市軌道交通安全可靠運營。

1 轉(zhuǎn)轍機安裝方式的應(yīng)用研究

在城市軌道交通建設(shè)工程中，轉(zhuǎn)轍機作為信號系統(tǒng)軌旁核心設(shè)備之一，主要負責(zé)道岔位置的控制及防護，以實現(xiàn)線路資源的合理分配[3-4]。作為反映道岔位置的重要信號基礎(chǔ)設(shè)備，其品質(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)系到鐵路運輸?shù)陌踩?，因此，保證轉(zhuǎn)轍機的功能與質(zhì)量，對于提升列車運行平穩(wěn)度、保障行車安全、提高運營效率至關(guān)重要。市域快線軌旁轉(zhuǎn)轍機(其安裝空間預(yù)留見圖1)的設(shè)備選型及安裝工藝，既要考慮現(xiàn)有軌道交通線路轉(zhuǎn)轍機安裝工藝對于市域快線的兼容適應(yīng)能力，又要參考引入的國內(nèi)外新興工藝方案，以提高信號系統(tǒng)及其設(shè)備對市域快線的服務(wù)能力，滿足市域快線的行車需求。

圖1 軌旁轉(zhuǎn)轍機安裝空間預(yù)留示意圖

目前，轉(zhuǎn)轍機的安裝主要分軌枕式、角鋼和托盤式等3種方式[5]。國內(nèi)部分城市軌道交通及國鐵項目轉(zhuǎn)轍機型號及安裝方式等情況統(tǒng)計見表1。

表1 國內(nèi)部分軌道交通項目轉(zhuǎn)轍機安裝統(tǒng)計表

1.1 軌枕式轉(zhuǎn)轍機安裝方式

軌枕式轉(zhuǎn)轍機安裝方式在國鐵和城市軌道交通中均有應(yīng)用。該方式一般將轉(zhuǎn)轍機安裝于兩基本軌之間[6]，占用空間小，可節(jié)省土建投資。ZYJG系列軌枕式交流電液轉(zhuǎn)轍機作為一種采用軌枕安裝方式的道岔轉(zhuǎn)換裝置，已應(yīng)用于青藏鐵路和上海軌道交通4號線。

該方式除了具備基本轉(zhuǎn)轍機使用功能外，還具有受到列車的沖擊小、振動小、多機牽引同步性好、不會造成道岔的蛇行運動等優(yōu)勢。圖2為上海軌道交通4號線軌枕式轉(zhuǎn)轍機的安裝應(yīng)用示意圖。

圖2 軌枕式轉(zhuǎn)轍機安裝應(yīng)用示意圖

1.2 側(cè)式轉(zhuǎn)轍機安裝方式

側(cè)式安裝方式一般采用將轉(zhuǎn)轍機固定于軌道外側(cè)，實現(xiàn)軌道方向控制，對安裝空間有較高要求。該方法為滿足轉(zhuǎn)轍機安裝空間和日常的檢修維護，一般需要土建方在軌道岔尖附近對地下結(jié)構(gòu)或高架橋外側(cè)做局部加寬，加寬范圍一般是道岔牽引點前后2 m左右[7]。因此，國內(nèi)地下線路道岔轉(zhuǎn)轍機安裝一般是將限界本身有道岔處全部做局部加寬，以滿足安裝空間要求。

按轉(zhuǎn)轍機的固定形式分類，側(cè)式安裝又可分為角鋼和托盤式兩種，圖3為兩種側(cè)式安裝效果圖。

圖3 轉(zhuǎn)轍機安裝效果示意圖

1.2.1 角鋼轉(zhuǎn)轍機安裝工藝

角鋼安裝方式通過固定于道床與鋼軌上的角鋼實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機的安裝固定。該方式采用 2根長角鋼貫穿軌道底部，安裝過程需工務(wù)人員配合抬高道岔一側(cè)鋼軌，轉(zhuǎn)轍機一旦安裝完畢，角鋼一般不易更換或移動。因此，該方法不利于轉(zhuǎn)轍機的后期運營維護及更換。目前，國內(nèi)亦有采用將長角鋼分為兩節(jié)短角鋼，短角鋼間用固定夾板及螺栓連接，來解決長角鋼維護及更換困難等難題。采用角鋼安裝轉(zhuǎn)轍機的工藝特性如下：

1) 角鋼安裝方式一般采用側(cè)式抬高的方法，轉(zhuǎn)轍機高于軌道面，避免被水浸泡。

2) 道床在土建施工前需預(yù)留 3 個安裝槽，施工過程由工務(wù)配合在基本軌上打孔實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機安裝。該方式安裝工序繁瑣，專業(yè)配合程度要求較高。

3) 運維或大修期間，若更更換角鋼，需由工務(wù)部門配合抬軌進行角鋼拆裝作業(yè)，更換時間較長，容易影響城市軌道交通的正常運營。

4) 角鋼安裝方式多應(yīng)用于以中低速為主的城市軌道交通項目，對于高速運行線路的安裝強度、抗震能力、動作可靠度等性能有待進一步論證。

采用角鋼安裝的轉(zhuǎn)轍機平縱斷面見圖4。

圖4 采用角鋼安裝方式的轉(zhuǎn)轍機平縱斷面示意圖

1.2.2 托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝工藝

托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝方式在國鐵應(yīng)用較多。該方法通過固定于軌枕的托盤(Z形鋼板)實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍設(shè)備的安裝與固定，通常采用軌道外側(cè)預(yù)留機坑方式進行安裝。該安裝系統(tǒng)由2個對稱的Z形支撐板及安裝螺母組成，軌枕孔洞采用預(yù)留形式，安裝過程只需對轉(zhuǎn)轍機安裝托板開孔即可。托盤式轉(zhuǎn)轍機的安裝工藝特性為：

1) 托盤式安裝采用將轉(zhuǎn)轍機固定于軌枕上，安裝基礎(chǔ)一般采用預(yù)留方式，無需鋼軌打孔。此安裝工藝具有安裝精度高、工序簡單等優(yōu)勢，基本不受其他工種作業(yè)影響。

2) 更換轉(zhuǎn)轍機設(shè)備時，無需工務(wù)部門配合，耗時短，基本不影響城市軌道交通的正常運營。

3) 轉(zhuǎn)轍機固定于軌枕之上，其動作過程中輸出應(yīng)力的變化規(guī)律與道岔轉(zhuǎn)換過程中尖軌運動所需轉(zhuǎn)換力的規(guī)律相符，可減少高速列車通過時的沖擊力和爬行力矩，有利于提高設(shè)備抗震性能，延長轉(zhuǎn)轍機使用壽命[8]。

4) 對于整體道床，托盤式安裝可實現(xiàn)道床、軌枕及設(shè)備一體化連接，以減小轉(zhuǎn)轍機對軌枕間距及道岔爬行的敏感度，保證轉(zhuǎn)轍機動作過程的順暢性[9]。

采用托盤式安裝的轉(zhuǎn)轍機平縱斷面見圖5。

圖5 采用托盤式安裝方式的轉(zhuǎn)轍機平縱斷面示意圖

2 轉(zhuǎn)轍機安裝方式的工程適應(yīng)性

市域快線工程較常規(guī)的城市軌道交通線路具有運行速度高、道床形式復(fù)雜、道岔類型多、牽引復(fù)雜等特點。

1) 運行速度高：市域快線正線的運行速度為120～160 km/h；

2) 線路制式：市域快線以地下線路為主、高架線路為輔；

3) 道床形式：市域快線正線及配線采用無砟軌道，車輛段/停車場庫內(nèi)采用整體道床；

4) 多機牽引：市域快線正線道岔一般選用12號曲線尖軌道岔，部分越行道岔還需采用可動心軌轍叉及分動設(shè)計，尖軌設(shè)兩個牽引點，心軌設(shè)兩個牽引點。

綜上所述，根據(jù)市域快線的特點，結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)轉(zhuǎn)轍機安裝工藝可知，角鋼安裝方式基本適用于中低速軌道交通線路。此安裝方式的安裝強度高、設(shè)備可靠，對于高速線路抗震性能一般，安裝過程需軌道專業(yè)配合，易受工務(wù)變化影響，后期維護過程繁瑣，成本較高。托盤式安裝方式多適用于中高速軌道交通線路，具有安裝強度、力學(xué)性能穩(wěn)定的特性，運用于整體道床時可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機、軌枕、道床的整體連接，對于降低過車震動和沖擊力、減小設(shè)備磨損效果顯著。同時，托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝方式取消道岔絕緣，可大大提高設(shè)備運行穩(wěn)定性，簡化運維流程。角鋼和托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝方式的工程適應(yīng)性對比見表2。

表2 轉(zhuǎn)轍機安裝方式工程適用性對比表

3 結(jié)語

市域快線作為城市軌道交通發(fā)展的新趨勢，在國內(nèi)正處于探索階段，因此，如何保證機電工程系統(tǒng)科學(xué)合理、安全先進及經(jīng)濟適用是新線建設(shè)應(yīng)關(guān)注的重要問題。市域快線因其獨特性，與既有城市軌道交通線路既有聯(lián)系又有區(qū)別，因此，在考慮信號設(shè)備選型及安裝工藝時既要參考既有線路信號系統(tǒng)的成熟應(yīng)用經(jīng)驗，又要兼顧市域快線的差異性，積極引進新興工藝提高信號系統(tǒng)對市域快線的適應(yīng)能力。本文通過調(diào)研國內(nèi)外城市軌道交通領(lǐng)域轉(zhuǎn)轍機的安裝方式，結(jié)合市域快線線路特點及運營需求，提出托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝方式。分析表明，托盤式安裝方式無論從設(shè)備安裝強度、行車安全性、轉(zhuǎn)轍機動作可靠度，還是從項目的經(jīng)濟效益、使用壽命、維保便利性等方面考慮，均具有明顯的優(yōu)勢。因此，推薦市域快線工程采用托盤式轉(zhuǎn)轍機安裝工藝。