兩種曲線道岔單渡線線型匹配研究

摘 要：影響常規(guī)單渡線道岔全長的主要因素為道岔號數(shù)和線間距，而影響曲線道岔單渡線道岔長度的因素眾多。本文針對曲線道岔單渡線提出兩種線型型式，分別是“單開+同側(cè)曲線道岔型單渡線”線型和“異側(cè)曲線+同側(cè)曲線道岔型單渡線”線型。建立道岔全長與正線半徑、側(cè)線半徑、線路線間距以及側(cè)線曲線終點位置角的函數(shù)關(guān)系。從而求解出曲線道岔單渡線的最優(yōu)線型，達(dá)到減少占地面積和降低制造成本的目的。

關(guān)鍵詞：曲線道岔;單渡線;線型設(shè)計

中圖分類號：U213.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 概述

鐵路分叉、變換軌道和跨越線路等都是通過道岔來實現(xiàn)。線路設(shè)計會將道岔設(shè)置在直線上，以便于道岔設(shè)計、制造和鋪設(shè)以及測量和維護(hù)。在某些特殊情況下，不一定有足夠的空間為道岔前后設(shè)置直線軌道對接，這時就需要采用曲線道岔。曲線道岔最大的優(yōu)點是不受線路平面線型的限制，在曲線線路上設(shè)計道岔。

本文針對地鐵線路曲線路段設(shè)置曲線道岔進(jìn)行曲線道岔線型研究，并開展曲線道岔單渡線的線型匹配研究，通過解決地鐵線路曲線段設(shè)置道岔的難題，達(dá)到規(guī)避建筑物、均衡車站距離的目的，同時能夠減少工程總量，降低工程造價。

1 設(shè)計依據(jù)及分析條件

根據(jù)影響道岔平面線型的主要參數(shù)，做以下假定：

（1）設(shè)定內(nèi)股線路半徑R=600 m，并假定兩條曲線線路為同心圓。

（2）夾直線長度l≥14.8 m，標(biāo)準(zhǔn)軌距S0=1 435 mm，

線間距B=4.2 m，q=2.65 m。

2 異側(cè)與同側(cè)曲線道岔組合單渡線線型匹配設(shè)計

2.1 平面布置

異側(cè)曲線與同側(cè)曲線道岔組合單渡線由1組同側(cè)曲線道岔和1組異側(cè)曲線道岔組成，內(nèi)股曲線設(shè)置為異側(cè)曲線道岔，外股曲線設(shè)置為同側(cè)曲線道岔。

2.2 道岔全長與導(dǎo)曲線終點（L-α）模型及分析

（1）模型建立。根據(jù)圖1線型轉(zhuǎn)化為如下幾何模型，建立起道岔全長L與正線半徑R、側(cè)線半徑r1/r2、線間距B、導(dǎo)曲線終點位置角α之間的幾何關(guān)系，并求解出L=f（R，r1，r2，B，α）的函數(shù)關(guān)系。

道岔全長L與導(dǎo)曲線半徑R、r1、r2、B、α之間的關(guān)系式為：

（1）

因單渡線的異側(cè)曲線道岔和同側(cè)曲線道岔容許通過速度相同，側(cè)向曲線可設(shè)計為相同半徑，即r1=r2=r，且q=2.65 m，代入式（1）可得：

（2）

（2）模型分析。本線型選定固定線間距B=4.2 m，正線半徑R=600 m，那么在給定r1與r2一定的數(shù)值時，可求解出道岔全長L與導(dǎo)曲線終點位置角α的關(guān)系。

單渡線模型函數(shù)圖像

由圖可知，當(dāng)?shù)啦韨?cè)線半徑一定時，道岔全長在α=0.216 rad（12.4°）處取最小值，r1=r2=150時最小長度為56.6 m;當(dāng)導(dǎo)曲線終點一定，即α一定時，道岔全長隨著側(cè)線半徑的增大而增大。

2.3 最優(yōu)平面線型

（1）極小值點。當(dāng)α=12.4°，R604.2 m正線導(dǎo)曲線終點在轍叉跟端后5 m處，此時道岔全長只有57 m左右，但夾直線長度為0，不能滿足設(shè)計要求。

（2）導(dǎo)曲線終點在轍叉咽喉處。導(dǎo)曲線終點在轍叉咽喉處且r1=r2=150時道岔全長最小為62.5 m，夾直線長度達(dá)到23.8 m，能夠滿足要求。

（3）導(dǎo)曲線終點在轍叉跟端。導(dǎo)曲線終點在轍叉跟端處且r1=r2=150時道岔全長最小為62.8 m，夾直線長度達(dá)到20.3 m，能夠滿足要求。

對以上三種情況的分析可以看出，當(dāng)導(dǎo)曲線終點在轍叉跟端和咽喉之間時，道岔全長62 m左右，夾直線長度大于20 m，能夠滿足要求。而導(dǎo)曲線終點在后移時，道岔全長雖然減小，但夾直線長度低于14.8 m，不能滿足要求。

這種曲線道岔單渡線的優(yōu)點是縮短道岔全長;缺點是道岔全長范圍內(nèi)呈現(xiàn)“S”形，不利于列車平穩(wěn)性和安全性控制。此外當(dāng)線路設(shè)置超高時，異側(cè)曲線部分會出現(xiàn)反超高，導(dǎo)致反向曲線嚴(yán)重超高。

3 同側(cè)曲線單渡線線型匹配設(shè)計

3.1 平面布置

同側(cè)曲線單渡線線型由同側(cè)曲線道岔和單開道岔組成，在兩道岔中間設(shè)置導(dǎo)軌連接，在設(shè)計中可以考慮將連接導(dǎo)軌設(shè)置于單開道岔部分。內(nèi)股曲線設(shè)置為單開道岔，外股曲線設(shè)置為同側(cè)曲線道岔。

同側(cè)曲線單渡線的優(yōu)點：一是夾直線長度遠(yuǎn)大于14.8 m，保證列車在線路切換時平穩(wěn)運行;二是各曲線彎曲方向一致，在道岔線路設(shè)置超高時，利于將道岔各處曲線欠超高控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

R—正線半徑 B—線間距 r—側(cè)線半徑 q—基本軌前端長度 l—夾直線長度

3.2 道岔全長與側(cè)線曲線半徑（L-r）模型及分析

（1）模型建立。根據(jù)圖4線型，可建立道岔全長L與正線半徑R、側(cè)線半徑r、線間距B之間的幾何模型，并求解出L=f（R，r，B）的函數(shù)關(guān)系。

道岔全長L與導(dǎo)曲線半徑R、r、B之間的關(guān)系式，經(jīng)推導(dǎo)為：

（3）

（2）模型分析。若線間距為定值，B=4.2 m、R=600 m時，則給定正線半徑后，根據(jù)式（3）可求解出道岔全長L與側(cè)線半徑r的關(guān)系。

可以看出，在線路曲線半徑一定時，渡線道岔的全長與曲線道岔的側(cè)向半徑成正比，在能夠滿足側(cè)向通過速度要求的情況下，應(yīng)盡量選擇最小道岔曲線半徑。

3.3 最優(yōu)平面線型

當(dāng)正線半徑R=600 m，線間距B=4.2 m，側(cè)線半徑r=150 m時，曲線道岔單渡線全長最短為86.6 m，夾直線長度達(dá)到61.6 m，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

分別建立了異側(cè)與同側(cè)曲線道岔組合單渡線、同側(cè)曲線道岔單渡線線型模型，并分析了兩種曲線道岔單渡線的線型匹配，得到結(jié)論如下：

（1）曲線道岔單渡線線型選擇主要考慮夾直線長度和道岔超高兩個重要因素，以滿足列車運行要求。

（2）道岔部分未設(shè)置超高時，優(yōu)先選擇異側(cè)與同側(cè)曲線道岔組合單渡線線型。導(dǎo)曲線終點設(shè)置在轍叉咽喉和跟端之間，道岔全長可縮短至62 m左右。

（3）道岔部分設(shè)置超高時，優(yōu)先選擇同側(cè)曲線道岔單渡線線型各曲線彎曲方向一致，能夠保證列車平穩(wěn)切換線路，曲線道岔單渡線全長最短為87 m左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷潔，李文博.重慶市軌道交通6號線60 kg/m鋼軌曲線形組合道岔的設(shè)計[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012（4）：13-15+20.

[2]北京市規(guī)劃委員會.GB 50157-2013，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：劉志超（1983-），男，黑龍江綏化人，碩士，工程師，研究方向：道岔產(chǎn)品研發(fā)。