基于聯(lián)調(diào)聯(lián)試的城際鐵路大坡度下道岔側(cè)向允許速度值優(yōu)化建議

周雄慧,肖 劍

（廣東城際鐵路運(yùn)營有限公司,廣東 廣州 510000）

0 引言

城際鐵路作為現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)“四網(wǎng)融合”的重要組成部分，扮演著連接城市、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善交通運(yùn)輸效率的關(guān)鍵角色。然而，城際鐵路存在著大坡度區(qū)段，在大坡度條件下，道岔的側(cè)向允許速度是決定列車在道岔區(qū)段運(yùn)行速度的關(guān)鍵因素之一。因此，研究城際鐵路大坡度下道岔側(cè)向允許速度合理取值，對于優(yōu)化鐵路線路設(shè)計、提高列車運(yùn)行效率以及確保行車安全具有重要意義。

1 城際鐵路道岔選型的一般原則

為盡可能提高側(cè)向列車運(yùn)行速度，高速鐵路正線與聯(lián)絡(luò)線連接使用的道岔類型一般以42 號為主，側(cè)向限速160 km/h。實(shí)際工程項(xiàng)目中，城際鐵路一般考慮采用18號道岔，側(cè)向限速80 km/h，以優(yōu)化平面布置。

2 側(cè)向過岔速度理論

單開道岔的側(cè)向通過速度包括轉(zhuǎn)轍器、導(dǎo)曲線、轍叉及岔后連接線路這四部分，每一部分都影響道岔側(cè)向的通過速度。目前，常用基本參數(shù)法進(jìn)行道岔平面線形設(shè)計，以確定側(cè)向過岔速度[1]。道岔平面線形設(shè)計可以采用以下三個基本參數(shù)表達(dá)列車質(zhì)點(diǎn)或剛度運(yùn)行在道岔側(cè)線上所產(chǎn)生的橫向力的不利影響：動能損失、未被平衡的離心加速度、未被平衡的離心加速度增量[2]。綜合上述三個參數(shù)，現(xiàn)有各類道岔的側(cè)向允許速度如表1所示。

表1 道岔側(cè)向允許通過速度 /(km/h)

3 困難條件下道岔側(cè)向允許速度的主要影響因素分析

3.1 道岔鋪設(shè)線型偏差影響

道岔鋪設(shè)線型偏差是指道岔軌道中線及左右軌實(shí)際位置與設(shè)計值在平面（橫向）和高程（垂向）的偏差。線型偏差包括水平偏差、垂直偏差，影響兩端線路的平順過渡，若道岔鋪設(shè)線型偏差較大，將導(dǎo)致列車在道岔區(qū)段的側(cè)向運(yùn)行受到不規(guī)則的軌道力作用，影響列車的穩(wěn)定性和側(cè)向允許速度[3]。

3.2 道岔幾何不平順影響

道岔幾何形位的控制是道岔在鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修階段確保道岔高平順性的關(guān)鍵，軌道幾何不平順是車輛－軌道耦合作用下振動的重要激擾源，影響列車運(yùn)行安全性、平順性和舒適性[4]。

3.3 道岔鋼軌焊接接頭不平順性影響

城際鐵路無縫道岔內(nèi)部及兩端的鋼軌一般采用鋁熱焊聯(lián)結(jié)，焊接接頭的質(zhì)量和平順性對列車的側(cè)向運(yùn)行有重要影響，通過焊接接頭廓形打磨得到與車輪形面相匹配的軌頭廓形，使輪軌接觸點(diǎn)在軌頂中部位置，以降低輪軌接觸應(yīng)力值，減少動車組車體橫向振動響應(yīng)的影響[5]。

3.4 尖軌降低值不良影響

列車順向通過道岔時，輪對依次經(jīng)過直尖軌受力、直尖軌與曲基本軌共同受力、曲基本軌受力的過程[6]。在從直尖軌受力過渡到直尖軌與曲基本軌共同受力時，如果尖軌降低值不良，在降低值偏大的情況下，在輪軌接觸受力過渡階段輪對外徑會過早引起曲基本軌受力，形成運(yùn)行過程中的輪徑差，即曲基本軌一側(cè)輪對外徑受力，輪軌接觸點(diǎn)輪緣半徑小，直基本軌一側(cè)輪對正常受力，輪軌接觸點(diǎn)輪緣半徑大，從而導(dǎo)致列車向小輪徑一側(cè)偏移，產(chǎn)生水平加速度[7]。

綜上所述，道岔鋪設(shè)線型、道岔幾何平順性、道岔鋼軌焊接接頭平順性、尖軌降低值等因素都可能影響道岔側(cè)向允許速度，需要綜合分析這些因素。

4 大坡度下道岔側(cè)向允許速度影響案例分析

以某城際鐵路站場18 號道岔為例，道岔圖號為客專線（07）001，車站為高架站，車站設(shè)到發(fā)線4 條（含正線2 條），兩端咽喉各設(shè)渡線1 組，線間距4.6 m。受線路條件限制，站后線路坡度為29‰，坡長1 150 m，豎曲線半徑15 000 m，切線T=217.5 m，經(jīng)計算該豎曲線起點(diǎn)離2 號道岔尖軌尖距離24.5 m。2#~4#道岔側(cè)向檢測示意圖如圖1。

圖1 2#~4#道岔側(cè)向檢測示意圖

4.1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試情況

聯(lián)調(diào)聯(lián)試完成了道岔側(cè)向測試，速度級以70 km/h、80 km/h、90 km/h 各運(yùn)行3 個往返，測試內(nèi)容和該文相關(guān)的項(xiàng)目主要包括道岔幾何狀態(tài)、道岔動力性能、軌道結(jié)構(gòu)動力性能等測試。

4.1.1 2#~4#道岔側(cè)向幾何狀態(tài)檢測

綜合檢測列車2#~4#道岔側(cè)向提速試驗(yàn)檢測結(jié)果，70 km/h 與80 km/h 速度級檢測無Ⅲ、Ⅳ級偏差，90 km/h速度級檢測存在橫向加速度Ⅲ級偏差2 處，峰值為-0.15 g和0.16 g。

4.1.2 2#岔位18 號道岔側(cè)向動車組動力學(xué)響應(yīng)

根據(jù)2#岔位18 號道岔側(cè)向通過檢測數(shù)據(jù)（見表2），脫軌系數(shù)最大值、輪重減載率最大值、輪軸橫向力最大值均符合評判標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 2#岔位18 號道岔側(cè)向通過檢測數(shù)據(jù)

4.1.3 2#岔位18 號道岔動力性能

（1）列車運(yùn)行參數(shù)（地面測試）。動車組直向通過道岔測試，實(shí)測列車運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)、軌道結(jié)構(gòu)剛度、道岔橫向穩(wěn)定性，測試結(jié)果各參數(shù)均在其相應(yīng)限值內(nèi)。指標(biāo)等參數(shù)統(tǒng)計如表3 所示。

表3 列車運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計表

（2）輪軌力過渡。輪軌力過渡測點(diǎn)選擇在2#岔位18 號道岔直尖軌頂面寬度10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm 位置對應(yīng)曲基本軌上布置輪軌垂向力測點(diǎn)，計算輪軌垂向力在直尖軌和曲基本軌上的過渡范圍和過渡比例，各參數(shù)均在其相應(yīng)限值內(nèi)。實(shí)測結(jié)果如表4所示。

表4 輪軌力過渡范圍及分配系數(shù)

4.1.4 測試結(jié)論

2#~4#道岔側(cè)向測試結(jié)果表明：

（1）岔區(qū)軌道結(jié)構(gòu)動力性能、道岔動力性能、列車運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)均滿足要求。

（2）70 km/h 與80 km/h 速度級檢測無Ⅲ、Ⅳ級偏差，90 km/h 速度級檢測存在橫向加速度Ⅲ級偏差。

4.2 現(xiàn)場復(fù)核情況

4.2.1 道岔側(cè)向線型復(fù)核

對2#、4#道岔側(cè)向及渡線采用安博格小車進(jìn)行了線型測量，道岔鋪設(shè)線型良好，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)分析結(jié)果，對道岔及渡線范圍內(nèi)的長波軌向不平順和高低不平順進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，因此道岔側(cè)向線型不是引起道岔側(cè)向橫向加速度超限的原因。

4.2.2 道岔幾何尺寸優(yōu)化調(diào)整

對道岔的軌道幾何尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，道岔靜態(tài)幾何尺寸在允許偏差管理值范圍內(nèi)，為使道岔及渡線軌道幾何尺寸更加平順，對局部軌距變化率等參數(shù)等進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，因此道岔幾何尺寸不是引起道岔側(cè)向橫向加速度超限的原因。

4.2.3 道岔鋼軌接頭輪廓打磨

通過測量道岔鋼軌鋁熱焊接頭平直度，平直度滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)一步觀察接頭頂部光帶，光帶偏向軌道內(nèi)側(cè)，與接頭兩側(cè)光帶不在同一條直線上，且光帶的寬度較窄，對2#、4#道岔以及渡線接頭進(jìn)行輪廓打磨，通過對鋼軌光帶及廓形跟蹤可知打磨后輪軌接觸關(guān)系明顯改善。90 km/h 速度級檢測橫向加速度Ⅲ級偏差較整治前沒有改善，道岔鋼軌接頭平順性不是引起道岔側(cè)向橫向加速度超限的原因。

4.2.4 尖軌和心軌降低值測量

對道岔尖軌、心軌降低值進(jìn)行了測量，尖軌、心軌的設(shè)計降低值和實(shí)際降低值如圖2 所示。可見，尖軌和心軌實(shí)際降低值基本無偏差，輪軌垂直力能及時從基本軌轉(zhuǎn)移到尖軌上，可以排除尖軌、心軌降低值不良引起道岔側(cè)向橫向加速度超限。

圖2 道岔尖軌、心軌設(shè)計降低值和實(shí)際降低值對比分析圖

5 結(jié)論

該文通過聯(lián)調(diào)聯(lián)試實(shí)踐檢驗(yàn)，若道岔前設(shè)置大坡度線路，那么對下坡方向的道岔側(cè)向平穩(wěn)性將造成一定影響，直接表現(xiàn)為隨著通過速度的增加橫向加速度增加明顯，尤其是在設(shè)計速度+10 km/h 提速試驗(yàn)過程中，橫向加速度大概率出現(xiàn)Ⅲ級偏差，難以通過聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試。鑒于城際鐵路行車間隔較長、公交化運(yùn)營要求比城市軌道交通低，道岔側(cè)向允許速度適當(dāng)降低，對其線路直向和側(cè)向的通過能力影響不大。因此，有關(guān)建議如下：

（1）建議在設(shè)計階段，盡量避免道岔側(cè)向前設(shè)置大坡度的困難條件，若受現(xiàn)場條件限制必須設(shè)置時，宜在設(shè)計說明文件中加以說明，并增加道岔側(cè)向設(shè)計速度-10 km/h 的速度值通過能力驗(yàn)算。

（2）建議在線路允許速度確認(rèn)階段，建設(shè)單位、設(shè)計單位、運(yùn)營單位應(yīng)重點(diǎn)研究確定大坡度下道岔側(cè)向允許速度值，避免聯(lián)調(diào)聯(lián)試提速試驗(yàn)階段出現(xiàn)橫向加速度Ⅲ級偏差，導(dǎo)致重新修改允許速度和信號列控數(shù)據(jù)。該文提到的案例最終將2#~4# 道岔側(cè)向允許速度修改為70 km/h。