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        現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用

        2018-01-21 18:13:32羅信偉
        城市軌道交通研究 2018年1期
        關(guān)鍵詞:型式扣件道岔

        羅信偉

        (廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司,510010,廣州∥高級(jí)工程師)

        近年來,我國現(xiàn)代有軌電車蓬勃發(fā)展,大連、北京、上海、蘇州、沈陽、廣州、天津、珠海、淮安、成都、深圳、佛山、三亞等地先后啟動(dòng)了現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目,不少城市有軌電車的線網(wǎng)規(guī)劃甚至超過1 000 km。

        伴隨著現(xiàn)代有軌電車的快速發(fā)展,許多系統(tǒng),如車輛、供電、信號(hào)、軌道等快速完成了引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新。本文主要針對(duì)我國有軌電車軌道結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新展開探討。

        1 國外現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)

        現(xiàn)代有軌電車在歐美國家發(fā)展較早,其軌道結(jié)構(gòu)主要有有砟軌道和無砟軌道兩種。

        1.1 有砟軌道

        有砟軌道多用于郊區(qū)或道路條件較好、專用路權(quán)地段。這種結(jié)構(gòu)與一般鐵路、地鐵沒有明顯差異。

        1.2 無砟軌道

        無砟軌道多用于道路交通條件有限,或?qū)G化要求較高的地段。根據(jù)其軌枕及道床型式不同,目前國外使用的現(xiàn)代有軌電車無砟軌道主要有:整體灌注式整體道床、短枕式整體道床、直接埋入式軌道、嵌入式連續(xù)彈性軌道等型式(分別見圖1~4)。

        圖1 整體灌注式整體道床

        圖2 短枕式整體道床

        圖3 直接埋入式軌道

        圖4 嵌入式連續(xù)彈性軌道

        圖1、2、4所示的軌道結(jié)構(gòu)在國內(nèi)均有使用案例。圖3的直接埋入式軌道是一種無扣件軌道系統(tǒng),用軌距拉桿固定左右股鋼軌后,用支墩及木墊塊支撐,然后直接澆筑混凝土,以固定鋼軌形位。這種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,但無法維修,軌道彈性也較差。

        2 國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)

        根據(jù)輪軌關(guān)系不同,我國現(xiàn)代有軌電車可分為膠輪系統(tǒng)和鋼輪-鋼軌系統(tǒng)兩種。

        2.1 膠輪系統(tǒng)軌道型式

        上海張江、天津?yàn)I海新區(qū)采用了Translohr膠輪有軌電車系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用中央導(dǎo)向系統(tǒng)+膠輪的型式,導(dǎo)向軌(見圖5)焊接成無縫線路后,用高分子材料直接埋入鋼軌槽中。

        圖5 采用膠輪系統(tǒng)的現(xiàn)代有軌電車導(dǎo)向系統(tǒng)

        2.2 鋼輪-鋼軌系統(tǒng)軌道型式

        近年來我國大力發(fā)展的現(xiàn)代有軌電車多采用鋼輪-鋼軌系統(tǒng)。其軌道結(jié)構(gòu)除了少數(shù)郊區(qū)線路采用有砟軌道外,一般均采用無砟軌道。有整體灌注式整體道床、短枕式整體道床、長(zhǎng)枕式整體道床、預(yù)制板式整體道床、嵌入式軌道等。

        2.2.1 整體灌注式整體道床

        整體灌注式整體道床,將鋼軌與扣件組成軌排,軌排定位后,直接澆筑道床混凝土(如圖6所示)。

        圖6 整體灌注式整體道床

        該軌道結(jié)構(gòu)主要使用德國Vossloh公司的W-Tram系列扣件。在蘇州、淮安的現(xiàn)代有軌電車線路上采用。該結(jié)構(gòu)將扣件直接埋入道床,需將道床面澆筑略蓋過扣件基板底,扣件下填充混凝土,使扣件較為穩(wěn)定。其對(duì)扣件下混凝土搗固的要求較高,以保證扣件下混凝土的密實(shí)度。

        2.2.2 短枕式整體道床

        短枕式整體道床使用鋼筋混凝土短枕,將鋼軌、扣件、短枕組裝成軌排后,現(xiàn)場(chǎng)澆筑道床混凝土,一般采用縱向承軌臺(tái)式道床(見圖7)。這種結(jié)構(gòu)在沈陽、青島等有軌電車線路上使用。

        這種軌道型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便,但由于兩根鋼軌相對(duì)獨(dú)立,施工調(diào)整量較大,保持軌底坡能力較弱,對(duì)軌道施工要求較高。

        2.2.3 長(zhǎng)枕式整體道床

        長(zhǎng)枕式整體道床(見圖8)采用普通預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕,將鋼軌、扣件、軌枕組成軌排后,將道床縱向鋼筋穿過軌枕預(yù)留孔,道床鋼筋綁扎后澆筑道床混凝土。

        此種軌道型式能很好地保持兩根鋼軌相對(duì)位置及軌底坡,是近年來軌道交通地下線最常用的軌道型式,這種結(jié)構(gòu)在廣州海珠區(qū)環(huán)島的現(xiàn)代有軌電車線路中已使用。

        圖7 短枕式整體道床

        圖8 長(zhǎng)枕式整體道床

        2.2.4 預(yù)制板式整體道床

        目前,各地鐵公司對(duì)采用預(yù)制板軌道結(jié)構(gòu)(見圖9)非常感興趣,在現(xiàn)代有軌電車線路上也進(jìn)行了一些嘗試。青島城陽現(xiàn)代有軌電車線路參考了高鐵CRTSⅢ板,板下設(shè)自密實(shí)混凝土調(diào)整層,已鋪設(shè)了預(yù)制板試驗(yàn)段。

        這種結(jié)構(gòu)型式對(duì)提高軌道鋪設(shè)精度比較有利,而且單元板維修方便,對(duì)路基沉降適應(yīng)能力較強(qiáng),但其造價(jià)相對(duì)較高。

        圖9 預(yù)制板式整體道床

        2.2.5 嵌入式連續(xù)彈性軌道

        嵌入式連續(xù)彈性軌道(以下簡(jiǎn)稱嵌入式軌道)是一種無扣件系統(tǒng)的軌道結(jié)構(gòu),采用現(xiàn)澆高分子材料將鋼軌鎖定在承軌槽中,以形成連續(xù)彈性支撐(見圖10)。這是對(duì)傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的顛覆性改變,由于對(duì)填充材料性能要求較高,故造價(jià)較高。這種結(jié)構(gòu)在國外有一些使用案例,而在國內(nèi)尚處于開發(fā)試驗(yàn)階段。因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)型式,在施工工藝、維修方式、使用壽命等方面均需要時(shí)間檢驗(yàn)。這種結(jié)構(gòu)目前在成都的新津R1線、IT大道線、蓉2號(hào)線和云南紅河州蒙自T1線等線路上均有使用。

        2.3 槽型軌生產(chǎn)及焊接工藝

        圖10 嵌入式軌道

        有軌電車以地面線為主,普遍有和社會(huì)車輛混行的要求,需將鋼軌埋入地面;同時(shí)由于線路曲線半徑小,對(duì)護(hù)軌的需求更廣,此時(shí),槽型軌優(yōu)勢(shì)就突顯出來。實(shí)踐證明,槽型軌是埋入式軌道的最佳選擇。

        2013—2015年間,國內(nèi)幾大鋼軌生產(chǎn)廠商迅速開展槽型軌生產(chǎn)研發(fā),逐步具備了較為成熟的生產(chǎn)能力。同時(shí),鐵道科學(xué)研究院開展了槽型鋼軌供貨技術(shù)條件、槽型鋼軌鋁熱焊、移動(dòng)式接觸焊設(shè)備及其工藝的研究,并得到了廣泛推廣。尤其是移動(dòng)式接觸焊的推廣,極大地提高了槽型軌的焊接質(zhì)量。

        目前,我國國產(chǎn)槽型軌型號(hào)主要有59R2、60R2兩種(見圖11、圖12),隨著生產(chǎn)工藝日臻成熟,配套工藝逐步完善,在全國已普及使用。

        圖11 59R2槽型軌標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

        2.4 槽型軌的扣配件

        槽型鋼軌與此前我國常規(guī)鋼軌有很大差異。針對(duì)軌型,結(jié)合現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)維修條件,各設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位對(duì)槽型軌扣件進(jìn)行了一系列的研發(fā),實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

        圖12 60R2槽型軌標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

        目前,我國在用的槽型軌扣件型式主要有ω型彈條有螺栓扣件和e型彈條無螺栓扣件兩種(見圖13)。為了提高扣件的防腐蝕性能,部分線路還采用了尼龍基板代替鐵墊板。

        2.5 現(xiàn)代有軌電車專用道岔

        現(xiàn)代有軌電車具有良好的曲線通過性能,線路最小曲線半徑可達(dá)到25 m,更適用穿行于城市道路之中的線路。與之配套,現(xiàn)代有軌電車正線道岔一般采用槽型軌6#道岔(導(dǎo)曲線半徑為50 m),車場(chǎng)線采用3#道岔(導(dǎo)曲線半徑為25 m)。同時(shí),道岔型式也趨于多樣化,出現(xiàn)了單開道岔、交叉渡線、對(duì)稱道岔、三開道岔(見圖14)、井字交叉(見圖 14)、曲線道岔、梳子型道岔(見圖15)等型式。

        目前,我國幾大道岔廠逐步具備了多種類型現(xiàn)代有軌電車道岔的生產(chǎn)能力。

        圖14 三開道岔及“井”字形交叉

        圖15 梳子型道岔

        3 結(jié)語

        現(xiàn)代有軌電車在我國屬于新興產(chǎn)業(yè),其軌道結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)軌道交通有著很大的差別。近幾年,我國在鋼軌、扣件、道岔等設(shè)備及其配套設(shè)備上進(jìn)行了一系列創(chuàng)新、研發(fā),形成了全面國產(chǎn)化能力??傮w而言,由于輪軌接口的改變,幾乎所有軌道設(shè)備均屬于創(chuàng)新。其中主要有以下幾大類:

        (1)軌道類型:預(yù)制板式整體道床、嵌入式連續(xù)彈性軌道。

        (2)槽型軌:生產(chǎn)制造設(shè)備、工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、焊接設(shè)備(鋁熱焊、接觸焊)及其技術(shù)要求。

        (3)配套的扣配件:各種適用于槽型軌的扣配件。

        (4)道岔:6#道岔(單開、交叉渡線、三開),3#道岔(單開、交叉渡線),梳子型道岔,對(duì)稱道岔。

        (5)其他與以上有接口的軌道設(shè)備,如槽型軌接頭夾板、軌枕、車擋等。

        我國的現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)還有待時(shí)間的檢驗(yàn),對(duì)于埋入式軌道的維修、軌道產(chǎn)品壽命等方面還有待驗(yàn)證,在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間里,還需進(jìn)行以下幾方面的深入研究:

        (1)各種軌道類型的適用性、可維修性、耐久性的驗(yàn)證,尤其是比較特殊的預(yù)制板和嵌入式軌道。

        (2)埋入式軌道迷流對(duì)周邊環(huán)境的影響。

        (3)提高埋入式槽型軌、扣配件防腐蝕性能的措施。

        (4)更靈活、復(fù)雜的道岔型式的研究,如曲線道岔等。

        (5)繼續(xù)完善與現(xiàn)代有軌電車有關(guān)的配套軌道產(chǎn)品,如鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器、新型車擋等。

        [1] 李京增,李力,李金華.現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)探析[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2014(5):56.

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