南京麒麟有軌電車工程核心部件選擇研究論文
摘要：近年來, 國內城市建設現代有軌電車工程越來越多, 這些工程都采用了槽型軌道鋪設。以南京麒麟有軌電車工程為例簡述了工程現狀, 對軌道工程設計標準進行了說明, 詳細分析了軌道工程關鍵部件 (鋼軌、道岔、扣件) 的選型。最后對現代有軌電車軌道工程關鍵部件的應用進行了歸納總結。
關鍵詞：現代有軌電車; 軌道工程; 槽型軌; 道岔;
隨著城市現代化進程的加劇, 我國許多城市建設了大量的地鐵和輕軌, 但其耗資巨大、建設周期長、運營成本高, 給城市發展帶來了瓶頸。現代有軌電車作為一種新型綠色中、低運量公共交通系統, 具有節能環保、舒適安全、運營靈活、成本適宜的特征, 特別適用于特大城市軌道交通延伸或補充中等城市骨干公共交通[1]。軌道工程是現代有軌電車系統工程最重要的組成部分, 充分體現出現代有軌電車的特色。本文以南京麒麟有軌電車工程為例, 介紹了軌道工程設計要求, 對關鍵部件的選型進行了分析。
1 工程概述
南京市麒麟科技創新園快速公共交通工程 (一號線) 項目起點位于馬群, 終點位于石楊路, 線路沿馬群新街南延、北灣營街和運糧河東路敷設, 沿線跨越繞城高速、仙寧鐵路和寧蕪鐵路, 共計13個車站, 全線全長8.95km, 其中馬群特大橋1.02km, 馬群站為高架站, 其余12座車站為地面站, 平均站距728m, 與即有地鐵2號線以及規劃的S6號線、8號線、10號線及12號線銜接。
正線線路采用半獨立路權模式, 即有軌電車線路在路段擁有獨立路權, 在交叉口采用平交, 并與其他地面交通流混行。
本工程有軌電車最高運行速度70km/h, 高架線為接觸網供電, 地面線為蓄電池供電。車輛初期為5模塊, 近遠期為7模塊, 車輛軸重12.5t。線路最大坡度45.793‰, 線路最小曲線半徑40m。
2 主要設計原則及技術標準
2.1 主要設計原則[2]
(1) 有較強的整體性能, 保證行車安全、平穩、快速、舒適運行, 構造有足夠的強度、穩定性、耐久性、及合適的彈性。
(2) 本工程工期短, 應統一軌道設備類型, 采用成熟、先進的技術及通用的零部件, 保證易磨損部件的可更換性, 同時便于施工。
(3) 在滿足性能要求的前提下, 軌道結構還應構造簡單, 減少養護維修工作量和延長使用壽命。
(4) 軌道結構不僅應滿足本線運營的需要, 交叉口適應道路交通的要求, 同時兼顧景觀綠化。
(5) 軌道結構采用減振降噪措施, 把振動和噪音控制在國家環保標準的允許范圍內。
(6) 鋼軌扣件力求構造簡單、彈性好、扣壓力適度、造價低, 并滿足絕緣的要求, 具有通用性和互換性, 便于養護維修和降低成本。
(7) 軌道結構應具有良好的絕緣性以減少雜散電流。
2.2 主要技術標準[2]
(1) 軌距采用1435mm的標準軌距, 小半徑曲線軌距加寬按照《地鐵設計規范》要求。
(2) 超高:曲線最大超高采用120mm;高架線和地面非平交道口線采用外軌抬高整個超高值的方法設置超高;當線路穿越道路、平交道口時曲線地段應按道路要求綜合確定。未平衡超高允許值一般為75mm, 困難情況下可為100mm。
(3) 軌道結構高度:地面線整體道床650mm, 橋梁線500mm。
(4) 車站與車站間軌道采用無縫軌道, 在車站處存在軌道接頭, 小于300m采用高強度凍結接頭實現無縫化。
(5) 短軌枕鋪設數量:1680對/km。
3 關鍵部件選型
3.1 鋼軌
鋼軌型式分為槽型軌和工字軌。兩者相對而言, 槽型軌在平交道口與社會道路銜接良好, 對機動車通過平交道口影響小, 但槽型軌造價較工字軌高35%左右, 且磨耗高。工字軌技術成熟, 成本單價較低, 運營損耗低, 但在平交道口使用工字鋼軌必須在固定鋼軌的同時, 由埋入軌道槽的填充物形成輪緣槽, 其整體性不如槽型鋼軌好, 輪緣槽易受到磨損和破壞, 導致后期養護維修費用增加。
本工程與道路交叉路口有18處, 交叉道口比較多, 因此在平交道口選用槽型鋼軌。考慮本工程正線長度較短, 交叉道口較多, 槽型軌和工字軌異性接頭焊接難度較大, 故正線獨立路權 (綠化帶段) 也采用槽型鋼軌, 即正線全線采用槽型鋼軌。經與車輛主機廠溝通, 采用59R2型槽型軌最利于車輛的行駛。
出于成本的因素, 車輛基地采用傳統工字軌。同樣考慮到工程造價, 正線槽型軌和車輛基地工字軌均為同一生產廠家供貨。
3.2 鋼軌焊接
(1) 氣壓焊接方式。接頭質量控制人為因素影響較大, 質量不易控制, 施工工效較低, 后期運營維護量大。槽型鋼軌為不對稱截面, 各截面厚度不同, 鋼軌內溫度不一致, 焊接質量難以保證, 目前槽型鋼軌采用氣壓焊在國內無應用, 工藝參數及設備需要重新研發, 周期長, 難以保證工期要求。本工程的59R2槽型鋼軌不建議采用氣壓焊接方式。
(2) 閃光焊接 (接觸焊) 。在高鐵和地鐵方面為鋼軌的主要焊接方式。其機械化程度高, 焊接接頭質量人為因素影響較小, 焊接接頭質量穩定, 焊接工效高。在槽型軌焊接方面, 在蘇州有軌電車60R2槽型鋼軌焊接中已有應用, 暫無相關行業標準。運用于59R2槽型鋼軌焊接需重新研發焊接夾板, 并通過型式試驗確定相關工藝參數。槽型軌的閃光焊屬新工藝, 是今后槽型鋼軌焊接發展方向, 但工藝研究及設備研發一次性投入較大。
(3) 鋁熱焊接。焊接自帶熱源, 可根據不同軌型采用定尺模具, 設備簡單, 操作方便、快速, 少量人員就可進行焊接操作。鋼軌鋁熱焊接為鑄造過程, 因此焊接接頭質量不太好;鋼軌在焊接過程中幾何位置幾乎不變, 因此其平順性取決于工裝夾具。鋁熱焊接方式在國內地鐵和高鐵道岔區廣泛應用, 在槽型鋼軌方面, 其技術在國內外均已成熟運用, 目前國內沈陽有軌電車59R2槽型鋼軌采用鋁熱焊接方式。
在充分考慮造價的基礎上, 鋼軌焊接采用以閃光焊接為主, 鋁熱焊接為輔的方式。
3.3 道岔
國外有軌電車道岔在線路布置上較為靈活, 完全根據街道情況和使用要求設計線路平面, 造成道岔類型較多, 難以標準化。因此在道岔平面上與我國的線路設計有較大的區別, 國外道岔設計主要是設計單節點道岔, 也就是轉轍器部分, 轍叉比較靈活, 按照半徑去配合轍叉。國內主要以直、側向通過速度來選擇道岔號數, 標準化程度相對較高, 可以有效減少道岔類型。有軌電車道岔在結構上和傳統道岔有很大區別, 傳統道岔的線路是與其他線路隔離的, 而有軌電車線路與其它線路是混行的', 道岔要預留輪緣槽, 與瀝青或其他路面平齊, 而轉轍器部分需要特殊設計。主要有兩種形式;一是拼裝焊接型, 基本軌為槽型軌與轉轍器焊接, 該結構造價相對較低, 但后期養護維修的成本比較高, 對焊接技術要求較高;沈陽有軌電車道岔類似于這種結構 (圖1) 。另一種就是整體型 (圖2) 。
圖2 整體型道岔
圖1 沈陽有軌電車59R2槽型軌6號道岔
在國內有軌電車道岔使用經驗的基礎上, 以及參考有軌電車的過岔速度, 南京麒麟有軌電車正線采用59R2槽型軌6號道岔, 車場線采用50kg/m3號道岔。59R2槽型軌6號單開道岔直線容許通過速度為70km/h, 側向為20km/h。軌下基礎為整體道床。50kg/m3號單開道岔直線容許通過速度為30km/h, 側向為10km/h。軌下基礎為碎石道床。
3.4 扣件
扣件是聯結鋼軌與軌枕或其它軌下基礎的重要部件, 作用是保持鋼軌在軌下基礎上的正確位置及鋼軌與軌枕的可靠聯結, 阻止鋼軌的縱橫向移動, 并為軌道結構提供一定的彈性。因此要求扣件具備足夠的強度、扣壓力和使用壽命, 并有適量的軌距、水平及高度調整量, 滿足軌道調整的需要。同時還應有良好的彈性、絕緣性能以滿足減振、降噪、減少雜散電流的要求。扣件還應盡量標準化、結構簡單、易于鋪設和養護維修。
適用于59R2槽型軌有兩種W-tram型扣件和YG-1型扣件, 通過對比兩種類型扣件, W-tram型扣件具有零部件減少、重量輕, 便于施工和后期維護, 且具有較高的調整量;且該系統采用優質聚酰胺塑料底版, 具有高電阻、高抗腐蝕性及高抗振性。所以本工程采用W-tram型扣件。
4 結束語
南京麒麟現代有軌電車在設計之初, 國內僅有沈陽有軌電車作為參考案例, 軌道工程關鍵部件可供選擇的空間不夠大。軌道工程涉及到土建施工與設備選型, 所以前期土建施工設計必須考慮到后期設備安裝方便, 快捷。鋼軌選型需充分考慮國內廠家的生產、供貨條件。隨著近年來國內眾多城市陸續開通運營現代有軌電車, 軌道工程的標準化、系列化、通用化程度越來越高, 逐漸形成了適用于我國國情的現代有軌電車發展之路。
參考文獻
[1]程櫻.現代有軌電車鋼軌的合理選型[J].中國市政工程, 2017 (1) .
[2]蘇交科集團股份有限公司.南京市麒麟科技創新園現代有軌電車一號線初步設計[R].2012.
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