摘 要 介绍了广州地铁1号线曲线内轨轨底坡的设置情况,简述了由于钢轨轨底坡设置不合理而引起的危害,并结合地铁的实际情况,提出了调整轨下垫板坡度的解决办法,取得了良好的实际效果。
关键词 地铁,曲线轨道,轨底坡,调整
1 基本情况
广州地铁1号线的线路主要技术标准如下:
① 设计最大行车速度80ｋｍ/ｈ。
② 最小曲线半径,区间正线在一般地段为400ｍ,困难地段为300ｍ;辅助线在一般地段为200ｍ,困难地段为150ｍ;车站一般设在直线上,困难时可设在ｒ≥800ｍ的曲线上。
③ 区间正线最大线路坡度为30‰,最小坡度为3‰。
④ 列车6辆编组,全长139.48ｍ。
⑤ 设计轴重为160ｋｎ。
⑥ 正线及辅助线采用高碳微钒(ｐｄ3)钢轨,正线采用无缝线路。
1号线轨道设计采用1∶40的轨底坡,当超高超过38ｍｍ时,内轨将向线路外倾斜。Www.11665.cOm为防止钢轨受挤压后向线路外翻倒,轨底坡的设计遵照了曲线内轨不能外倾的原则,当曲线的超高超过38ｍｍ时适当加大内轨的轨底坡,从而使内轨的轨底坡线呈水平状。
2 存在的问题
从1号线多年运营的实际情况来看,小半经曲线的钢轨主要存在如下几个问题:
① 从运营后2～3年开始,在小半径曲线的内轨轨头外侧普遍出现压溃和飞边。
② 波浪型磨耗较为严重,特别在小半径曲线地段。在2002年初,测得波浪型磨耗最大的波谷深达1.2ｍｍ。为保障运营安全,于2002年底已更换曲线的波浪型磨耗钢轨6.8ｋｍ。
③ 小半经曲线外轨的内侧经常出现剥落掉块的情况,有的甚至已达到重伤报废标准而须提前更换。
3 轨底坡的调整方案
3.1 原因分析
从1号线多年运营的实际情况来看,小半经曲线钢轨的轨底坡设置,不能满足轮轨受力关系的要求。曲线内轨和车轮的接触面没有位于钢轨的轴心,而在轨头外侧,钢轨受力不合理,从而造成内轨轨面外侧磨耗,以及外轨轨面内侧磨耗的不均匀磨耗现象。
3.2 轨底坡的调整方案
根据广州地铁1号线的实际情况,采用调整铁垫板或橡胶垫板的坡度来调整轨底坡;同时,在满足轨底坡调整的情况下,尽量减少铁垫板或橡胶垫板的规格类型。通过扣件横向抗力和锚固螺栓抗拔力的检算,经计算决定采用-1∶40和-1∶30两种规格的垫板。
1) 曲线内轨水平时外轨超高值计算
设ｈ为曲线外轨超高,ｓ为两股钢轨的中心距,则有:
1/40-ｈ/ｓ=0
对60ｋｇ/ｍ钢轨,ｓ=1508ｍｍ,可算得ｈ=37.7ｍｍ。
2) 曲线内轨中心线偏离垂线而外倾1/40时的外轨超高计算
此时有:1/40-ｈ/ｓ=-1/40
可算得ｈ=75.4ｍｍ。
为尽量减少铁垫板或橡胶垫板的规格,从超高37.7～75.4ｍｍ的中点作为轨底坡是否调整的分界点。即该点超高为56ｍｍ。
3) 曲线内轨中心线偏离垂线而外倾1/30时的外轨超高计算
此时有:1/40-ｈ/ｓ=-1/30可得ｈ=87.9ｍｍ。
所以,为使曲线内轨基本上保持不外倾,当ｈ<56ｍｍ时,曲线内轨轨底坡可不作调整;当56ｍｍ≤ｈ<90ｍｍ时,曲线内轨轨底坡设为-1∶40;当ｈ≥90ｍｍ时,曲线内轨轨底坡设为-1∶30。
根据1号线的实际情况,选定长寿路站—陈家祠站下行线ｚｋ6+657.35～ｚｋ7+235.78和东山口站—烈士陵园站下行线ｚｋ12+231.33～ｚｋ12+439.25的两曲线为实验段,按要求更换了两曲线内轨的铁垫板,以调整轨底坡的设置。其曲线要素见表1。
4 调整方案的效果评价
在轨底坡调整前后,对实验段两曲线内轨的轨底坡进行测量,部分数据见表2。
根据实验段的测量数据,以及从曲线钢轨顶面上被车轮碾磨出的光带位置变化情况,可得出以下结果。
1) 轨底坡调整后曲线内轨的光带向轨顶中心移动了10ｍｍ左右,基本接近钢轨的中心线,可见此次轨底坡调整已取得了较好的效果。
2) 曲线外轨的光带并没有因内轨轨底坡调整而产生明显的变化。
3) 有少数地段曲线内轨的光带没有达到理想的效果,主要原因是:由于地铁1号线采用短枕式整体道床,施工时轨底坡较难控制;轨底坡调整前测量的数据表明轨底坡有较大的离散性,由于轨底坡调整施工以及养护维修的实际情况,铁垫板只能采用两种调整规格,故调整时难以适应原有轨底坡离散性大的特点。
5 结 语
轨底坡设置是否合理,可根据钢轨顶面上的由车轮碾磨形成的光带位置来判定。若光带偏离轨顶中心向内,说明轨底坡设置不足;若光带偏离轨顶中心向外,说明轨底坡设置过大;若光带居中,说明轨底坡合适。地铁1号线长寿路站—陈家祠站、东山口站—烈士陵园站下行线两曲线的轨底坡经调整后,从运营1年多的情况来看,曲线内轨光带居中,钢轨的压溃和飞边、剥落掉块明显减少,波浪型磨耗也明显减轻,说明其轨底坡的调整设置是合理、可行和有效的。
参考文献
[1] 铁道部工务局.线路业务[ｍ].北京:中国铁道出版社,2000.
