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1概述
城市軌道交通區(qū)間線路長度一般為1～2km,車輛加速及減速較快,列車在同一線路曲線(特別是較長的曲線)范圍內(nèi)運行時,最高速度與最高速度差異較大,新版的地鐵設(shè)計規(guī)范(GB501572003)僅給出了軌道曲線超高的計算公式及允許的******欠超高,一些相關(guān)的設(shè)計手冊及資料也未有論述,難以應(yīng)對在設(shè)計工作中遇到的各種復(fù)雜情況,本文詳細論述了曲線軌道超高的設(shè)置方法及設(shè)置超高時需注意的問題。
2曲線超高計算公式
車輛在曲線軌道上運行時,產(chǎn)生離心力,為平衡離心力,在曲線軌道上設(shè)超高,借助車輛重力的水平分力以抵消離心力,達到內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻,垂直磨耗相等,減小離心加速度,增加乘客旅行舒適感,以及提高線路穩(wěn)定性和行車安全。
超高計算采用《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB501572003)中計算公式
3 欠超高與過超高的極限值
確定城市軌道交通曲線軌道超高時,由于規(guī)范對******超高值的規(guī)定及列車在曲線上運行速度的變化,超高與行車速度不可能做到恰好匹配,因而不可避免會產(chǎn)生未被平衡的橫向加速度,欠超高與過超高是未被平衡的離心加速度和向心加速度的另一種表示方法。
《地鐵設(shè)計規(guī)范》第6 2 8條規(guī)定:曲線的******超高值為120mm,當設(shè)置的超高值不足時,一般可允許有不大于61mm的欠超高(hq)。對于過超高,則沒有相關(guān)的規(guī)定。
《鐵路線路維修規(guī)則》第3 7 1條規(guī)定,未被平衡的過超高不得大于50mm。
據(jù)國際鐵路聯(lián)盟(UIC)有關(guān)資料,在列車運行速度為80～120km/h的線路上,一般可允許有不大于50mm的過超高(hg),允許的******值為70mm。
城市軌道交通車車輛軸重輕,運行速度低,道床型式主要為整體道床,線路為客運專用,不存在客貨混跑的情況,列車運行的外部條件優(yōu)于國鐵及國際鐵路聯(lián)盟各國國家鐵路,所以,在設(shè)計工作中,可參考前述有關(guān)規(guī)定,即:在設(shè)置曲線軌道超高時,可允許有不大于50mm的過超高。
4 軌道曲線超高的確定
列車在圓曲線及前后幾個關(guān)鍵點的運行速度是計算并確定曲線軌道超高的依據(jù)。
如圖2所示,O-A-B-C-D-E為列車運行方向,其中O點為第1段超高順坡段起點,A點為圓曲線起點(第1段超高順坡段終點),B點為圓曲線中間點,C點為圓曲線終點(第2段超高順坡段起點),D點為第2段超高順坡段終點,E點距C點為一列列車長度,在線路直線段上。列車通過上述6點時運行速度分別為Vo、Va、Vb、Vc、Vd、Ve。
分別計算Va、Vb、Vc、Ve對應(yīng)的超高ha、hb、hc、he,取其中******值為h1max、最小值為h1min,計算其差值Δh1
Δh1=h1max-h1min
取ha、hb、hc(圓曲線起點、中間點、終點)中******值為h2max、最小值為h2min,計算其差值Δh2
Δh2=h2max-h2min
根據(jù)Δh1、Δh2的值,按以下幾種情況處理:
① Δh1≤hq=61mm,同時Δh2≤hq=61mm
曲線軌道超高可設(shè)為h1min,曲線范圍內(nèi)不會有超過61mm的欠超高,也不會有過超高。
② Δh1≤hq=61mm,同時hq=61mm≤Δh2≤(hq+hg)曲線軌道超高設(shè)為(h1max-hq),曲線范圍內(nèi)******欠超高為61mm,過超高不大于50mm。
③ Δh1>hq=61mm,同時hq=61mm≤Δh2≤(hq+hg)
曲線軌道超高設(shè)為(h1max-hq),曲線范圍內(nèi)******欠超高61mm,過超高不大于50mm。
④ Δh2>(hq+hg)
這種情況下,無論曲線軌道超高設(shè)多少,均無法同時滿足******欠超高小于61mm及******過超高小于50mm的條件,必須調(diào)整列車的運行速度。
5 道岔及渡線段的超高
目前城市軌道交通工程道岔及渡線大多不設(shè)超高,根據(jù)有關(guān)城市軌道交通工程資料,道岔的導(dǎo)曲線可設(shè)置6mm超高,目的不是為平衡橫向加速度,而是為了防止道岔內(nèi)導(dǎo)曲線產(chǎn)生反超高,危及行車安全。道岔設(shè)超高以后,養(yǎng)護維修工作量顯著增加,從而造成養(yǎng)護費用上升。
12號道岔的******允許通過速度為50km/h,當列車以此速度側(cè)向通過道岔時,欠超高大于《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的61mm,因此,在不影響通過能力的前提下,宜對列車側(cè)向通過道岔的運行速度加以限制。當列車以42 5km/h的速度側(cè)向通過12號道岔時,曲線軌道超高為:
由(2)式可知,列車側(cè)向通過12號道岔的速度不宜高于42 5km/h。
6 曲線超高與鋼軌磨耗
根據(jù)實測的鋼軌磨耗的資料分析表明,小于平衡超高的超高,鋼軌側(cè)磨耗量最小,鋼軌側(cè)磨量在平衡超高時為******。
北京鐵路局及昆明鐵路局的試驗研究表明,降低超高,即采用欠超高,可以減小曲線鋼軌的側(cè)磨。
廣州地鐵1號線工務(wù)部門也發(fā)現(xiàn)曲線超高采用欠超高時,鋼軌磨耗減小。
由上分析可知,曲線超高值宜采用小于平衡超高的數(shù)值。
7 曲線超高地段的軌底坡
我國目前采用1∶40的軌底坡,當超高超過37 5mm時,內(nèi)軌將向外傾斜。
在較早設(shè)計施工的國內(nèi)部分城軌工程中,為防止鋼軌承受壓力后,受擠壓向外翻倒,在超高值超過37 5mm時,內(nèi)軌軌底仍保持水平,造成內(nèi)軌軌底坡過大,當超高值為120mm時,實際內(nèi)軌軌底坡為1∶12 5。根據(jù)運營部門觀測,在曲線超高為120mm、曲線半徑為300～400m的地段,輪軌接觸反常:外軌磨光帶在鋼軌內(nèi)顎部,內(nèi)軌磨光帶在鋼軌外顎部。
理論分析及實測[5]表明,在曲線上將內(nèi)軌軌底坡適當加大,而外軌軌底坡保持1∶40不變,有利于減緩?fù)廛墏?cè)磨及機車車輛輪緣的磨耗。
由以上分析可知,曲線超高超過37 5mm時,內(nèi)軌宜按外傾設(shè)計,但應(yīng)檢算扣件抗橫向水平能力及扣件錨固螺栓抗拔力;為減緩?fù)廛墏?cè)磨,內(nèi)軌軌底坡宜適當增大,但不應(yīng)大于1∶20。 |
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