南京麒麟有轨电车工程核心部件选择研究论文
摘要：近年来, 国内城市建设现代有轨电车工程越来越多, 这些工程都采用了槽型轨道铺设。以南京麒麟有轨电车工程为例简述了工程现状, 对轨道工程设计标准进行了说明, 详细分析了轨道工程关键部件 (钢轨、道岔、扣件) 的选型。最后对现代有轨电车轨道工程关键部件的应用进行了归纳总结。
关键词：现代有轨电车; 轨道工程; 槽型轨; 道岔;
随着城市现代化进程的加剧, 我国许多城市建设了大量的地铁和轻轨, 但其耗资巨大、建设周期长、运营成本高, 给城市发展带来了瓶颈。现代有轨电车作为一种新型绿色中、低运量公共交通系统, 具有节能环保、舒适安全、运营灵活、成本适宜的特征, 特别适用于特大城市轨道交通延伸或补充中等城市骨干公共交通[1]。轨道工程是现代有轨电车系统工程最重要的组成部分, 充分体现出现代有轨电车的特色。本文以南京麒麟有轨电车工程为例, 介绍了轨道工程设计要求, 对关键部件的选型进行了分析。
1 工程概述
南京市麒麟科技创新园快速公共交通工程 (一号线) 项目起点位于马群, 终点位于石杨路, 线路沿马群新街南延、北湾营街和运粮河东路敷设, 沿线跨越绕城高速、仙宁铁路和宁芜铁路, 共计13个车站, 全线全长8.95km, 其中马群特大桥1.02km, 马群站为高架站, 其余12座车站为地面站, 平均站距728m, 与即有地铁2号线以及规划的S6号线、8号线、10号线及12号线衔接。
正线线路采用半独立路权模式, 即有轨电车线路在路段拥有独立路权, 在交叉口采用平交, 并与其他地面交通流混行。
本工程有轨电车最高运行速度70km/h, 高架线为接触网供电, 地面线为蓄电池供电。车辆初期为5模块, 近远期为7模块, 车辆轴重12.5t。线路最大坡度45.793‰, 线路最小曲线半径40m。
2 主要设计原则及技术标准
2.1 主要设计原则[2]
(1) 有较强的整体性能, 保证行车安全、平稳、快速、舒适运行, 构造有足够的强度、稳定性、耐久性、及合适的弹性。
(2) 本工程工期短, 应统一轨道设备类型, 采用成熟、先进的技术及通用的零部件, 保证易磨损部件的可更换性, 同时便于施工。
(3) 在满足性能要求的前提下, 轨道结构还应构造简单, 减少养护维修工作量和延长使用寿命。
(4) 轨道结构不仅应满足本线运营的需要, 交叉口适应道路交通的要求, 同时兼顾景观绿化。
(5) 轨道结构采用减振降噪措施, 把振动和噪音控制在国家环保标准的允许范围内。
(6) 钢轨扣件力求构造简单、弹性好、扣压力适度、造价低, 并满足绝缘的要求, 具有通用性和互换性, 便于养护维修和降低成本。
(7) 轨道结构应具有良好的绝缘性以减少杂散电流。
2.2 主要技术标准[2]
(1) 轨距采用1435mm的标准轨距, 小半径曲线轨距加宽按照《地铁设计规范》要求。
(2) 超高:曲线最大超高采用120mm;高架线和地面非平交道口线采用外轨抬高整个超高值的方法设置超高;当线路穿越道路、平交道口时曲线地段应按道路要求综合确定。未平衡超高允许值一般为75mm, 困难情况下可为100mm。
(3) 轨道结构高度:地面线整体道床650mm, 桥梁线500mm。
(4) 车站与车站间轨道采用无缝轨道, 在车站处存在轨道接头, 小于300m采用高强度冻结接头实现无缝化。
(5) 短轨枕铺设数量:1680对/km。
3 关键部件选型
3.1 钢轨
钢轨型式分为槽型轨和工字轨。两者相对而言, 槽型轨在平交道口与社会道路衔接良好, 对机动车通过平交道口影响小, 但槽型轨造价较工字轨高35%左右, 且磨耗高。工字轨技术成熟, 成本单价较低, 运营损耗低, 但在平交道口使用工字钢轨必须在固定钢轨的同时, 由埋入轨道槽的填充物形成轮缘槽, 其整体性不如槽型钢轨好, 轮缘槽易受到磨损和破坏, 导致后期养护维修费用增加。
本工程与道路交叉路口有18处, 交叉道口比较多, 因此在平交道口选用槽型钢轨。考虑本工程正线长度较短, 交叉道口较多, 槽型轨和工字轨异性接头焊接难度较大, 故正线独立路权 (绿化带段) 也采用槽型钢轨, 即正线全线采用槽型钢轨。经与车辆主机厂沟通, 采用59R2型槽型轨最利于车辆的行驶。
出于成本的因素, 车辆基地采用传统工字轨。同样考虑到工程造价, 正线槽型轨和车辆基地工字轨均为同一生产厂家供货。
3.2 钢轨焊接
(1) 气压焊接方式。接头质量控制人为因素影响较大, 质量不易控制, 施工工效较低, 后期运营维护量大。槽型钢轨为不对称截面, 各截面厚度不同, 钢轨内温度不一致, 焊接质量难以保证, 目前槽型钢轨采用气压焊在国内无应用, 工艺参数及设备需要重新研发, 周期长, 难以保证工期要求。本工程的59R2槽型钢轨不建议采用气压焊接方式。
(2) 闪光焊接 (接触焊) 。在高铁和地铁方面为钢轨的主要焊接方式。其机械化程度高, 焊接接头质量人为因素影响较小, 焊接接头质量稳定, 焊接工效高。在槽型轨焊接方面, 在苏州有轨电车60R2槽型钢轨焊接中已有应用, 暂无相关行业标准。运用于59R2槽型钢轨焊接需重新研发焊接夹板, 并通过型式试验确定相关工艺参数。槽型轨的闪光焊属新工艺, 是今后槽型钢轨焊接发展方向, 但工艺研究及设备研发一次性投入较大。
(3) 铝热焊接。焊接自带热源, 可根据不同轨型采用定尺模具, 设备简单, 操作方便、快速, 少量人员就可进行焊接操作。钢轨铝热焊接为铸造过程, 因此焊接接头质量不太好;钢轨在焊接过程中几何位置几乎不变, 因此其平顺性取决于工装夹具。铝热焊接方式在国内地铁和高铁道岔区广泛应用, 在槽型钢轨方面, 其技术在国内外均已成熟运用, 目前国内沈阳有轨电车59R2槽型钢轨采用铝热焊接方式。
在充分考虑造价的基础上, 钢轨焊接采用以闪光焊接为主, 铝热焊接为辅的方式。
3.3 道岔
国外有轨电车道岔在线路布置上较为灵活, 完全根据街道情况和使用要求设计线路平面, 造成道岔类型较多, 难以标准化。因此在道岔平面上与我国的线路设计有较大的区别, 国外道岔设计主要是设计单节点道岔, 也就是转辙器部分, 辙叉比较灵活, 按照半径去配合辙叉。国内主要以直、侧向通过速度来选择道岔号数, 标准化程度相对较高, 可以有效减少道岔类型。有轨电车道岔在结构上和传统道岔有很大区别, 传统道岔的线路是与其他线路隔离的, 而有轨电车线路与其它线路是混行的', 道岔要预留轮缘槽, 与沥青或其他路面平齐, 而转辙器部分需要特殊设计。主要有两种形式;一是拼装焊接型, 基本轨为槽型轨与转辙器焊接, 该结构造价相对较低, 但后期养护维修的成本比较高, 对焊接技术要求较高;沈阳有轨电车道岔类似于这种结构 (图1) 。另一种就是整体型 (图2) 。
图2 整体型道岔
图1 沈阳有轨电车59R2槽型轨6号道岔
在国内有轨电车道岔使用经验的基础上, 以及参考有轨电车的过岔速度, 南京麒麟有轨电车正线采用59R2槽型轨6号道岔, 车场线采用50kg/m3号道岔。59R2槽型轨6号单开道岔直线容许通过速度为70km/h, 侧向为20km/h。轨下基础为整体道床。50kg/m3号单开道岔直线容许通过速度为30km/h, 侧向为10km/h。轨下基础为碎石道床。
3.4 扣件
扣件是联结钢轨与轨枕或其它轨下基础的重要部件, 作用是保持钢轨在轨下基础上的正确位置及钢轨与轨枕的可靠联结, 阻止钢轨的纵横向移动, 并为轨道结构提供一定的弹性。因此要求扣件具备足够的强度、扣压力和使用寿命, 并有适量的轨距、水平及高度调整量, 满足轨道调整的需要。同时还应有良好的弹性、绝缘性能以满足减振、降噪、减少杂散电流的要求。扣件还应尽量标准化、结构简单、易于铺设和养护维修。
适用于59R2槽型轨有两种W-tram型扣件和YG-1型扣件, 通过对比两种类型扣件, W-tram型扣件具有零部件减少、重量轻, 便于施工和后期维护, 且具有较高的调整量;且该系统采用优质聚酰胺塑料底版, 具有高电阻、高抗腐蚀性及高抗振性。所以本工程采用W-tram型扣件。
4 结束语
南京麒麟现代有轨电车在设计之初, 国内仅有沈阳有轨电车作为参考案例, 轨道工程关键部件可供选择的空间不够大。轨道工程涉及到土建施工与设备选型, 所以前期土建施工设计必须考虑到后期设备安装方便, 快捷。钢轨选型需充分考虑国内厂家的生产、供货条件。随着近年来国内众多城市陆续开通运营现代有轨电车, 轨道工程的标准化、系列化、通用化程度越来越高, 逐渐形成了适用于我国国情的现代有轨电车发展之路。
参考文献
[1]程樱.现代有轨电车钢轨的合理选型[J].中国市政工程, 2017 (1) .
[2]苏交科集团股份有限公司.南京市麒麟科技创新园现代有轨电车一号线初步设计[R].2012.
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