西安地铁二号线车辆段设计浅谈

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　　摘要：根据西安地铁二号线车辆段的特点，详细叙述了设计内容、设计思路、设计标准，并重点讲述了轨道主要设备选型、结构设计及优化。
　　关键词：西安地铁二号线；车辆段；轨道；设计
　　Abstract: According to the characteristics of the Xi'an Subway Line Depot, described the design content, design ideas and design standards in detail, and focus on the track and major equipment selection, structural design and optimization.Key words: Xi'an Metro line; depot; track; design
　　
　　中图分类号：U231+.2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
　　
　　工程概况
　　 渭河车辆段位于西安地铁二号线北端，通过正线铁路北客站北端出岔形成出入段线，用于车辆段线路与正线的连接。
　　 渭河车辆段为尽端式布置，停车与检修并置。按其功能分别设有运用库、检修库、联合车库、吹扫库、洗车库、油漆库，承担车辆的运用、检修作业及综合维修任务。 铺轨总长度为13.762km。
　　设计思路
　　车辆段轨道结构应具有坚固性、稳定性、耐久性，以确保列车运行安全。
　　力求采用少维修的轨道结构，尽量延长大、中修周期，改善作业条件。
　　钢轨扣件的构造力求简单、强度高、造价低，并具有实用性和通用性，安装维修方便。
　　应采用先进的、成熟的技术，提高轨道的整体技术性能。
　　主要技术标准
　　轨距
　　 一般地段采用铁路标准轨距1435mm。半径R≤200m的曲线地段轨距应进行加宽，加宽在直线段递减。
　　 曲线超高
　　 出入段线碎石道床仅一处曲线，超高设计值为80mm。允许有不超过61mm的欠超高。超高顺坡率一般不大于2‰，困难地段不得大于2.5‰。超高在缓和曲线或直线段顺坡。
　　 车辆段内库外线路由于行车速度低，且空车运行，故不需设置曲线超高，但为了避免出现反超高，在施工中可设6～10mm的超高。超高采取外轨抬高全部超高设计值的方法设置。
　　钢轨
　　 出入段线及试车线采用60kg/m钢轨，其余库内、外线均采用50kg/m钢轨，材质均为U71Mn。
　　扣件
　　 一般碎石道床地段采用弹性不分开式扣件，整体道床地段及道岔采用弹性分开式扣件。
　　道床
　　 试车线检查坑及库内线均采用短枕式或立柱式混凝土整体道床，其余库外线均为新Ⅱ型预应力混凝土枕和防腐木枕碎石道床。
　　 轨道结构高度
　　 1）试车线、出入段线碎石道床为836mm（指钢轨中心线处最小距离）。
　　 2）库外线碎石道床地段为590mm（指钢轨中心线处最小距离）。
　　 3）试车线及库内线墙式检查坑地段为500mm。
　　 4）库内线横通道及无检查坑地段为900mm(含基础)。
　　轨道主要设备选型、结构设计及优化
　　车辆段扣件选型
　　 车辆段内线路类型较多，有出入段线、库外线、库内线以及试车线等。有螺栓扣件采用ω形弹条，零部件较多，安装和维护量较大，但其扣压力可通过螺栓扭矩进行调整，少量水平方面的偏差也可通过松开弹条螺栓增减轨下调高垫片来进行调整，而无需将扣件螺旋道钉松开或进行机械抬道垫碴作业，特别适用于车辆段库外线碎石道床的养护维修，对于库内线而言，由于荷载轻、速度低，轨道结构变形小，通过调整轨下垫板高度即可满足轨道水平调节的需要，可见车辆段内采用有螺栓ω弹条弹性分开式扣件更方便运营维修。
　　 综上所述，车辆段其中出入线地面段、试车线及库外线均采用国铁弹条Ⅰ型扣件（图1），这种扣件为国铁定型扣件，使用广泛，可同时兼容50kg/m、60kg/m钢轨；库内线采用DJK5-1型扣件（图2），这种扣件外形短小，能灵活地适用于各种库内线的需要，调高量较大，调整方便，已成为多个城市地铁的定型扣件。其中弹条Ⅰ型扣件采用国铁定型的新Ⅱ型预应力混凝土轨枕，DJK5-1扣件采用配套短轨枕。
　　
　　
　　新型道岔及地铁专用预应力混凝土岔枕的设计与应用
　　 本工程试车线碎石道床地段采用的9号曲尖轨道岔是近些年我院根据国铁道岔的发展趋势，设计的新型相离型弹性可弯曲线尖轨道岔，在提高了过岔的舒适度的同时，兼具有良好的耐磨性，以往均采用木岔枕，木岔枕在强度、稳定性及耐久性等方面，均逊于预应力混凝土岔枕。为此确定着手研制地铁专用的预应力混凝土岔枕。
　　 国铁预应力混凝土岔枕均为等截面设计，即一组道岔的所有预应力混凝土岔枕及每根岔枕不同部位的截面均一致，这种设计一方面是考虑岔枕的受力需要，另一方面是为了方便制造。
　　 国铁预应力混凝土岔枕有两种标准截面，见图3。随着国铁几次大的提速，第一种截面（上宽240mm）已逐渐淘汰，目前主要采用的是第二种（上宽260mm）。
　　
　　(1) 国铁预应力混凝土岔枕两种标准截面 (2) 地铁预应力岔枕截面
　　图3预应力混凝土岔枕截面设计
　　 地铁专用岔枕截面宜尽量接近国铁岔枕，以降低制造成本。但地铁使用条件与国铁的区别较大，如国铁轴重达到25t，运行速度达到160km/h以上，而地铁轴重仅14t，运行速度也不过80km/h，故地铁岔枕直接采用国铁岔枕截面偏大。此外，还需考虑轨道结构高度方面的匹配性，所以将地铁专用预应力混凝土岔枕的高度确定为185mm。
　　 预应力混凝土岔枕的计算分析模型见图4～6，荷载方面按包容性的轴重16t、速度100km/h加以考虑，可确保岔枕的安全可靠性。
　　
　　图4 钢轨动荷载作用下准静态计算模型
　　
　　
　　 图5岔枕正弯距计算模型图6岔枕负弯距计算模型
　　自2011年9月地铁二号线开通试运营以来，岔枕状态良好，轨道结构稳定，成功经受住了实际运营的考验
　　碎石道床地段轨枕的优化
　　 以往地铁车场库外线均采用木枕，主要考虑库外线由于曲线较多，半径较小，道岔较多，其中道岔均采用木岔枕碎石道床，若采用预应力混凝土枕，在道岔用木岔枕前后还需设置木枕过渡段，所余线路很短。
　　 本线车场库外线单开道岔群均采用预应力混凝土岔枕，单开道岔间也不需要设置木枕过渡段，混凝土枕使用数量大大增加，因此，库外线均采用与地铁改进型弹条Ⅰ型扣件配套的Ⅱ型预应力混凝土轨枕。采用混凝土轨枕的优点如下：
　　可节约大量优质木材资源，体现环保和“绿色地铁”的理念。
　　延长轨枕使用寿命，提高了线路的稳定性。
　　大大地降低车辆段道岔群的铺设难度，提高了施工质量和速度。
　　库内线道床及其优化
　　 车辆段库内线根据检修工艺要求铺设不同型式的整体道床，道床结构类型需与工艺、结构等进行匹配设计。
　　 一般地段和墙式检查坑整体道床地段采用短枕式整体道床，其轨道结构高度为500mm。道床内布纵向钢筋，混凝土强度等级为C30。整体道床设置伸缩缝。
　　 工艺要求铺设立柱式检查坑整体道床地段，直接将尼龙套管按扣件尺寸准确埋入立柱内。
　　 对运营使用频率较低的库线和车间轨道，如油漆库、辅助生产车间等因使用较少，承重较轻，推荐采用直埋式轨道。
　　信号绝缘节进入小曲线半径
　　 在场段中一般设置的曲线半径都比较偏小，渭河车辆段最小半径为130m，信号专业一般在进库位置需设置绝缘节，通常会发生信号绝缘设置位置进入小曲线半径中，普通绝缘要求绝缘位置处轨缝采用对接接头，但地铁设计规范要求“辅助线和车场线半径等于及小于200m的曲线地段钢轨接头应采用错接，错接距离不应小于3m”相矛盾，因此为了满足信号和轨道的要求需在进入曲线半径需要设置绝缘节的位置采用胶结绝缘接头.
　　增加练兵线设计
　　 结合其它城市地铁建设及运营经验，为培养及提高西安地铁二号线及整个线网的维护、维修及抢救等运营保障能力，综合练兵线的建设是十分迫切和必要的。
　　 渭河车辆段综合练兵线包含一组60kg/m钢轨9#单开道岔、练兵线直线段有效长度227m。设有10m长的框架板整体道床，其余地段为碎石道床，车挡采用固定式车挡用于运营的日常演练。
　　结束语
　　 “抓大不放小”、“细节决定成败”在抓住工程特点和设计重点的同时，将研究轨道系统方方面面的细节设计。本文从设计的角度对西安地铁二号线轨道系统的设计思路进行了论述，其中凝结了许多新理念、新思路、新标准以及新构造。设计过程中深入研究了当前国内轨道技术发展的趋势和本工程的特点，确定了本工程轨道“高技术起点、高服务水平”的技术定位，实现本工程轨道整体技术达到国内领先水平的目标。
　　
　　
　　参考文献：
　　西安地铁二号线轨道设计总结西安北京城建设计研究总院有限责任公司，2011.12
　　西安地铁二号线地裂缝轨道综合技术研究中间成果报告. 西安:北京城建设计研究总院有限责任公司， 2009,8.
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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