本發(fā)明涉及鐵道工程，特別涉及一種橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)、站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在艱險山區(qū)以及水網(wǎng)密集區(qū)域，在鐵路及城市軌道交通建設(shè)過程中，受制于地形條件，難免會出現(xiàn)車站咽喉區(qū)不得不設(shè)置于高架橋上的情況，即需于橋上設(shè)置道岔區(qū)。

2、由于道岔結(jié)構(gòu)及受力狀態(tài)復(fù)雜，當(dāng)設(shè)置于橋上時，梁縫兩側(cè)的梁端出現(xiàn)伸縮及撓曲變形、梁端轉(zhuǎn)角等，極易造成道岔幾何形位變化，引起道岔平面線型不良、軌排框架變形、尖軌竄動等病害，降低列車過岔時的平穩(wěn)性，增加脫軌風(fēng)險，形成潛在的安全隱患。

3、咽喉區(qū)站線一般由正線、到發(fā)線、渡線組成。一般情況下，正線與到發(fā)線平行設(shè)置，渡線與二者斜交。由于橋梁一般為沿正線(或到發(fā)線)布置，故梁縫一般垂直于正線(或到發(fā)線)，因此梁縫與渡線之間往往存在一定夾角，即梁縫與渡線斜交。反映在渡線軌道結(jié)構(gòu)上，即為軌枕與梁縫不平行。由于軌枕排布較密，且軌枕及梁縫均具有一定寬度，若二者不平行，則必然會出現(xiàn)軌枕懸出梁縫的情形，使橋上軌道難以實(shí)施。

4、為解決這一問題，已有的技術(shù)方案往往是從橋梁結(jié)構(gòu)入手，通過增大橋梁跨度、采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)等方式，盡量減少梁縫數(shù)量，從而將梁縫對道岔區(qū)軌道的影響降至最低，但由此造成了橋梁建設(shè)成本的大幅增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中通過增大橋梁跨度或采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)等方式來減少梁縫數(shù)量，從而將梁縫對道岔區(qū)軌道的影響降至最低，所存在的橋梁建設(shè)成本的大幅增加的不足，提供一種橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)、站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法及系統(tǒng)，其克服目前存在的鐵路咽喉區(qū)橋梁不得不進(jìn)行特殊設(shè)計(增大橋梁跨度、采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu))的問題，節(jié)約工程建設(shè)成本。

2、在第一方面，本發(fā)明提供一種橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)，包括

3、正線，沿垂直于梁縫的方向設(shè)置；

4、到發(fā)線，沿垂直于梁縫的方向設(shè)置；

5、渡線，傾斜連接于所述正線和所述到發(fā)線之間，所述正線、到發(fā)線和渡線均包括道岔范圍和非道岔范圍，所述道岔范圍包括所述正線與所述渡線的連接處道岔或所述到發(fā)線與所述渡線的連接處道岔，所述道岔包括道岔道床和岔枕，所述道岔道床和岔枕均全部位于橋梁的梁段上；

6、所述道岔具有關(guān)鍵部位，所述關(guān)鍵部位全部位于橋梁的梁段上；

7、所述正線的非道岔范圍的軌枕和道床塊全部位于橋梁的梁段上；

8、所述到發(fā)線的非道岔范圍的軌枕和道床塊全部位于橋梁的梁段上；

9、所述渡線的非道岔范圍包括異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、斜交扣件、普通道床塊、普通軌枕和普通扣件，所述異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、普通道床塊和普通軌枕均全部位于橋梁的梁段上；

10、所述異形道床塊鄰接于梁縫的一側(cè)，所述異形道床塊遠(yuǎn)離梁縫的一邊與所述渡線垂直，所述異形道床塊臨近所述梁縫的一邊與所述梁縫平行；

11、所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕設(shè)置在所述異形道床塊中；在所述異形道床塊中，從遠(yuǎn)離所述梁縫一端到臨近所述梁縫一端的所有所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角漸變設(shè)置，遠(yuǎn)離所述梁縫一端的首根所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述渡線垂直，臨近所述梁縫一端的首根漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述梁縫平行；

12、所述斜交扣件包括斜交承軌槽，所述斜交承軌槽與所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕在水平面上傾斜設(shè)置，所述渡線的鋼軌適配安裝于所述斜交承軌槽內(nèi)。

13、本方案中，道岔區(qū)結(jié)構(gòu)位于橋梁上，且橋梁在縱向存在若干梁段，縱向相鄰梁段之間具有梁縫，道岔區(qū)結(jié)構(gòu)的正線和到發(fā)線均包括道岔范圍和非道岔范圍，將正線和到發(fā)線的非道岔范圍的軌枕和道床塊全部設(shè)置于梁段上方，避免與梁縫存在交集。且將道岔的關(guān)鍵部位設(shè)置在梁段上，不與梁縫相交，以避免梁端變形對道岔整體線型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不利影響；將渡線的道岔范圍的道岔道床和岔枕、非道岔范圍的異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、斜交扣件、普通道床塊和普通軌枕均設(shè)置在梁段上，不與梁縫相交，使梁縫盡量處于相鄰岔枕中間位置、相鄰兩漸變偏轉(zhuǎn)軌枕中間位置以及相鄰普通軌枕中間位置，以保證岔枕、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、相鄰普通軌枕距離梁端具有足夠的空間以布置鋼筋網(wǎng)和設(shè)置混凝土保護(hù)層，提高梁端道床的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性。

14、且渡線在非道岔范圍的梁縫兩側(cè)采用異形道床塊，所述異形道床塊遠(yuǎn)離梁縫的一邊與所述渡線垂直，所述異形道床塊臨近所述梁縫的一邊與所述梁縫平行，相比于采用矩形道床塊，異形道床塊能夠適應(yīng)漸變偏轉(zhuǎn)軌枕的設(shè)置角度和設(shè)置間距，進(jìn)而適應(yīng)渡線與梁縫斜交的工況。在異形道床塊臨近所述梁縫的一邊與所述梁縫平行的前提下，可以設(shè)置臨近所述梁縫一端的首根漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述梁縫平行，避免了漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與梁縫相交、或梁縫兩側(cè)漸變偏轉(zhuǎn)軌枕間距過大等情況的出現(xiàn)。同時，遠(yuǎn)離所述梁縫一端的首根所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述渡線垂直，即異形道床塊內(nèi)的漸變偏轉(zhuǎn)軌枕的角度發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，通過從遠(yuǎn)離所述梁縫一端到臨近所述梁縫一端的所有所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的角度漸變設(shè)置，能夠控制縱向相鄰兩個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕之間的最大間距和最小間距，使得縱向相鄰兩個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕之間的間距滿足要求，保證受力。

15、采用本方案中的橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)，在相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的前提下，能夠保證道岔的關(guān)鍵部位、道岔區(qū)的岔枕、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、普通軌枕、異形道床塊和普通道床塊均避開梁縫結(jié)構(gòu)，以避免梁端變形對道岔整體線型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不利影響，提高梁端道床的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，克服渡線與梁縫斜交處的軌道設(shè)計難題，確保軌道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和運(yùn)營服役性能。

16、優(yōu)選的，在所述異形道床塊中，從靠近所述梁縫一端到遠(yuǎn)離所述梁縫一端的所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕依次編號為0，1，2，……，n；則第n個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述渡線之間的夾角βn為：

17、βn＝β0+(n/n)·θ；

18、其中：

19、βn——第n個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角；

20、β0——渡線與梁縫之間的夾角；

21、n——漸變偏轉(zhuǎn)軌枕編號；

22、n——異形道床塊的漸變偏轉(zhuǎn)軌枕最大編號；

23、θ——渡線與正線或到發(fā)線之間的夾角，θ＝θ0，θ0為道岔轍叉角；θ0＝arctan(1/n0)，n0為道岔號數(shù)。

24、將從靠近所述梁縫一端到遠(yuǎn)離所述梁縫一端的n個所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕按對應(yīng)角度設(shè)置，能夠控制縱向相鄰兩個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕之間的最大間距和最小間距更加均衡，使得縱向相鄰兩個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕之間的間距滿足要求并提高受力的均衡性。

25、優(yōu)選的，所述斜交承軌槽與對應(yīng)漸變偏轉(zhuǎn)軌枕的夾角為βn，保證斜交承軌槽與渡線的線型方向相同，能夠更好的固定鋼軌。

26、在第二方面，本發(fā)明提供一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，用于設(shè)計所述的橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)，包括以下步驟：

27、s100：在保證正線與到發(fā)線位置不變的前提下，根據(jù)道岔關(guān)鍵部件與梁縫的相對位置關(guān)系調(diào)整渡線位置，使得道岔關(guān)鍵部件不在梁縫上；

28、s200：據(jù)渡線的岔枕與梁縫的相對位置關(guān)系調(diào)整站線間距，使得縱向相鄰兩個岔枕位于對應(yīng)梁縫兩側(cè)且岔枕與梁縫之間的距離大于或等于最小混凝土厚度；其中，站線間距包括正線與到發(fā)線的間距、到發(fā)線與到發(fā)線的間距和/或正線與正線的間距；

29、s300：根據(jù)渡線與梁縫之間的夾角設(shè)計異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕和斜交扣件。

30、本方案中的一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，通過平移微調(diào)渡線位置使道岔關(guān)鍵部件避開梁縫結(jié)構(gòu)，以避免梁端變形對道岔整體線型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不利影響；然后通過微調(diào)站線間距調(diào)控梁縫與岔枕之間的相對位置，使梁縫盡量處于相鄰兩岔枕中間位置，以保證岔枕距離梁端具有足夠的空間以布置鋼筋網(wǎng)和設(shè)置混凝土保護(hù)層，提高梁端道床的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性；最后通過設(shè)計異形道床塊、布設(shè)漸變偏轉(zhuǎn)軌枕及設(shè)計相應(yīng)的斜交扣件，克服渡線與梁縫斜交處的軌道設(shè)計難題，確保軌道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和運(yùn)營服役性能，使得當(dāng)鐵路咽喉區(qū)在橋梁上時，無需對咽喉區(qū)橋梁進(jìn)行特殊設(shè)計。

31、優(yōu)選的，所述s100包括以下步驟：

32、s101：在同一坐標(biāo)系下疊放初始站線平面圖與橋跨布置圖，得到站線-橋梁平面布置圖；

33、s102：以單組道岔直股中心線、側(cè)股中心線為基準(zhǔn)，在道岔設(shè)計圖中標(biāo)示單組道岔關(guān)鍵部件區(qū)域作為標(biāo)示圖塊；

34、s103：以站線-橋梁平面布置圖上的線路為基準(zhǔn)，利用s102中的標(biāo)示圖塊標(biāo)示所有道岔關(guān)鍵部件區(qū)域獲得每組道岔的關(guān)鍵部件區(qū)域的標(biāo)示圖塊；

35、s104：檢查站線-橋梁平面布置圖上每組道岔的標(biāo)示圖塊與梁縫是否存在交集，判斷梁縫是否避開道岔關(guān)鍵部件區(qū)域；

36、s105：當(dāng)?shù)啦淼臉?biāo)示圖塊與梁縫不存在交集，直接進(jìn)入s200，當(dāng)?shù)啦淼臉?biāo)示圖塊與梁縫存在交集，則沿渡線連接的正線平移調(diào)整渡線位置，重復(fù)步驟s104，直至使得每組道岔的標(biāo)示圖塊均與梁縫不存在交集，然后進(jìn)入s200。

37、基于精細(xì)化的道岔關(guān)鍵部件區(qū)域標(biāo)示，通過對渡線進(jìn)行平移以實(shí)現(xiàn)梁縫避開道岔關(guān)鍵部件區(qū)域，從而避免了梁縫兩側(cè)的梁端變形對道岔幾何形位及結(jié)構(gòu)受力的不利影響，保證了岔區(qū)行車安全。與傳統(tǒng)設(shè)計方法，即通過增大橋梁跨度、采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)等方式以使梁縫避開整個道岔的設(shè)計方法相比，無需進(jìn)行橋跨調(diào)整或橋梁結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計，大幅節(jié)約了橋梁工程投資。

38、優(yōu)選的，所述s200包括以下步驟：

39、s201：根據(jù)經(jīng)步驟s105后的站線-橋梁平面布置圖統(tǒng)計岔心與道岔范圍內(nèi)的所有梁縫之間的相對距離；

40、s202：根據(jù)步驟s201統(tǒng)計的所有梁縫與岔心的距離，在道岔設(shè)計圖的單組道岔中標(biāo)示出所有可能出現(xiàn)的梁縫；

41、s203：判斷道岔范圍內(nèi)的對應(yīng)梁縫與岔枕間最小距離是否滿足要求；

42、s204：若存在道岔范圍內(nèi)的對應(yīng)梁縫與岔枕間最小距離不滿足要求，則調(diào)整站線間距，重復(fù)步驟s203，直至使得道岔范圍內(nèi)的對應(yīng)每處梁縫與岔枕間最小距離均滿足要求；若道岔范圍內(nèi)的對應(yīng)每處梁縫與岔枕間最小距離均滿足要求，則進(jìn)入步驟s300。

43、基于單組道岔標(biāo)示出所有可能出現(xiàn)的梁縫，可直觀顯示出整個橋上道岔群范圍內(nèi)，梁縫與各組道岔之間復(fù)雜的相對位置關(guān)系，便于后續(xù)進(jìn)行梁縫與岔枕間相對距離的精細(xì)化調(diào)整。采用本發(fā)明所述方法進(jìn)行梁縫與岔枕之間相對位置調(diào)控后，可使梁縫與岔枕間距離滿足配置鋼筋及設(shè)置一定厚度混凝土保護(hù)層的空間需求，大幅改善了岔區(qū)無砟道床的受力性能，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，減少了梁端岔區(qū)道床病害的發(fā)生。

44、優(yōu)選的，步驟s203為：

45、(1)量取每處梁縫中心線與岔枕中心線之間的最小距離l；

46、(2)判斷距離l是否滿足下式：

47、l≥ws/2+wg/2+a；

48、其中：

49、l——梁縫中心線與岔枕中心線之間的最小距離；

50、ws——岔枕寬度；

51、wg——梁縫寬度；

52、a——岔枕外側(cè)最小混凝土厚度；

53、在步驟s204中，站線間距調(diào)整幅度為：

54、δs＝(ws/2+wg/2+a±l)·tanθ；

55、其中：

56、δs——線間距調(diào)整幅度；

57、θ——渡線與正線或到發(fā)線之間的夾角，θ＝θ0，θ0為道岔轍叉角，θ0＝arctan(1/n0)，n0為道岔號數(shù)；

58、其中，a±l中±的取值原則為：

59、第一，若增加站線間距，則：當(dāng)岔枕相對于梁縫位于道岔的岔后方向時，取a+l；反之當(dāng)岔枕相對于梁縫位于道岔的岔前方向時，取a-l；

60、若減小站線間距，則：當(dāng)岔枕相對于梁縫位于道岔的岔后方向時，取a-l；反之當(dāng)岔枕相對于梁縫位于道岔的岔前方向時，取a+l。

61、通過提出梁縫與岔枕間最小距離是否滿足要求的判斷準(zhǔn)則，以及通過微調(diào)站線間距調(diào)控梁縫與岔枕間最小距離的調(diào)整方法，首次解決了橋上道岔區(qū)梁縫與岔枕之間相對位置精準(zhǔn)調(diào)控的技術(shù)難題。

62、優(yōu)選的，所述s300包括以下步驟：

63、s301：獲取渡線與梁縫之間的夾角；

64、s302：設(shè)計渡線上的異形道床塊，使得臨近梁縫的異形道床塊遠(yuǎn)離梁縫一邊與渡線垂直、臨近梁縫一邊與梁縫平行；

65、s303：在異形道床塊中布設(shè)與渡線之間的夾角漸變的漸變偏轉(zhuǎn)軌枕，使得遠(yuǎn)離所述梁縫一端的首根所述漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述渡線垂直，臨近所述梁縫一端的首根漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與所述梁縫平行；計算每個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角，對漸變偏轉(zhuǎn)軌枕水平角度進(jìn)行調(diào)整；

66、s304：設(shè)計每個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕上的斜交扣件，使得漸變偏轉(zhuǎn)軌枕的斜交承軌槽與漸變偏轉(zhuǎn)軌枕斜交。

67、本方案提出了適應(yīng)于渡線與梁縫斜交情況的異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、斜交扣件成套設(shè)計方法，首次解決了渡線與梁縫斜交位置處的無砟軌道設(shè)計難題，使渡線范圍內(nèi)無需采用整跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)以消除梁縫，極大地提高了渡線下部橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈活度，降低了橋梁工程造價。

68、優(yōu)選的，在步驟s303中，計算每個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角的步驟為：在步驟s302中設(shè)計的異形道床塊中，按距梁縫自近及遠(yuǎn)對漸變偏轉(zhuǎn)軌枕進(jìn)行編號0，1，2，……，n，則第n個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角βn為：

69、βn＝β0+(n/n)·θ；

70、其中：

71、βn——第n個漸變偏轉(zhuǎn)軌枕與渡線之間的夾角；

72、β0——渡線與梁縫之間的夾角；

73、n——漸變偏轉(zhuǎn)軌枕編號；

74、n——異形道床塊的漸變偏轉(zhuǎn)軌枕最大編號；

75、θ——渡線與正線或到發(fā)線之間的夾角，θ＝θ0，θ0為道岔轍叉角，θ0＝arctan(1/n0)，n0為道岔號數(shù)。

76、在第三方面，本發(fā)明提供一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計系統(tǒng)，用于執(zhí)行所述的一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，包括

77、輸入模塊，包括站線平面圖輸入子模塊、橋跨布置圖輸入子模塊、道岔設(shè)計圖輸入子模塊；

78、渡線位置調(diào)整模塊，包括道岔關(guān)鍵區(qū)域顯示子模塊和渡線調(diào)整子模塊；采用步驟s100進(jìn)行渡線位置調(diào)整；

79、站線間距調(diào)整模塊，包括梁縫統(tǒng)計子模塊、梁縫顯示子模塊和線間距調(diào)整子模塊；采用步驟s200進(jìn)行站線間距調(diào)整；

80、斜交道床設(shè)計模塊，包括異形道床塊設(shè)計子模塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕布置子模塊和斜交扣件設(shè)計子模塊；采用步驟s300計算各種偏轉(zhuǎn)角度并開展異形道床塊、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕和斜交扣件的設(shè)計；

81、輸出模塊，包括站線平面圖輸出子模塊和道床設(shè)計圖輸出子模塊；用于輸出調(diào)整后的站線平面布置圖以及設(shè)計完成的道床設(shè)計圖，所述道床設(shè)計圖包括異形道床塊布置、異形道床塊中的漸變偏轉(zhuǎn)軌枕布置、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕上的斜交扣件布置。

82、本方案中的橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計系統(tǒng)，能夠快速執(zhí)行所述的一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，方便設(shè)計人員高效率、高質(zhì)量開展多梁縫復(fù)雜站線條件下的橋上道岔群線路及軌道設(shè)計工作。

83、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

84、1.本發(fā)明提供一種橋上道岔區(qū)結(jié)構(gòu)，在相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的前提下，能夠保證道岔的關(guān)鍵部位、道岔區(qū)的道岔道床、岔枕、漸變偏轉(zhuǎn)軌枕、普通軌枕、異形道床塊和普通道床塊均避開梁縫結(jié)構(gòu)，以避免梁端變形對道岔整體線型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不利影響，提高梁端道床的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，克服渡線與梁縫斜交處的軌道設(shè)計難題，確保軌道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和運(yùn)營服役性能。

85、2.本發(fā)明提供一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，通過平移微調(diào)渡線位置使道岔關(guān)鍵部件避開梁縫結(jié)構(gòu)，以避免梁端變形對道岔整體線型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不利影響；然后通過微調(diào)站線間距調(diào)控梁縫與岔枕之間的相對位置，使梁縫盡量處于相鄰兩岔枕中間位置，以保證岔枕距離梁端具有足夠的空間以布置鋼筋網(wǎng)和設(shè)置混凝土保護(hù)層，提高梁端道床的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性；最后通過設(shè)計異形道床塊、布設(shè)漸變偏轉(zhuǎn)軌枕及設(shè)計相應(yīng)的斜交扣件，克服渡線與梁縫斜交處的軌道設(shè)計難題，確保軌道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和運(yùn)營服役性能，使得當(dāng)鐵路咽喉區(qū)在橋梁上時，無需對咽喉區(qū)橋梁進(jìn)行特殊設(shè)計。

86、3.本發(fā)明提供橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計系統(tǒng)，能夠快速執(zhí)行所述的一種橋上道岔區(qū)站線-軌道協(xié)調(diào)設(shè)計方法，方便設(shè)計人員高效率、高質(zhì)量開展多梁縫復(fù)雜站線條件下的橋上道岔群線路及軌道設(shè)計工作。