無(wú)錫地鐵2號(hào)線軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

丁靜波,王　菁,曹　亮,劉　瑋

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司軌道工程設(shè)計(jì)研究院,北京　100055)

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無(wú)錫地鐵2號(hào)線軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

丁靜波,王菁,曹亮,劉瑋

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司軌道工程設(shè)計(jì)研究院,北京100055)

摘要：無(wú)錫地鐵2號(hào)線是一條東西走向的主干線路,穿越無(wú)錫市5個(gè)區(qū),線路曲線半徑小,坡度大。結(jié)合工程特點(diǎn)和調(diào)研分析,確定無(wú)錫地鐵2號(hào)線軌道系統(tǒng)方案,內(nèi)容涉及地下線、高架線及停車(chē)場(chǎng)和車(chē)輛段。重點(diǎn)介紹扣件選型、道床排水、各種減振類型、無(wú)縫線路等設(shè)計(jì)方案,通過(guò)分析不同軌道結(jié)構(gòu)形式的技術(shù)性能、適用性,細(xì)化了各專業(yè)配合設(shè)計(jì)內(nèi)容,提出技術(shù)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：軌道系統(tǒng)；軌道減振；梯形軌枕；隔離減振墊；鋼彈簧浮置板；無(wú)縫線路

1概述

無(wú)錫地鐵2號(hào)線為東西向交通主干線路，西起梅園，東至安鎮(zhèn)，線路全長(zhǎng)26.3 km，其中高架線6.73 km，地下線19.56 km(含U形槽)。全線共設(shè)車(chē)站22座，其中高架站4座，地下站18座，平均站間距約1235 m。線路西端設(shè)青龍山停車(chē)場(chǎng)，東端查橋地區(qū)設(shè)查橋車(chē)輛段。主要承擔(dān)中心城區(qū)和新區(qū)、蠡湖新城以及對(duì)外交通樞紐的東西向交通，使中心城的功能得到進(jìn)一步提高。無(wú)錫地鐵2號(hào)線走向示意見(jiàn)圖1。

本工程設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度80 km/h，采用B型車(chē)6輛編組，DC1500V接觸軌供電方式。工程預(yù)計(jì)2014年底梅園至無(wú)錫東站通車(chē)試運(yùn)行，無(wú)錫東站至安鎮(zhèn)西1站1區(qū)間晚半年開(kāi)通。本工程有以下3個(gè)方面的特點(diǎn)。

(1)減振降噪。無(wú)錫是一座江南古城，南鄰太湖，背靠惠山，歷史悠久，自然條件極好。古運(yùn)河穿城而過(guò)，有著極為豐富的水網(wǎng)體系。無(wú)錫地鐵2號(hào)線沿線多次下穿古運(yùn)河，途徑了梅園、阿炳故居、崇安寺等歷史古文化建筑，因此軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須采取減振降噪措施。

(2)雨水充沛。無(wú)錫地區(qū)全年降水量大于蒸發(fā)量，屬濕潤(rùn)地區(qū)。特別夏季5、6月份雨季較長(zhǎng)，屬梅雨季。軌道應(yīng)加強(qiáng)排水設(shè)計(jì)，對(duì)U形槽敞開(kāi)段、道岔區(qū)等地段應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，并對(duì)水患引起的不均勻沉降等地質(zhì)問(wèn)題加以預(yù)防，加強(qiáng)道床配筋設(shè)計(jì)。

(3)曲線半徑小、坡度大。無(wú)錫地鐵2號(hào)線全線共計(jì)84條曲線，占全線長(zhǎng)度的34.3%，其中有2處“S”彎曲線半徑為300 m，且位于23‰大坡道區(qū)段。小半徑是軌道薄弱環(huán)節(jié)，軌道狀態(tài)差，鋼軌側(cè)磨也較大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生異常波磨，引發(fā)二次噪聲擾民問(wèn)題；還有列車(chē)通過(guò)此地段時(shí)輪軌驅(qū)動(dòng)力加大，容易導(dǎo)致彈條和螺栓斷裂，影響行車(chē)安全。因此，軌道應(yīng)有針對(duì)性選擇軌道標(biāo)準(zhǔn)，確保強(qiáng)度及穩(wěn)定性，以滿足運(yùn)營(yíng)安全。

圖1　無(wú)錫地鐵2號(hào)線走向示意

2軌道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)軌距：1 435 mm；

(2)軌底坡：1∶40；

(3)曲線最大超高值：120 mm；

(4)鋼軌：正線及輔助線、試車(chē)線采用60 kg/m鋼軌；車(chē)輛段采用50 kg/m鋼軌；

(5)扣件：地下線采用DTⅢ2扣件，高架采用WJ-2A扣件；

(6)正線扣件(對(duì))數(shù)：一般地段按1 600對(duì)/km鋪設(shè)；

(7)道岔：正線采用9號(hào)道岔，車(chē)輛段采用7號(hào)道岔；

(8)道床：地下線采用整體道床；高架線采用縱向承軌臺(tái)式道床；

(9)按環(huán)評(píng)要求，采取綜合和分級(jí)減振措施；

(10)鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路。

3正線軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1扣件型式

本線工程扣件選型主要考慮2個(gè)方面因素：一是地區(qū)特點(diǎn)；二是應(yīng)與無(wú)錫既有地鐵統(tǒng)一。無(wú)錫地區(qū)地下水資源豐富，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生沉降，應(yīng)選用調(diào)高量大的有螺栓扣件。通過(guò)調(diào)研周邊城市軌道交通地鐵情況，確定無(wú)錫地鐵2號(hào)線選用DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件。這2種扣件調(diào)高量均可達(dá)40 mm，已有多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，也與在建的無(wú)錫地鐵1號(hào)線基本統(tǒng)一。

針對(duì)目前有些地鐵曲線地段的鋼軌異常波磨發(fā)生比例要高于直線地段問(wèn)題，實(shí)踐表明，加密扣件鋪設(shè)對(duì)數(shù)，可提高線路縱橫向約束，減緩波磨發(fā)展速度。無(wú)錫地鐵2號(hào)線在曲線半徑300 m

圖2　無(wú)錫地鐵2號(hào)線的DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件

3.2道床選型設(shè)計(jì)

無(wú)錫地鐵2號(hào)線地下線采用長(zhǎng)枕埋入式整體道床，其整體穩(wěn)定性好，施工速度快，有利于防止結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。高架線采用縱向承軌臺(tái)式整體道床，可減輕軌道二期恒載，也是國(guó)內(nèi)地鐵普遍采用的道床型式之一。無(wú)錫地鐵2號(hào)線地下線和高架線整體道床，見(jiàn)圖3。

圖3　地下線及高架線整體道床

地下長(zhǎng)枕埋入式道床采用C35混凝土，表面設(shè)不小于3%的排水橫坡，縱向設(shè)置雙側(cè)排水溝，其坡度與線路坡度一致。高架縱向承軌臺(tái)式整體道床，采用C40混凝土，道床分塊布置，每塊之間設(shè)置100 mm道床伸縮縫。道床結(jié)構(gòu)均按雙層鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)，縱向鋼筋以φ16 mm為主，結(jié)合防迷流設(shè)計(jì)要求，部分地段采用了φ20 mm鋼筋，鋼筋截面達(dá)到4 500 mm2。為加強(qiáng)高架整體道床與橋面間的連接，在橋梁上預(yù)埋4根φ14 mm的L形鋼筋，埋入橋內(nèi)深度不小于150 mm[2]。

3.3道床排水設(shè)計(jì)

道床排水主要用于排除結(jié)構(gòu)滲漏水、消防廢水和道床沖洗水等。無(wú)錫地區(qū)地下水充沛，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易導(dǎo)致軌道絕緣降低，誘發(fā)道床與結(jié)構(gòu)間剝離、不均勻沉降、翻漿冒泥等一系列的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)危及行車(chē)安全。無(wú)錫地鐵2號(hào)線對(duì)道岔區(qū)、洞內(nèi)外U形槽等區(qū)域，基本措施是將水溝由200 mm加寬至300 mm。在洞口U形槽泵房位置，考慮雨季雨水量較大，水流湍急，設(shè)置了2道橫截溝，見(jiàn)圖4。一方面加強(qiáng)橫向水溝排水能力，另一方面也避免道床水過(guò)快過(guò)多地流入下游而淹沒(méi)道床。

道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)坑排水是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。目前部分地鐵道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)坑不管是否與水溝連通，均出現(xiàn)積水問(wèn)題。轉(zhuǎn)轍機(jī)坑積水易對(duì)信號(hào)、軌道設(shè)備造成氧化腐蝕、絕緣失效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軌道“打火”問(wèn)題[3]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性變化的結(jié)構(gòu)滲漏水是導(dǎo)致道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)坑排水問(wèn)題主要原因之一。水位高時(shí)，道床兩側(cè)水溝比較滿，往轉(zhuǎn)轍機(jī)坑內(nèi)倒灌或基坑內(nèi)滲水；枯水時(shí)，基坑內(nèi)的水又無(wú)法排出。無(wú)錫地鐵2號(hào)線為了應(yīng)對(duì)這種季節(jié)性的水位變化，在每組道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)橫向溝槽位置埋設(shè)φ50 mm PVC管，并設(shè)置軟木塞。在水位高季節(jié)堵上防止倒灌，沖洗道床或滲水較多時(shí)，取出木塞將積水排出。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施表明，效果良好，見(jiàn)圖4。

圖4　U形槽敞開(kāi)段及道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)坑排水設(shè)計(jì)

3.4軌道減振設(shè)計(jì)

根據(jù)無(wú)錫地鐵2號(hào)線工程環(huán)境影響報(bào)告書(shū)，將全線減振分為中等、高等及特殊3個(gè)減振等級(jí)。其中，振動(dòng)超標(biāo)0 dB10 dB，采用鋼彈簧浮置板。

3.4.1壓縮型減振扣件

早期國(guó)內(nèi)地鐵整體硫化壓縮減振扣件是以洛德(LORD)扣件為主，澳大利亞DELKOR公司也有研發(fā)產(chǎn)品，主要供應(yīng)國(guó)內(nèi)高鐵。在滿足軌道部件互換通用的前提下，研發(fā)與DTⅢ2、WJ-2A型扣件的型式尺寸通用的整體硫化壓縮型減振扣件，在國(guó)內(nèi)尚屬首次，見(jiàn)圖5。經(jīng)測(cè)試表明，扣件靜剛度18.2 kN/mm，經(jīng)300萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，軌頭橫向位移量小于2.0 mm[4]。其軌頭橫向位移量小于減振器扣件[5]，可緩解輪踏面在鋼軌上形成橫向前進(jìn)型滑移磨耗，利于提高軌道平順性。

圖5　無(wú)錫地鐵2號(hào)線設(shè)計(jì)研發(fā)的壓縮型減振扣件

3.4.2梯形軌枕設(shè)計(jì)

梯形軌枕是由縱向PC軌枕、橫向聯(lián)接鋼管和減振部件構(gòu)成，適用于振動(dòng)超標(biāo)5～10 dB的高等減振地段[6]。無(wú)錫地鐵2號(hào)線梯形軌枕有5 900 mm及5 900mm-B 2種型號(hào)，斷面規(guī)格為(580×185) mm。5 900 mm-B型在每相鄰緩沖墊板空檔中部均增加1塊(200 mm×185 mm×12 mm)緩沖墊，主要適用于R≤500 m小曲線半徑地段。減振墊和緩沖墊均由奧地利Getzner進(jìn)口，通過(guò)簡(jiǎn)單工裝可方便實(shí)現(xiàn)抽換，并可進(jìn)行高度及減振剛度的調(diào)整。

本工程的梯形軌枕設(shè)計(jì)與DTⅢ2、WJ-2A型扣件配套，在梯形軌枕上設(shè)承軌臺(tái)和軌底坡，攻克了不規(guī)則斷面偏心設(shè)計(jì)、生產(chǎn)脫模等方面的技術(shù)難關(guān)，是地鐵預(yù)制件技術(shù)上的突破。不僅避免了增加扣件類型，也保證了軌底與枕頂?shù)母卟睢?0 mm，利于防迷流、排水和養(yǎng)護(hù)維修，見(jiàn)圖6。

圖6　地下和高架線的梯形軌枕

3.4.3道岔區(qū)隔離減振墊道床

無(wú)錫地鐵2號(hào)線僅在道岔區(qū)采用隔離減振墊道床，它主要由基底層、道床板、彈性橡膠減振墊組成。結(jié)合本工程具體廢水泵房的位置，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)完全實(shí)現(xiàn)了以兩側(cè)排水溝為主，基底中心水溝為輔排水的方式，解決了中心水溝排水能力不足的問(wèn)題。減振墊道床按分塊設(shè)計(jì)，每塊長(zhǎng)度約6 m。一般采用USM 1000-W型彈性墊層，其靜力地基模量為0.019 N/mm3，過(guò)渡段采用USM2030型彈性墊層，其靜力地基模量為0.03 N/mm3，彈性墊層厚度均為30 mm。其中青龍山停車(chē)場(chǎng)出入段50 kg/m鋼軌7號(hào)5 m交叉渡線位置，按環(huán)評(píng)要求，首次采用合成軌枕的減振墊道床[7]。

道岔區(qū)隔離減振墊道床，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，難點(diǎn)是排水和側(cè)向擋墻設(shè)計(jì)復(fù)雜，先施工基底層與側(cè)向擋墻，最后施工道床板，分2次澆筑完成，細(xì)節(jié)部分應(yīng)注意橡膠墊應(yīng)用彈性橡膠密封條，再用橡膠膨脹止水條封頂。

3.4.4鋼彈簧浮置板設(shè)計(jì)

根據(jù)環(huán)評(píng)要求，針對(duì)下行穿越敏感點(diǎn)及振動(dòng)超標(biāo)大于10 dB地段，采取鋼彈簧浮置板減振。本工程有1段300 m雙向“S”彎曲線的鋼彈簧浮置板，下穿居民樓，設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)。在鋼彈簧浮置板上設(shè)置凸臺(tái)，增加浮置板的參振質(zhì)量，以滿足預(yù)期的減振效果；還能起到一定防止列車(chē)脫軌功能，增強(qiáng)列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全和穩(wěn)定性，見(jiàn)圖7。另外，針對(duì)小半徑磨耗問(wèn)題，在加密扣件基礎(chǔ)上，設(shè)置了涂油器潤(rùn)滑系統(tǒng)，也建議運(yùn)營(yíng)期間應(yīng)合理控制行車(chē)速度，以減緩初始波磨不平順，防止在列車(chē)持續(xù)的激振作用下，發(fā)生異常波磨問(wèn)題。

圖7　鋼彈簧浮置板道床結(jié)構(gòu)

3.5無(wú)縫線路設(shè)計(jì)

無(wú)錫地鐵2號(hào)線正線(含道岔)按跨區(qū)間無(wú)縫線路設(shè)計(jì)。為便于運(yùn)營(yíng)后道岔的養(yǎng)護(hù)維修及更換，地下線在道岔前后設(shè)1根插入軌，采用凍結(jié)接頭，并設(shè)置合適的軌端片[8]。高架線為避免長(zhǎng)鋼軌位移向道岔內(nèi)傳遞，在道岔前后均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器(簡(jiǎn)稱調(diào)節(jié)器)，道岔與調(diào)節(jié)器間插入軌也均凍結(jié)，減少軌縫，提高平順性。

本工程無(wú)縫線路設(shè)計(jì)重點(diǎn)是特大跨橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)。無(wú)錫地鐵2號(hào)線最大跨度橋是跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁，溫度跨達(dá)到250 m，需設(shè)置小阻力扣件，以降低梁軌作用力，釋放梁端位移。根據(jù)橋梁的跨度、支座布置、橋墩線剛度、線路縱向阻力等資料，建立有限元模型計(jì)算鋼軌附加力[9]。經(jīng)計(jì)算，跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁?jiǎn)喂射撥壣炜s力T1結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8　跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁鋼軌伸縮力

按《鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10015—2012)要求，對(duì)跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁的鋼軌應(yīng)力進(jìn)行檢算，包括動(dòng)彎應(yīng)力、溫度力、伸縮應(yīng)力或撓曲應(yīng)力等各項(xiàng)應(yīng)力之和均未超出鋼軌容許應(yīng)力，且理論計(jì)算的斷縫值也小于10c m[10]，確定本橋不設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

4車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)軌道設(shè)計(jì)

無(wú)錫地鐵2號(hào)線車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)內(nèi)涉及專業(yè)眾多，重點(diǎn)是加強(qiáng)專業(yè)間設(shè)計(jì)配合，做好接口設(shè)計(jì)[11]。本工程重點(diǎn)加強(qiáng)了以下幾個(gè)方面：(1)庫(kù)內(nèi)軌道與土建施工界面?？紤]土建的施工誤差難以滿足軌道鋪設(shè)的要求，庫(kù)內(nèi)柱式、壁式整體道床，軌道結(jié)構(gòu)高度500 mm范圍內(nèi)均由軌道單位施工；(2)信號(hào)專業(yè)配合設(shè)計(jì)。軌道配軌應(yīng)滿足信號(hào)軌道電路絕緣要求，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)軌；庫(kù)內(nèi)整體道床應(yīng)預(yù)留波導(dǎo)管安裝空間。(3)供電專業(yè)配合設(shè)計(jì)。在車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)接觸軌支架通過(guò)化學(xué)錨栓安裝在預(yù)應(yīng)力混凝土枕上?；炷琳砩项A(yù)留4個(gè)φ18 mm的孔，垂直于線路方向孔間距為120 mm。軌道鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)按照接觸軌專業(yè)要求，布設(shè)預(yù)留有孔預(yù)應(yīng)力混凝土枕。

5結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)介紹了無(wú)錫地鐵2號(hào)線軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，針對(duì)不同的軌道結(jié)構(gòu)型式，提出了一些優(yōu)化措施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后基本有效可行。目前無(wú)錫地鐵2號(hào)線軌道正在工程竣工驗(yàn)收，已完成冷滑、熱滑，已具備空載試運(yùn)營(yíng)條件。

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The Design of Wuxi Metro Line 2 Track SystemDING Jing-bo, WANG Jing, CAO Liang, LIU Wei

(Track Engineering Design & Research Institute, China Railway Engineering

Design & Consultant Group, Beijing 100055, China)

Abstract：Wuxi Metro Line 2 is an east-west trunk line, passing through 5 districts in Wuxi. The curve radius is small with steep slopes. Based on the analysis of engineering characteristics and investigations, system plan of the line 2 of Wuxi metro rail system is drawn out, covering underground lines, viaduct lines, parking lot and the depot. This paper focuses on fastener selection, bed drainage, various vibration types, seamless steel line and design scheme. Through the analysis of technical performances of different track structures, the design details are addressed and technical optimization scheme is proposed.

Key words：Track system; Track vibration; Ladder sleeper; Rubber pad; Spring floating slab; CWR

中圖分類號(hào)：U231； U213.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.007

文章編號(hào)：1004-2954(2015)01-0029-04

作者簡(jiǎn)介：丁靜波(1979—)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:dingjbo@163.com。

收稿日期：2014-04-19； 修回日期：2014-04-30