巴基斯坦拉合爾地鐵軌道設(shè)計(jì)總結(jié)與分析

曹宇澤

(中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

巴基斯坦拉合爾軌道交通橙線是在“一帶一路”中巴經(jīng)濟(jì)走廊框架下首個(gè)正式啟動(dòng)的大型軌道交通項(xiàng)目，也是巴基斯坦國內(nèi)首個(gè)城市軌道交通項(xiàng)目，正線全長約25.5 km，其中高架線長23.5 km，地下線長1.3 km，路基段長0.7 km；共設(shè)車站26座，其中高架站24座，地下站2座，設(shè)車輛段、停車場(chǎng)各一處。機(jī)車車輛采用中國B1型車，5輛編組，最高運(yùn)行速度為80 km/h；供電方式為直流750V接觸軌受電。根據(jù)分工，土建工程的設(shè)計(jì)、施工由巴方負(fù)責(zé)(主要參照美國標(biāo)準(zhǔn))，軌道工程、機(jī)電設(shè)備由中方負(fù)責(zé)(采用中國標(biāo)準(zhǔn))。項(xiàng)目建成后，中方還將承擔(dān)5年的運(yùn)營維護(hù)工作，提供從建設(shè)到運(yùn)營階段全方位的支持。

2 項(xiàng)目背景差異性分析

不同于國內(nèi)城軌項(xiàng)目，當(dāng)?shù)靥囟ǖ纳鐣?huì)、政治、宗教、地理、文化、經(jīng)濟(jì)、法律、環(huán)境等因素，對(duì)項(xiàng)目的執(zhí)行過程將產(chǎn)生多方面的影響。

2.1 地理、文化及經(jīng)濟(jì)差異性

巴基斯坦拉合爾位于南亞次大陸西北部，處于亞熱帶地區(qū)，氣候炎熱，雨季氣溫可高達(dá)47 ℃以上，晝夜溫差大，雨水充足。

拉合爾是巴基斯坦第二大城市，也是巴基斯坦的文化和藝術(shù)中心，是一座有2000多年歷史的古城，曾是莫臥兒帝國首都，有“巴基斯坦靈魂”之稱。本工程沿線分布著夏利瑪花園、Gulabi Bagh Gateway、Chauburji， Zebunnisa’s Tomb， Lakshmi Building and the General Post Office等歷史文物建筑。

巴基斯坦為發(fā)展中國家，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，總體規(guī)模較小，門類不夠齊全。

2.2 當(dāng)?shù)罔F路及軌道交通建設(shè)現(xiàn)狀的差異性

當(dāng)前，巴基斯坦國內(nèi)客貨運(yùn)輸以公路為主。其鐵路始建于1861年，1947年獨(dú)立前全國鐵路網(wǎng)已初具規(guī)模，后由于體制、資金和管理等原因，鐵路建設(shè)長期停滯不前。目前，鐵路鋪軌里程為11 658 km，運(yùn)營里程為7 791 km。其中，412 km為米軌鐵路，其余均為寬軌鐵路[1]?？傮w而言，巴鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)陳舊，設(shè)備落后，缺乏養(yǎng)護(hù)和升級(jí)改造，通行速度低，利用率不高。此外，當(dāng)?shù)厣袥]有已運(yùn)營的軌道交通線路。

2.3 建設(shè)程序的差異性

工程建設(shè)相關(guān)的部分程序、法律法規(guī)與中國不一致，如對(duì)一些關(guān)鍵程序不了解，可能導(dǎo)致投標(biāo)漏項(xiàng)、缺項(xiàng)、設(shè)計(jì)方案不合理或?qū)ο嚓P(guān)費(fèi)用估計(jì)不足等問題。

本項(xiàng)目環(huán)評(píng)由巴方負(fù)責(zé)。巴基斯坦有較為完善的環(huán)保法規(guī)體系，但巴方尚無軌道交通振動(dòng)評(píng)估預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，環(huán)境評(píng)估程序與內(nèi)容亦不健全，環(huán)評(píng)編制過程中未提出軌道減振、降噪等需求，當(dāng)?shù)胤蓛H針對(duì)文物保護(hù)建筑提出保護(hù)距離要求。

2.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的差異性

中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)潔明了，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)給定了取值范圍，強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)較多。本項(xiàng)目巴方負(fù)責(zé)的土建部分主要參照美國標(biāo)準(zhǔn)，其由強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)和自愿性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組成，多數(shù)參數(shù)取值需根據(jù)具體情況通過計(jì)算獲取[2-5]。強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)所涉及的都是直接影響安全性和兼容性的基礎(chǔ)性內(nèi)容，而自愿性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)則是在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提供的建議，不具強(qiáng)制性。

我國城軌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合我國的設(shè)計(jì)及工程項(xiàng)目建設(shè)管理模式，而在境外采用中國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)則需結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，不應(yīng)照抄照搬國內(nèi)習(xí)慣做法。

該項(xiàng)目背景差異性匯總?cè)鐖D1。

圖1 項(xiàng)目背景差異性匯總

3 軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照合同分工，軌道系統(tǒng)由中方負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)與施工，采用中國標(biāo)準(zhǔn)，但項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐膰?，采用適當(dāng)、合理、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)和管理模式，確保方案的可實(shí)施性。

3.1 設(shè)計(jì)原則

(1)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行中國標(biāo)準(zhǔn)，推廣中國成熟、先進(jìn)的技術(shù)。

(2)遵循“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、功能完備、經(jīng)濟(jì)綠色”的原則，廣泛調(diào)研、吸收國內(nèi)外相關(guān)軌道工程的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用技術(shù)成熟、性價(jià)優(yōu)越的軌道結(jié)構(gòu)方案，提高軌道的綜合技術(shù)性能。

(3)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有牢固、耐久、絕緣、防腐、彈性適當(dāng)?shù)忍匦?，保證行車安全、平穩(wěn)和乘客的舒適，養(yǎng)護(hù)維修工作量少，使用壽命長。

(4)根據(jù)拉合爾地區(qū)的地質(zhì)、氣候情況，選擇適宜的軌道結(jié)構(gòu)和部件，選用的零部件應(yīng)具有高可靠性、通用性和互換性。

(5)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，配備必要的檢測(cè)和維修設(shè)備。

(6)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合適的剛度和彈性，以減少運(yùn)營中的振動(dòng)和噪聲污染。

3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)正線、試車線采用60 kg/m鋼軌，車場(chǎng)線采用50 kg/m鋼軌；采用1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距，1/40軌底坡，區(qū)間鋪設(shè)無縫線路。

(2)全線共采用5種類型扣件：WJ-2A型扣件用于高架線整體道床;TSD1型扣件用于地下線整體道床；彈條Ⅰ型扣件用于地面線碎石道床；此外，對(duì)應(yīng)50 kg/m、60 kg/m鋼軌，分別采用了兩種扣件類型。

(3)正線(除地面線)均采用短枕式整體道床，地下線設(shè)置中心水溝；高架線為縱向承臺(tái)式；地面線為新Ⅱ型枕碎石道床。

(4)正線、車場(chǎng)分別采用60 kg/m鋼軌(9號(hào))，50 kg/m鋼軌(7號(hào))彈性可彎式曲線尖軌道岔。

(5)全線鋪設(shè)溫度應(yīng)力式無縫線路，道岔前后各設(shè)置1組單向伸縮調(diào)節(jié)器，以保證無縫線路的穩(wěn)定。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新

4.1 地下線采用TSD1新型扣件

傳統(tǒng)地下線扣件重量大、零部件多、e形彈條存在易折斷和滑退問題且安裝不便。TSD1型扣件對(duì)鐵墊板、彈條、錨固螺栓、軌距塊進(jìn)行了優(yōu)化。與常用扣件鐵墊板相比，厚度優(yōu)化為16 mm，減輕了重量，降低了造價(jià)；相較于普通e形彈條，新型彈條的正向長度為105 mm(增大了5 mm)；側(cè)向?qū)挾葹?7 mm(增大了2 mm)，且加大了彈條尾部弧度，增大了與鐵墊板的接觸面，使彈條不容易折斷和滑脫，使用壽命更長。彈條穿入孔改為長圓孔，使彈條安裝更方便，不會(huì)對(duì)彈條中趾活動(dòng)產(chǎn)生影響。螺栓和平墊圈結(jié)合成一體，增加了穩(wěn)定性，減少了組裝零件。軌距塊立面由33 mm加厚至35 mm，減少了對(duì)承軌槽擋肩的沖擊力，并且絕緣效果更好。經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)，TSD1型扣件結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且性能可靠，便于安裝更換，減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量。

4.2 采用聚酯墊板

傳統(tǒng)地鐵扣件彈性墊板一般采用橡膠制作，耐候性差，質(zhì)量難以控制，彈性衰減較快，使用壽命一般不超過8年，是整個(gè)扣件中最易磨損的部件。拉合爾地區(qū)夏季漫長，且環(huán)境溫度極高，氣溫可高達(dá)47.4 ℃，且浮塵揚(yáng)沙天氣多發(fā)。隨著新材料推廣與工藝進(jìn)步，由聚酯、聚氨酯等熱塑性材料，微孔發(fā)泡工藝制造的新型墊板更適用于本項(xiàng)目的自然環(huán)境，其使用壽命是橡膠的3～4倍。

4.3 預(yù)留減振扣件改造條件

巴基斯坦雖制定了較為完整的《環(huán)境影響評(píng)估(EIA)程序》，將環(huán)評(píng)列為對(duì)發(fā)展項(xiàng)目進(jìn)行審批的先決條件，并對(duì)總體做法做了詳細(xì)規(guī)定，但由于當(dāng)?shù)責(zé)o軌道交通建設(shè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本項(xiàng)目沒有提出具體的減振降噪預(yù)測(cè)方法及建議。合同文件以及提供的環(huán)評(píng)報(bào)告僅對(duì)運(yùn)營期的噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)估，未對(duì)減振降噪提出明確要求[6-9]。為了適應(yīng)未來的環(huán)保要求，中方對(duì)沿線軌道振動(dòng)敏感點(diǎn)進(jìn)行了提前摸排調(diào)查。本項(xiàng)目預(yù)留了統(tǒng)一扣件釘孔位置，可用于減振改造。

4.4 小半徑曲線設(shè)置鋼軌涂油設(shè)備

車輛在曲線上行駛時(shí)，導(dǎo)向輪往往存在兩點(diǎn)接觸，使接觸點(diǎn)上的輪對(duì)運(yùn)行方向與軌距線的切線方向形成一個(gè)沖角，導(dǎo)致鋼軌軌頭側(cè)面的磨耗。根據(jù)有關(guān)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，曲線半徑小于450 mm時(shí)，鋼軌磨耗明顯增加[10]，在輪緣與鋼軌軌頭側(cè)面之間實(shí)施潤滑，可有效減緩曲線鋼軌側(cè)面磨耗。本線半徑小于450 m的曲線占全線長度的14%，為減小鋼軌側(cè)磨，小半徑曲線地段設(shè)置了鋼軌涂油設(shè)備。

5 施工案例分析

5.1 軌道與土建接口出現(xiàn)的問題及解決

對(duì)于軌道(中方設(shè)計(jì))與土建(巴方設(shè)計(jì))的接口處理，因雙方的溝通與理解不充分，使得局部預(yù)留預(yù)埋部件不滿足要求。

(1)巴方橋面預(yù)埋道床連接鋼筋不合格

是否按要求預(yù)埋道床連接鋼筋關(guān)系到軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與行車安全。按有關(guān)要求，預(yù)埋筋應(yīng)高出橋面80 mm，橫向間距為260 mm，縱向間距為200 mm，高度偏差為±10 mm，橫向偏差為±2 cm。部分車站及區(qū)間橋面預(yù)埋道床連接鋼筋未嚴(yán)格按照軌道設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)埋，高度、間距均不滿足要求。通過多次交涉，才使得問題最終得到解決。

(2)車場(chǎng)立柱鋼筋與要求不匹配

根據(jù)合同，土建方(巴方)負(fù)責(zé)車場(chǎng)立柱的鋼筋綁扎以及軌面500 mm下的混凝土澆筑。鋪軌施工前發(fā)現(xiàn)部分立柱鋼筋未按設(shè)計(jì)高度預(yù)留。此外，由于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的鋼筋力學(xué)性能較中國標(biāo)準(zhǔn)低，造成鋼筋布置過密，導(dǎo)致扣件錨固螺栓套管無法埋設(shè)(見圖2)。經(jīng)討論，決定采用保留角筋，切割掉干涉鋼筋并進(jìn)行補(bǔ)焊來保證立柱的強(qiáng)度。

圖2 車場(chǎng)立柱檢查坑預(yù)埋鋼筋

(3)土建未考慮線路貫通

車場(chǎng)特種車庫與材料庫有一條貫通線路，由于土建方不理解線路需貫通鋪設(shè)的設(shè)計(jì)意圖，未嚴(yán)格控制施工誤差，導(dǎo)致兩庫的軌道不能貫通。向土建方強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)意圖后，通過整改軌道預(yù)留基礎(chǔ)，使兩庫滿足貫通鋪軌的要求。

5.2 對(duì)中國標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)模糊

本項(xiàng)目土建設(shè)計(jì)、施工由巴方完成，設(shè)計(jì)前未能讓土建方充分理解中國標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)部分規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)存在偏差。

(1)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與鋪軌要求不符

測(cè)量作為鋪軌的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，決定著軌道鋪設(shè)的進(jìn)度與質(zhì)量。對(duì)比設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，部分橋墩偏差較大(見圖3)，橋面水平方向侵限嚴(yán)重，已無法滿足鋪軌的精度要求。通過補(bǔ)設(shè)水平、高程控制點(diǎn)，按照中國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)既有平面控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)，提高控制網(wǎng)的測(cè)量精度，滿足了中國規(guī)范的要求[12]。同時(shí)，根據(jù)建成橋梁的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)，確保軌道工程的順利實(shí)施以及與土建工程的順利銜接。土建方對(duì)地鐵控制網(wǎng)測(cè)量的要求認(rèn)識(shí)不足，測(cè)量技術(shù)尚不能滿足城軌施工精度要求。因此，應(yīng)加強(qiáng)與巴方溝通，使巴方技術(shù)人員了解、認(rèn)可、接受我國標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 橋墩橫向偏差統(tǒng)計(jì)

(2)停車場(chǎng)出入線路基高程錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)中對(duì)土建各地段軌道結(jié)構(gòu)預(yù)留高度做出了明確要求，由于土建方對(duì)中國規(guī)范中出入線概念與范圍理解模糊，實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)車輛段、停車場(chǎng)出入線路基面不滿足軌道設(shè)計(jì)要求。隨后，與土建方進(jìn)行了交涉，土建方對(duì)路基面按要求進(jìn)行了整改。

5.3 對(duì)當(dāng)?shù)赝两ㄊ┕で闆r了解不足

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)與審批按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣，強(qiáng)調(diào)全過程、分步驟，施工圖設(shè)計(jì)階段貫穿整個(gè)施工周期，設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)版本多，導(dǎo)致雙方對(duì)存在問題難以進(jìn)行有效排查。因此，需要加強(qiáng)與相關(guān)部門的協(xié)調(diào)溝通，包括業(yè)主、承包商、相關(guān)合作方，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)協(xié)商。

(1)敞開段變更橋梁方案不滿足軌道要求

本項(xiàng)目沒有進(jìn)行管線勘察，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)原路面下存在一處較大的電纜通道結(jié)構(gòu)，土建方將此處路基變更為橋梁。此方案最小軌道結(jié)構(gòu)高度僅為220 mm，不滿足軌道鋪設(shè)要求。通過與土建方進(jìn)行溝通，調(diào)整了原橋梁方案，保證了軌道高度要求。

(2)橋上道床高度增加的問題

由于測(cè)量精度以及土建施工誤差等原因，導(dǎo)致橋梁面與設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)較大偏差，根據(jù)調(diào)線、調(diào)坡測(cè)量成果，軌道結(jié)構(gòu)高度有不同程度的增加，最大較原設(shè)計(jì)增加了230 mm。中方采用了場(chǎng)內(nèi)預(yù)制鋼筋籠的施工方法，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)高度增加地段采取調(diào)整鋼筋高度、增設(shè)道床鋼筋層數(shù)的分類調(diào)整方案，避免了施工材料的浪費(fèi)。

6 軌道設(shè)計(jì)總結(jié)及改進(jìn)建議

(1)加強(qiáng)對(duì)工程差異性的認(rèn)識(shí)

設(shè)計(jì)前應(yīng)充分做好相關(guān)信息的收集與分析研究，并充分認(rèn)識(shí)項(xiàng)目在文化背景、建設(shè)程序、標(biāo)準(zhǔn)體系、設(shè)計(jì)理念、審批流程等方面的差異性。

(2)更新設(shè)計(jì)理念、轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方式

針對(duì)差異性，更新設(shè)計(jì)理念，轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方式，深入了解項(xiàng)目背景及相關(guān)基礎(chǔ)資料，針對(duì)項(xiàng)目具體情況，采用適當(dāng)、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則與標(biāo)準(zhǔn)。

(3)提高設(shè)計(jì)文件質(zhì)量

設(shè)計(jì)文件成果應(yīng)務(wù)實(shí)簡(jiǎn)潔，以滿足業(yè)主、承包商要求為目標(biāo)，不能完全套用中國設(shè)計(jì)形式。在各設(shè)計(jì)階段，應(yīng)做好方案的優(yōu)化工作，合理把握技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工難度。

(4)重視設(shè)計(jì)接口

要特別重視各階段設(shè)計(jì)接口，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并做到中英文表達(dá)清晰無歧義。要主動(dòng)同巴方工程人員溝通，解釋接口內(nèi)容與重要的專業(yè)術(shù)語。

(5)加強(qiáng)與外方工程人員溝通

應(yīng)重視與巴方相關(guān)部門的協(xié)調(diào)溝通，提高溝通效率，并在溝通過程中讓外方技術(shù)人員了解、認(rèn)可、接受我國標(biāo)準(zhǔn)。

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