市域鐵路軌道關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

左鵬飛

（中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司，北京 100038）

我國已建成一批市域（郊）鐵路示范線，其中既有新建鐵路，也有利用既有鐵路改建的線路，如北京市郊鐵路S2 線、上海金山市郊鐵路、溫州市域鐵路S1線、臺州市域鐵路等。市域鐵路示范線的建設(shè)積累了大量的設(shè)計經(jīng)驗，已有多個團(tuán)體、地方、企業(yè)推出多個版本的市域鐵路設(shè)計規(guī)范，但是這些設(shè)計規(guī)范之間存在較大的差異，而且約束力不足。設(shè)計人員選用規(guī)范時有一定的隨意性，故急需研究總結(jié)市域鐵路設(shè)計經(jīng)驗，提高設(shè)計水平，制定行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以滿足我國市域鐵路建設(shè)發(fā)展的需求。

市域鐵路軌道系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)必須結(jié)合其運(yùn)營特點(diǎn)、地域特點(diǎn)等綜合研究確定。如果照搬國家鐵路軌道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則既不經(jīng)濟(jì)，也不能夠滿足其特殊的減振要求；如果照搬城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則不能保證相對高速運(yùn)營條件下的軌道結(jié)構(gòu)安全性和可靠性。本文結(jié)合已建成的和在建的市域鐵路軌道的設(shè)計以及既有規(guī)范規(guī)定，總結(jié)分析軌底坡、曲線超高、鋼軌、扣件選型、無砟軌道選型、減振方案、到發(fā)線、配線軌道結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或技術(shù)方案，并提出具體的建議。

1 軌底坡

軌底坡是軌道系統(tǒng)設(shè)計的重要參數(shù)之一。軌底坡若選取得當(dāng)，則：①使輪軌接觸面最大，可降低接觸應(yīng)力，減少輪軌疲勞損傷；②減輕軌頭及踏面不均勻磨耗，減少鋼軌打磨量，延長鋼軌及車輪的使用壽命；③增大牽引黏著力，獲得最佳的運(yùn)行效率。TB 10082—2017《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》［1］規(guī)定：國鐵軌底坡應(yīng)設(shè)置為1：40。T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設(shè)計規(guī)范》［2］和T/CRSC 0101—2017《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》［3］均規(guī)定：軌枕或扣件宜設(shè)置1：40 軌底坡。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》［4］規(guī)定鋼軌軌底坡宜為1/40～1/30?？芍鼼B 50157—2013 外，均規(guī)定軌底坡采用1：40。實際上，我國地鐵軌底坡一般采用與車輪輪緣踏面更為匹配的1：40，這也與地鐵相關(guān)技術(shù)條件要求相匹配。因此，建議市域鐵路軌底坡采用1：40。

2 曲線超高

曲線超高計算一般采用均衡超高法，即設(shè)置超高后使曲線產(chǎn)生的離心加速度與列車由此產(chǎn)生的向心加速度剛好相平衡。一般有外軌半超高或全超高兩種設(shè)置，均能滿足行車平穩(wěn)性和安全性要求。GB 50157—2013規(guī)定：隧道內(nèi)及U型結(jié)構(gòu)的無砟軌道地段曲線超高的設(shè)置宜采用外軌抬高超高值的1/2、內(nèi)軌降低超高值的1/2；高架線、地面線的軌道曲線超高的設(shè)置宜采用外軌抬高超高值。T/CRSC 0101—2017 和 T/CCES 2—2017 均規(guī)定曲線地段應(yīng)采取外軌抬高的方式設(shè)置超高。超高設(shè)置方式主要由建筑限界、軌道類型等因素確定，應(yīng)根據(jù)線路實際情況選擇。半超高在隧道內(nèi)不增加隧道凈空，節(jié)省投資，還能減小超高順坡的坡度，因此地下線隧道內(nèi)徑緊湊的情況下建議考慮半超高方式。有砟軌道地段建議采用全超高方式，有利于保持軌道幾何形位，提高控制精度，降低施工難度。

超高值由車輛性能、行車速度、旅客舒適度、軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等決定，受軌道橫向穩(wěn)定條件、曲線停車舒適條件、橫向傾覆安全條件等因素控制。TB 10082—2017規(guī)定：無砟軌道最大設(shè)計超高值為175 mm，有砟軌道為150 mm。GB 50157—2013 規(guī)定最大超高值為120 mm。一些國內(nèi)專家建議把最大超高值改為150 mm，提高車輛通過曲線的速度。廣州地鐵三號線曲線最大超高值為140 mm，日本鐵路線曲線最大超高值為150 mm，巴黎市郊鐵路曲線最大超高值為140 mm，香港機(jī)場曲線最大超高值一般為130 mm，困難時為150 mm。由于我國市域鐵路列車主要采用CRH6城際動車形式，比普通地鐵車輛重心低，采用相同曲線超高時，低重心的車輛引起的傾覆翻轉(zhuǎn)小，車輛行駛更加穩(wěn)定。參考國內(nèi)外部分城市軌道交通快線超高設(shè)置，建議我國市域鐵路選用比普通地鐵更大的超高值，可按最大超高150 mm考慮。

曲線上未被平衡的超高會使外軌產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致內(nèi)外軌產(chǎn)生不均勻磨耗等問題，乘客舒適度降低，且未被平衡的超高值過大時可能導(dǎo)致車輛傾覆，因此必須限制未被平衡的超高值。我國現(xiàn)場試驗資料表明，當(dāng)未被平衡橫向加速度達(dá)到0.4 m/s2，相應(yīng)的欠超高為61 mm時，旅客稍有感覺，但不影響舒適度。所以GB 50157—2013 規(guī)定曲線運(yùn)行時，設(shè)計容許未被平衡超高值一般情況下最大為61 mm，特殊情況下最大為75 mm。根據(jù)TB 10082—2017，客貨共線鐵路欠超高一般取70 mm，困難情況取90 mm。城際鐵路規(guī)定的欠、過超高容許值為：優(yōu)秀40 mm，良好80 mm，一般110 mm?？拓浌簿€鐵路因客貨通過總質(zhì)量比重的不同，欠、過超高值有較大差異。高速鐵路速度單一，不受通過總質(zhì)量比重因素的影響，可認(rèn)為欠、過超高近似。

綜合考慮國內(nèi)部分市域鐵路欠超高設(shè)置和地鐵規(guī)范的要求，且因市域鐵路普遍采用的CRH6城際動車舒適性好，與普通列車相比，乘客能承受的離心加速度較大。欠、過超高為70 mm 時，旅客會有輕微感覺但尚能適應(yīng)。建議市域鐵路欠、過超高取70 mm，特殊情況下不大于90 mm。

3 鋼軌

T/CCES 2—2017規(guī)定市域鐵路宜采用100 m 定尺長、60 kg/m 鋼軌，無縫線路采用閃光焊等。根據(jù)調(diào)研分析，采用長定尺鋼軌時應(yīng)考慮從鋼軌廠到鋪軌基地之間的運(yùn)輸以及施工現(xiàn)場的裝卸和鋪設(shè)問題。長定尺鋼軌難以實現(xiàn)公路運(yùn)輸，只能采用鐵路運(yùn)輸。100 m定尺長鋼軌須采用8 節(jié)鐵路平板車運(yùn)輸，但目前市域鐵路中與國鐵互聯(lián)互通的線路較少，100 m 定尺長鋼軌不便于市域鐵路運(yùn)輸。另外，市域鐵路鋪軌基地一般位于市內(nèi)，提供存放100 m 定尺長鋼軌的鋪軌基地比較困難。此外，100 m 定尺長鋼軌對于地下線鋪軌下料非常不便，因此市域鐵路中更多采用的是25 m 定尺長鋼軌，與城市軌道交通正線鋼軌定尺長度一致。建議當(dāng)市域鐵路項目與國鐵互聯(lián)互通且具備長鋼軌運(yùn)輸條件時，可優(yōu)先采用100 m 定尺長鋼軌，減少無縫線路的鋼軌焊接接頭，降低投資，提高線路質(zhì)量。若市域鐵路項目獨(dú)立成網(wǎng)，考慮到城市內(nèi)交通擁擠，鋼軌運(yùn)輸、存儲、工期等問題，宜采用25 m定尺長鋼軌。

目前，城市軌道交通主要采用U71Mn 及U75V 兩種材質(zhì)鋼軌。綜合考慮鋼軌磨耗和購買成本，不少城市軌道交通全線設(shè)計采用了強(qiáng)度較高的U75V 軌。根據(jù)各國鐵路的經(jīng)驗，直線及大半徑曲線地段鋼軌使用壽命一般受疲勞而非磨耗控制，軸重較輕的城軌交通更是如此。而鋼軌硬度太高，加上列車運(yùn)行過程中對鋼軌如同冷加工的碾壓，鋼軌表面硬度還會提高，使后期打磨十分困難，因此國鐵要求高速鐵路不選用強(qiáng)度過高的鋼軌，小半徑曲線地段鋼軌使用壽命則受側(cè)磨控制，可選擇高強(qiáng)度的U75V鋼軌。

考慮到市域鐵路設(shè)計時速范圍是100～160 km/h，線路穿過市區(qū)，小半徑曲線地段較多，且市域鐵路線路運(yùn)營具有快起快停、頻繁啟停的特點(diǎn)，因此建議鋼軌選材按曲線半徑劃分，分地段合理選用耐磨性好的U75V材質(zhì)鋼軌或疲勞韌性高的U71Mn材質(zhì)鋼軌。

4 扣件

扣件設(shè)計或選型時，需要考慮列車動荷載和減振降噪的要求。市域鐵路沒有貨運(yùn)的大軸重，也沒有高速列車產(chǎn)生的大動載系數(shù)，設(shè)計荷載和動載系數(shù)相對較小。另外，市域鐵路主要用來連接經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的城市群，如珠三角城市群、長三角城市群，或連接大中型城市和其衛(wèi)星城市，因此市域鐵路周圍存在大量醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)。例如，按環(huán)評要求，溫州市域鐵路軌道減振地段占全線80%以上，中等減振地段占全線70%以上，因此扣件選型及設(shè)計應(yīng)考慮振動、噪聲的影響。

目前，已建成和在建市域鐵路選用扣件情況主要是：溫州市域鐵路S1/S2 線選用了與雙塊式無砟軌道配套的WJ?7B型扣件，臺州市域鐵路S1線選用了FC?15A扣件。市域鐵路尚無地下線或高架線的減振等級，可參考城市軌道交通分級模式：對于一般減振要求地段，可采用彈性分開式扣件；對于中等減振要求地段，可采用LORD 黏結(jié)墊板減振扣件；對于高等減振要求地段，可采用Vanguard先鋒扣件。

5 無砟軌道

無砟軌道結(jié)構(gòu)總體分為預(yù)制板式和現(xiàn)澆混凝土式兩大類，主要有CRTS Ⅰ型板式、CRTS Ⅱ型板式、CRTS Ⅲ型板式、雙塊式、彈性支承塊式、承臺式、長枕埋入式、短枕式等結(jié)構(gòu)形式。CRTS Ⅰ型、CRTS Ⅱ型、CRTS Ⅲ型板式無砟軌道都能滿足市域鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但造價高，經(jīng)濟(jì)性差。短枕式整體道床只有城市軌道交通低速應(yīng)用經(jīng)驗，其在較高速度條件下軌道幾何形位保持能力不足。彈性支承塊式無砟軌道具有較好的彈性和減振性能，但只能應(yīng)用于非露天區(qū)間，使用地段受限。長枕埋入式無砟軌道軌枕側(cè)面裂紋難以控制。雙塊式無砟軌道整體性好，軌枕與道床新老混凝土結(jié)合較好，保持軌道幾何形位能力強(qiáng)，且具備一定的可維修性。該結(jié)構(gòu)在高架橋、地下線、路基等不同線下基礎(chǔ)上均有成熟鋪設(shè)實例，在速度較高的線路上應(yīng)用經(jīng)驗也較為豐富［5-6］。

現(xiàn)行規(guī)范中，T/CRSC 0101—2017 未規(guī)定具體可供選擇的無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，T/CCES 2—2017 明確規(guī)定市域快速軌道交通宜采用雙塊式、板式等預(yù)制結(jié)構(gòu)形式。具體設(shè)計時無砟軌道結(jié)構(gòu)形式須結(jié)合設(shè)計速度、線下工程類型、環(huán)境條件等具體情況綜合考慮，建議無砟軌道選型可選擇雙塊式、板式、彈性支承塊式、長枕埋入式、承臺式等結(jié)構(gòu)形式，道岔區(qū)采用軌枕埋入式或板式無砟軌道。

6 軌道減振

無砟軌道選型與設(shè)計需要考慮減振降噪的要求。城市軌道交通減振已有成熟產(chǎn)品，如軌道減振器扣件、LORD 扣件、雙層非線性壓縮型減振扣件、梯形（縱向）軌枕、減振墊、鋼彈簧浮置板等［7-9］。相對而言，市域鐵路速度更高、軸重更大，目前尚無成熟產(chǎn)品。軌道減振設(shè)計和減振結(jié)構(gòu)不能照搬地鐵的經(jīng)驗和產(chǎn)品。

CRTS Ⅰ型減振板式無砟軌道系統(tǒng)已有很多應(yīng)用，在我國的贛龍鐵路、遂渝鐵路、武廣高速鐵路、廣深港高速鐵路等線路均有鋪設(shè)。與CRTS Ⅰ型板式無砟軌道相比，CRTS Ⅰ型減振板式無砟軌道在CA砂漿調(diào)整層下鋪設(shè)了彈性墊層，采用隔離式隔振墊，通過圓臺狀橡膠彈簧提供彈性［10］，見圖1。

圖1 橡膠墊層

減振型雙塊式無砟軌道是在雙塊式無砟軌道的基礎(chǔ)上，在道床板和底座之間設(shè)置了彈性隔振墊板。該結(jié)構(gòu)在德國和中國臺灣的高速鐵路，以及中國香港地鐵中有所應(yīng)用。彈性支承塊式無砟軌道本身即為減振型軌道，在中國、瑞士、法國、英國等國的地鐵和鐵路隧道內(nèi)廣泛應(yīng)用，軌道結(jié)構(gòu)的垂直彈性由軌下和塊下雙層彈性墊板提供，最大程度模擬了傳統(tǒng)碎石道床的結(jié)構(gòu)承載特性。鋼彈簧浮置板軌道具有良好的隔振效果，它由彈性支承的鋼筋混凝土臺板，以及與臺板澆筑成一體的彈簧隔振器組成，在彈簧隔振器支承面上澆筑臺板，然后由彈簧隔振器抬起。該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于地鐵中，如北京地鐵14 號線、上海地鐵16 號線、臺州市域鐵路等。

采用CRTS Ⅰ型板式無砟軌道、雙塊式無砟軌道等國鐵常用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式有減振需求時須進(jìn)行特殊設(shè)計及論證。標(biāo)準(zhǔn)中軌道減振主要采取振動源控制措施，比如使用減振扣件、軌枕減振、采用浮置板道床等減振措施。

7 到發(fā)線、配線軌道結(jié)構(gòu)

綜合T/CCES 2—2017和T/CRSC 0101—2017的規(guī)定，建議對于出入段線路、動態(tài)試驗線及與正線緊鄰的到發(fā)線軌道類型宜與正線保持一致；對于地下車站、高架車站或站臺范圍架設(shè)空層的車站配線宜采用無砟軌道。為方便日后運(yùn)營維護(hù)，且考慮到與正線相鄰的到發(fā)線線下基礎(chǔ)與正線相比無本質(zhì)差別，當(dāng)正線采用無砟軌道時，與正線緊鄰的到發(fā)線宜采用無砟軌道。

8 結(jié)論

本文總結(jié)了T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設(shè)計規(guī)范》、T/CRSC 0101—2017《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》、GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》等既有標(biāo)準(zhǔn)的異同，針對市域鐵路軌道建設(shè)，給出以下建議：

1）市域鐵路軌底坡采用1：40。

2）曲線超高最大值不得超過150 mm。未被平衡的欠、過超高一般不應(yīng)大于70 mm，困難條件下不應(yīng)大于90 mm。

3）正線鋼軌可采用 25 m 定尺長、60 kg/m 鋼軌。當(dāng)市域鐵路項目與國鐵互聯(lián)互通且具備長鋼軌運(yùn)輸條件時，優(yōu)先采用100 m 定尺長鋼軌。建議按照曲線半徑分地段合理選用耐磨性好的U75V 材質(zhì)鋼軌或疲勞韌性高的U71Mn材質(zhì)鋼軌。

4）目前市域鐵路主要采用 WJ?7B 型和 FC?15A 扣件，直接套用高速鐵路用扣件，既不經(jīng)濟(jì)，也無法更好地適應(yīng)市域鐵路減振要求。因此，迫切需要根據(jù)市域鐵路線路條件、荷載標(biāo)準(zhǔn)、減振等需求，研發(fā)適用于市域鐵路各類地段的扣件。

5）市域鐵路軌道結(jié)構(gòu)一般采用無砟軌道，多采用雙塊式無砟軌道，也可選用板式、枕式無砟軌道等其他結(jié)構(gòu)形式。利用既有線路改造的市域鐵路，宜采用有砟軌道結(jié)構(gòu)形式。

6）市域鐵路應(yīng)采用分級減振措施?？刹捎脺p振扣件、軌枕減振、隔振墊道床等，部分特殊情況采用鋼彈簧浮置板減振道床。減振措施與聲屏障配合使用進(jìn)行降噪。