“上蓋物業(yè)”模式下地鐵場段軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王根平， 江萬紅， 楊厚強(qiáng)， 鄧 希

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市土地高強(qiáng)度開發(fā)，城市土地資源稀缺問題日益突出[1]。地鐵周邊土地的復(fù)合型利用，即“地鐵+物業(yè)”模式成為必然趨勢[2]。蓋下車輛運(yùn)行引起的振動(dòng)對蓋上物業(yè)存在一定的影響。因此“上蓋物業(yè)開發(fā)”模式下的地鐵場段內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于常規(guī)場段內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文介紹了常規(guī)場段內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并分析了地鐵內(nèi)常用的減振降噪措施，為“上蓋物業(yè)開發(fā)”模式下的地鐵場段內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 普通場段內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 一般原則

車輛基地是為地鐵日常運(yùn)營提供必要后勤服務(wù)的基礎(chǔ)配套設(shè)施，是地鐵列車停放檢修，整備運(yùn)用的管理中心所在地，其主要業(yè)務(wù)包括列車停放清洗、定期檢修、日常維修以及人員換班，是地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的“心臟”和“大腦”。根據(jù)車輛基地所處空間位置一般為地下車輛基地及地面車輛基地，軌道系統(tǒng)也會針對車輛基地所處位置進(jìn)行相匹配的軌道結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)。

從滿足功能需求、經(jīng)濟(jì)適用的角度，地面車輛基地軌道結(jié)構(gòu)一般為庫外有砟軌道+庫內(nèi)無砟軌道模式；從滿足功能需求、減少養(yǎng)護(hù)維修的角度，地下車輛基地軌道結(jié)構(gòu)全部為無砟軌道模式。

1.2 車輛基地內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車輛基地內(nèi)軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)有：軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(有砟軌道、整體道床、平過道、功能庫道床)、排水設(shè)計(jì)、安全工程(車擋)、線路工程(標(biāo)志標(biāo)識)、接口設(shè)計(jì)(預(yù)留預(yù)埋、雜散排流、信號計(jì)軸、絕緣接頭)等。當(dāng)然，車輛基地軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主體是軌道結(jié)構(gòu)。庫外有砟軌道結(jié)構(gòu)由上至下依次為50kg/m鋼軌(含鋼軌接頭)、有砟軌道彈性扣件、有砟軌枕、碎石道床。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 有砟軌道結(jié)構(gòu)

庫外無砟軌道庫由上至下依次為50kg/m鋼軌(含鋼軌接頭)、無砟軌道彈性扣件、軌枕、整體道床。按一定長度采用分塊結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)采用預(yù)埋連接措施或后錨固連接措施，其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 一般整體道床結(jié)構(gòu)

圖3 平過道整體結(jié)構(gòu)

庫內(nèi)無砟軌道庫由上至下依次為50kg/m鋼軌(含鋼軌接頭)、無砟軌道彈性扣件、軌枕、立柱上或立壁式整體道床或特殊要求的整體道床。按一定長度采用分塊結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)采用預(yù)埋連接措施或后錨固連接措施，其結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

圖4 立壁式整體道床結(jié)構(gòu)

圖5 立柱式整體道床結(jié)構(gòu)

其它功能庫整體道床結(jié)構(gòu)需結(jié)合工藝要求及設(shè)備招標(biāo)確定道床結(jié)構(gòu)樣式，可以結(jié)合具體情況特殊設(shè)計(jì)。

2 “上蓋物業(yè)”模式下車輛段軌道結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)

2.1 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

“上蓋物業(yè)”模式下車輛基地軌道結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)車輛基地內(nèi)一致，但在車輛基地上蓋要實(shí)施物業(yè)開發(fā)，需要為物業(yè)開發(fā)提供良好的環(huán)境，軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具體有少維修、低振動(dòng)、低噪聲、少污染等特征，因此，帶“上蓋物業(yè)開發(fā)”的車輛基地應(yīng)實(shí)施減振降噪措施或預(yù)留后期實(shí)施減振降噪措施的條件。

2.2 減振降噪特殊設(shè)計(jì)

考慮到少維修和少污染的工作環(huán)境，帶“上蓋物業(yè)開發(fā)”車輛基地軌道全部采用整體軌道結(jié)構(gòu)，整體道床結(jié)構(gòu)在低振動(dòng)、少噪聲方面的特殊設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)部分。

2.2.1 無縫化線路

地鐵車輛基地鋼軌是為地鐵列車提供接發(fā)列車的重要組成軌道部件，普通車輛基地列車運(yùn)行速度一般不超過25km/h，且同為空載，一般會采用有縫線路。眾所周知，有縫線路接頭既是軌道薄弱環(huán)節(jié)也是振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源，相關(guān)研究表明：由于接頭存在，列車通過時(shí)發(fā)生沖擊及振動(dòng)，并伴有沖擊噪聲，沖擊力最大可達(dá)到非接頭區(qū)的3倍以上[3]。車輛基地受制于場地限制，小半徑曲線極其多，鋼軌接頭很難保持對接形式，因此列車沖擊接頭的次數(shù)是常規(guī)接頭的兩倍，因此消除有縫接頭是實(shí)現(xiàn)減振降噪重要措施。消除接頭的方法有焊接接頭(圖6)和凍結(jié)接頭(圖7)，為配合軌道電路還可采用膠結(jié)絕緣接頭。同時(shí)還可以打磨鋼軌表面使輪軌表面平滑，可降低輪軌滾動(dòng)振動(dòng)噪聲。

圖6 焊接接頭

圖7 凍結(jié)接頭

2.2.2 鋼軌減振降噪措施

列車在車輛基地內(nèi)上運(yùn)行，輪軌振動(dòng)噪聲不可避免，降低輪軌振動(dòng)噪聲的有效方法之一是增加鋼軌阻尼，增加鋼軌阻尼能抑制鋼軌振動(dòng)，進(jìn)而降低鋼軌輻射噪音。阻尼鋼軌作用是通過選用合理阻尼材料和設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)以增加鋼軌振動(dòng)衰減率從而實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的，根據(jù)阻尼材料附屬于鋼軌的特點(diǎn)可以分為四類：阻尼動(dòng)力吸振器、隔振器、自由阻尼處理和約束阻尼處理技術(shù)[4]，從阻尼鋼軌的應(yīng)用情況來看，具有良好的減振降噪性能(圖8、圖9)。

圖8 阻尼鋼軌

圖9 靜音鋼軌

2.2.3 減振型扣件

扣件是聯(lián)結(jié)鋼軌與支承結(jié)構(gòu)的重要部件，扣件能有效地將力傳遞至下部結(jié)構(gòu)。同時(shí)良好的彈性或減振機(jī)能可以有效地實(shí)現(xiàn)扣件減振的需求。目前技術(shù)上成熟且已有上道運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的減振型扣件有：剪切型粘接墊板，代表扣件為科隆蛋扣件(圖10)；壓縮型粘接墊板，代表扣件為洛德扣件；壓縮型鎖閉式扣件，代表扣件為雙層非線性扣件(圖11)；支撐型懸浮減振扣件，代表扣件為先鋒扣件(圖12)。壓縮型減振扣件的效果可達(dá)約8dB，剪切型減振扣件的減振效果可達(dá)約8～12dB，支撐型懸浮減振扣件的減振效果可達(dá)約16dB[5]。

圖10 剪切型減振扣件

圖11 壓縮型減振扣件

圖12 支撐型懸浮扣件

2.2.4 減振型軌枕

軌枕是承受來自上部力，并將力傳至于道床。為保證軌道施工質(zhì)量，簡化軌道施工和土建工程施工的接口，在咽喉區(qū)、立壁式檢查坑、庫中平過道等整體道床地段均采用鋼筋混凝土短軌枕。鋼筋混凝土短軌枕剛度大，不具備減振能力，若能在軌枕上的考慮一定彈性，比如彈性軌枕、復(fù)合軌枕或組合型軌枕，可以提高軌枕的減振能力，但需要解決橫向穩(wěn)定性以及保持軌道幾何形位的能力。組合型橡膠套靴軌枕的垂向彈性由軌枕下的橡膠套靴提供[6]；整體道床內(nèi)使用復(fù)合短軌枕的方法目前還沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但基于地下車輛基地行車速度低、溫度穩(wěn)定的工況來講，復(fù)合型短軌枕也是一種有效的減振降噪措施，減振型軌枕結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，減振效果一般可達(dá)約8～12dB(圖13、圖14)。

圖13 組合型橡膠套靴軌枕

圖14 復(fù)合短軌枕

2.2.5 減振型道床

整體道床為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)本身不具減振特性，近年來在軌道結(jié)構(gòu)上的一些改進(jìn)和優(yōu)化，使道床減振技術(shù)有所進(jìn)步，而且安全性可以得到保障。梯形軌道就是其中的一種，梯形軌道由彈性分開式扣件、梯形軌道板、橡膠彈性支座及鋼筋混凝土基座組成，梯形軌道板間通過三根鋼管連接成一個(gè)整體，隔振效果不小于8～15dB。鋼彈簧浮置板軌道、橡膠浮置板軌道、橡膠隔振器浮置板軌道及橡膠復(fù)合彈簧浮置板軌道也是一些典型的軌道減振結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)有浮置板、隔振器和基底組成，其主要用于速度較高的高等或特殊減振地段，對于速度低的車輛基地不太適用這樣造價(jià)較高的減振軌道結(jié)構(gòu)(圖15、圖16)。

圖15 梯形軌枕軌道

圖16 鋼彈簧浮置板軌道

3 結(jié)束語

為車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)提供良好的環(huán)境，必須在車輛基地軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用合理的軌道結(jié)構(gòu)形式并采取相對應(yīng)的減振降噪措施，本文總結(jié)了適用于車輛基地軌道結(jié)構(gòu)常用的減振降噪措施，通過這些措施再結(jié)合環(huán)境評價(jià)要求及物業(yè)開發(fā)的需求可指導(dǎo)帶“上蓋物業(yè)開發(fā)”的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 為類似工程提供參考。