城市軌道交通整體道床改造工程特點(diǎn)及其實(shí)施建議

高偉君 沙金碩 安彥坤 趙澤鵬

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，100082，北京 ∥ 第一作者，高級工程師)

隨著城市軌道交通線路運(yùn)營年限的不斷增長，以及客流量的不斷增加，線路運(yùn)營過程中軌道結(jié)構(gòu)的各種病害逐步呈現(xiàn)。對軌道結(jié)構(gòu)的不同病害需采取不同的應(yīng)對方案和措施，對于道床嚴(yán)重病害或者振動、噪聲嚴(yán)重超標(biāo)地段需要進(jìn)行道床改造。軌道結(jié)構(gòu)整體道床改造工程是一項(xiàng)綜合性、系統(tǒng)性的工程，必須采取科學(xué)的研究方法，制定合理的設(shè)計(jì)、施工組織方案，以達(dá)到預(yù)期效果，并為后續(xù)類似工程提供方向選擇。

1 整體道床病害及改造案例分析

軌道結(jié)構(gòu)常見病害主要有以下幾種：

1) 鋼軌病害：鋼軌焊縫和接頭病害，鋼軌波磨及側(cè)磨，鋼軌肥邊，鋼軌魚鱗傷。

2) 扣件病害：橡膠墊板破裂，橡膠墊板竄出或失效，軌距擋塊破壞，彈條/鐵墊板銹蝕，彈條斷裂。

3) 道床病害：道床空吊、道床開裂、混凝土剝離[3]。

除常見病害外，振動噪聲超標(biāo)問題也逐漸顯現(xiàn)，多表現(xiàn)為減振失效、振動噪聲超標(biāo)。類似問題近年來愈發(fā)凸顯。我國各城市的軌道交通運(yùn)營過程中，均存在著振動噪聲超標(biāo)問題，影響乘客的乘坐舒適度，甚至影響行車安全。對于振動噪聲超標(biāo)的治理，采用鋼軌打磨維護(hù)及更換扣件等措施起到了一定效果。但由于受改造手段的限制，這些措施往往治標(biāo)不治本，未能進(jìn)行整體道床改造，僅能起到緩解效果。

以北京地鐵為例，隨著運(yùn)營線路規(guī)模的增長和線路運(yùn)營年限的增加，北京地鐵對多條線路進(jìn)行了軌道結(jié)構(gòu)改造。以下分別介紹機(jī)場線、6號線、4號線、大興線的改造案例。

1.1 首都機(jī)場線軌道脫空病害治理

首都機(jī)場線2號航站樓站至3號航站樓站區(qū)間洞體發(fā)生沉降(位于航站樓站—三元橋站區(qū)間)，通過對兩線道床進(jìn)行鉆孔測量發(fā)現(xiàn)，東線(2號航站樓站至3號航站樓站區(qū)間)最大脫空點(diǎn)出現(xiàn)在No.19環(huán)管片處，脫空量約為16 mm；西線(2號航站樓至三元橋站區(qū)間)最大脫空點(diǎn)出現(xiàn)在No.10環(huán)處，脫空量約為15 mm。

治理之前，對此區(qū)段一直進(jìn)行限速處理，限速速度為15 km/h。同時(shí)，為了暫時(shí)應(yīng)對隧道結(jié)構(gòu)下沉引起的軌道不均勻沉降，東西兩線在該區(qū)段皆通過增加板下調(diào)高墊片進(jìn)行應(yīng)急處理。在區(qū)間封閉施工階段，通過更換扣件鐵墊板、軌道板下注漿填充等方案進(jìn)行了綜合治理。經(jīng)過綜合驗(yàn)收，軌道結(jié)構(gòu)幾何形位穩(wěn)定、線路平順性滿足運(yùn)營單位相關(guān)條例要求，運(yùn)營至今線路設(shè)備穩(wěn)定無異常。

1.2 6號線軌道上浮病害治理

2019年8月6日，因受17號線施工影響，6號線隧道整體上浮，軌道結(jié)構(gòu)上浮嚴(yán)重超過扣件調(diào)高量，導(dǎo)致6號線上行朝陽門站至東大橋站區(qū)間限速運(yùn)營，對線路的正常運(yùn)營造成了較大的影響。通過緊急搶修，拆除縱形軌枕道床結(jié)構(gòu)，剔除部分道床仰拱混凝土，重新實(shí)施整體道床，在較短時(shí)間內(nèi)解決了整體道床上浮問題。因受實(shí)施條件限制，遺留了道床開裂等部分問題。

1.3 4號線剪切型減振器改造

從2009年開始，對4號線剪切型減振器地段異常波磨開展了為期6年的整治工作。通過設(shè)置試驗(yàn)段、現(xiàn)場振動測試、鋼軌磨耗測試等技術(shù)手段，對4號線部分地段剪切型減振器扣件進(jìn)行了現(xiàn)場改造。至今，共改造剪切型減振器異常波磨地段6.761 km，采用的措施為原位更換北京市政總院專利產(chǎn)品——彈條II-3型扣件[4]。通過對剛度阻尼系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，有效抑制了鋼軌異常波磨情況，達(dá)到了預(yù)期的改造目的。但由于僅進(jìn)行了扣件更換，受當(dāng)時(shí)施工條件和復(fù)雜施工環(huán)境限制，沒有解決軌底坡實(shí)際狀態(tài)不合理、板下混凝土不密實(shí)等問題。

1.4 大興線振動超標(biāo)問題治理

在大興線試運(yùn)營后期中，多次接到高米店北站—高米店南站區(qū)間青島嘉園居民有關(guān)振動擾民的投訴。青島嘉園距離大興線線路中線最近約12. 5 m，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)為馬蹄形復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)覆土深度為8.0～9.6 m。

通過現(xiàn)場調(diào)研、振動測試等一系列手段分析振動擾民的原因，采取了限速及改造扣件措施。改造后的線路振動噪聲滿足GB 10070—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中的“特殊住宅區(qū)”標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.5 小結(jié)

軌道結(jié)構(gòu)作為直接承載列車的重要結(jié)構(gòu)，其狀況直接影響列車運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和乘坐舒適度。因整體道床的改造實(shí)施復(fù)雜，以往涉及整體道床的改造，往往“避其鋒芒”，通過采取限速、鋼軌打磨、扣件改造等措施，臨時(shí)性解決道床病害問題。隨著線路運(yùn)營時(shí)間的不斷增加，對整體道床進(jìn)行改造的需求日益增長，改造量逐漸增大，改造的徹底性要求越來越高。整體道床改造已成為城市軌道交通運(yùn)營中不可回避的問題。

綜合以上案例及國內(nèi)其他改造案例分析，可將城市軌道交通整體道床改造需求分為應(yīng)急搶修、病害治理和環(huán)保升級三類。這三類改造需求的主要適用情況如下：

1) 應(yīng)急搶修適用情況：特殊地質(zhì)段，存在較大運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，易導(dǎo)致緊急情況發(fā)生；沿線的重大工程施工，屬于潛在風(fēng)險(xiǎn)源，易導(dǎo)致緊急情況發(fā)生。

2) 病害治理適用情況：軌道結(jié)構(gòu)病害，造成運(yùn)營維護(hù)工作量增大，嚴(yán)重時(shí)影響行車安全。

3) 環(huán)保升級適用情況：振動噪聲超標(biāo)問題，給沿線居民和乘客帶來不便。

2 整體道床改造工程施工特點(diǎn)和實(shí)施原則

2.1 整體道床改造工程施工特點(diǎn)

1) 安全性要求高。軌道的穩(wěn)定性和平順性直接影響列車運(yùn)行安全，軌道結(jié)構(gòu)的改造勢必對軌道的穩(wěn)定性和平順性造成潛在不利影響，因此對整體道床改造實(shí)施方案有極高的要求。

2) 施工時(shí)間短。為減少對線路運(yùn)營的影響，整體道床改造施工多在夜晚天窗點(diǎn)進(jìn)行，施工時(shí)間短。

3) 施工環(huán)境復(fù)雜。運(yùn)營線路區(qū)間的工作面狹小，同時(shí)設(shè)有供電、通信、信號、暖通、消防等專業(yè)的多種設(shè)備，復(fù)雜的施工環(huán)境給施工組織造成了極大困難。

2.2 整體道床改造工程實(shí)施原則

1) 安全第一。整體道床改造工程的實(shí)施應(yīng)確保運(yùn)營線路的安全。

2) 改造方案應(yīng)“因線制宜，因事施策”。因受線路條件、線路取得、道床型式、病害類型、預(yù)期目標(biāo)、運(yùn)營管理等多種因素影響，整體道床改造方案應(yīng)“因線制宜，因事施策”。

3) 設(shè)計(jì)方案要兼具安全性和可實(shí)施性。通過充分研判現(xiàn)場條件，以問題為導(dǎo)向制定改造方案。既要保障方案的合理性、安全性和可靠性，又要充分考慮方案的可實(shí)施性。

4) 施工方案要兼顧安全和效率。以確保施工安全和提高施工效率為目的，提高施工的機(jī)械化、自動化、智能化程度，充分滿足天窗施工條件，確保設(shè)計(jì)理念落地。

3 整體道床改造工程實(shí)施建議

1) 整體道床改造方案受多種因素影響，方案的制定應(yīng)“因線制宜,因事施策”。

2) 對于特殊地質(zhì)段、臨線大型工程重要節(jié)點(diǎn)，應(yīng)編制整體道床應(yīng)急搶修預(yù)案，以最大程度降低緊急事故造成的不利影響。

3) 搭建合理的城市軌道交通運(yùn)營維護(hù)體系。建議將針對病害治理的整體道床改造納入該體系的“狀態(tài)修”范圍，而不是“故障修”，通過應(yīng)急搶險(xiǎn)搶修方式進(jìn)行處理。

4) 隨著我國社會主要矛盾轉(zhuǎn)換化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，城市軌道交通面臨環(huán)保升級需求，而現(xiàn)行環(huán)評標(biāo)準(zhǔn)較低，已難以滿足人民的需要。針對以振動噪聲投訴為特色的環(huán)保升級，建議從日常運(yùn)營維護(hù)、常規(guī)改造、整體道床改造、產(chǎn)品升級等多個(gè)方面研究建立分級應(yīng)對處理系統(tǒng)。

5) 隨著整體道床改造需求的不斷增長，為確保城市軌道交通的正常運(yùn)營，提供高品質(zhì)的城市軌道交通服務(wù)，開展整體道床改造成套關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備的研究已十分緊迫，建議積極開展相關(guān)技術(shù)的研究工作。