李俊璽 曲 銘 曹 亮 王 菁

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,100055,北京//第一作者,高級工程師)

上海軌道交通12號線正線軌道設(shè)計要點

李俊璽 曲 銘 曹 亮 王 菁

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,100055,北京//第一作者,高級工程師)

針對上海軌道交通12號線工程的軌道設(shè)計,系統(tǒng)總結(jié)了正線軌道專業(yè)設(shè)計情況,全面介紹了軌道設(shè)計概況、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及軌道結(jié)構(gòu),重點闡述了道岔鋼桁架長軌枕和預(yù)制道岔板、CPⅢ軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)和預(yù)制鋼彈簧浮置板等技術(shù)創(chuàng)新項目,介紹了道岔區(qū)排水采用獨立集水井和潛水泵、雜散電流端子采用新型埋入式端子等優(yōu)化設(shè)計?？偨Y(jié)了該工程項目的設(shè)計經(jīng)驗和存在的不足之處,提出了改進建議和意見,以使后續(xù)項目軌道專業(yè)設(shè)計更完善、更精細、更合理。

上海軌道交通交通12號線; 軌道結(jié)構(gòu); 設(shè)計要點

Author′s address China Railway Engineering Consultants Group Co.,Ltd.,100055,Beijing,China

上海軌道交通12號線,是從西南到東北方向的一條骨干線路,起點為閔行區(qū)七莘路站,終點為浦東新區(qū)金海路站。線路正線全長40.673 km,均為地下線,共設(shè)32座車站,有19座換乘站與16條線換乘。線路平面最小曲線半徑為350 m,豎曲線最小半徑為3 000 m,最大坡度為30‰;設(shè)計最高列車運行速度80 km/h,采用A型車,6節(jié)編組,DC 1 500 V電壓制式架空接觸網(wǎng)供電。

根據(jù)12號線的工程特點,結(jié)合上海軌道交通的設(shè)計和施工經(jīng)驗,采用了成熟、先進的軌道結(jié)構(gòu)和施工工藝。主要包括:全線采用60 kg/m鋼軌;一般地段采用DTⅢ2型扣件、長軌枕整體道床,中等減振地段采用LORD扣件和軌道減振器扣件、長軌枕整體道床,高等和特殊減振地段采用鋼彈簧浮置板道床;道岔采用上海申通地鐵集團有限公司標(biāo)準(zhǔn)圖系列60 kg/m鋼軌9號單開道岔及各類渡線、60 kg/m鋼軌9號對稱三開道岔;軌道附屬設(shè)備主要有鋼軌涂油器、擋車器、線路及行車標(biāo)志等。長枕式整體道床采用軌排架軌法施工,區(qū)間中檔鋼彈簧浮置板道床采用預(yù)制板施工,區(qū)間高檔和車站鋼彈簧浮置板采用預(yù)制鋼筋籠法施工,無縫線路采用直鋪法和換鋪法兩種施工工藝,調(diào)線調(diào)坡測量、鋪軌測量和軌道精調(diào)采用高鐵技術(shù)的CPⅢ軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)先進技術(shù)。

1 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1) 軌距:1 435 mm;曲線半徑小于250 m的地段設(shè)置軌距加寬。

(2) 軌底坡:1:40,在道岔和道岔間不足50 m的地段不設(shè)置軌底坡。

(3) 曲線超高:采用外軌抬高超高值一半,內(nèi)軌降低超高值一半的方法設(shè)置;區(qū)間最大超高值為120 mm,車站有效站臺最大超高值為15 mm,區(qū)間最大欠超高為61 mm。曲線地段設(shè)置超高值不應(yīng)小于5 mm,以免出現(xiàn)反超高。超高順坡率一般情況不宜大于2‰,困難情況下不應(yīng)大于3‰,并在圓曲線兩端的緩和曲線或直線段順坡。

(4) 軌道結(jié)構(gòu)高度:盾構(gòu)隧道處735 mm(建筑限界Φ5 200 mm),明挖隧道處560 mm。

(5) 軌枕間距:正線1 680根(對)/km，輔助線1600根(對)/km。

(6) 減振措施：根據(jù)環(huán)境保護的要求,采取軌道綜合減振和分級減振措施。

(7) 線路型式：正線采用區(qū)間無縫線路,輔助線采用有縫線路。

1.2 鋼軌及配件設(shè)計要點

采用60 kg/m、U75V熱軋鋼軌,正線采用25 m定尺長無螺栓孔新鋼軌,道岔前后緩沖軌和輔助線采用25 m或12.5 m定尺長有螺栓孔鋼軌。道岔前后緩沖軌以及輔助線有縫線路采用普通接頭夾板,接頭螺栓為10.9級高強度螺栓,螺母為10級高強度螺母,墊圈為高強度平墊圈。

1.3 扣件設(shè)計要點

本工程全部為地下線的敷設(shè)方式,采用與其相適應(yīng)的上海軌道交通通用的DTⅢ2型扣件型式,調(diào)高量大,對軟土地質(zhì)引起的結(jié)構(gòu)不均勻沉降有較好的適應(yīng)性,與無擋肩混凝土軌枕配套使用,用于地下線整體道床,滿足使用要求,而且型式統(tǒng)一。為防止銹蝕對螺栓、螺母等緊固件均采取達克羅外加封閉層的防腐處理,對鐵墊板和彈條采用靜電噴涂處理。

1.4 軌枕設(shè)計要點

本工程軌枕按長度分為埋入式長軌枕和短軌枕兩種。長軌枕采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),承軌面設(shè)置1:40軌底坡,側(cè)面預(yù)留道床縱向鋼筋穿孔;短軌枕為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底部伸出鋼筋鉤。兩種軌枕內(nèi)均預(yù)埋扣件套管,并采用工廠預(yù)制。

1.5 整體道床設(shè)計要點

道床是軌道的基礎(chǔ),本工程地下線普通地段主要采用長枕埋入式整體道床,為提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,本次道床和排水溝混凝土等級均采用C35,布設(shè)雙層鋼筋,縱向鋼筋同時兼做雜散電流排流筋。道床頂面設(shè)置橫坡,兩側(cè)設(shè)置縱向排水溝,水溝斷面一般為半圓形,車站范圍為矩形,根據(jù)線下結(jié)構(gòu)的不同合理設(shè)置伸縮縫,并用瀝青木板填塞,伸縮縫兩側(cè)引出雜散電流端子。

1.6 道岔及其整體道床設(shè)計要點

1.6.1 道岔

根據(jù)行車組織和運營要求,全線采用了60 kg/m鋼軌9號單開道岔及其渡線、60 kg/m鋼軌9號對稱三開道岔。道岔長度短,技術(shù)先進,其主要結(jié)構(gòu)特點為:轉(zhuǎn)轍器采用60AT相離線型曲線型尖軌,兩點牽引;轍叉和菱形部分采用直線型高錳鋼整鑄轍叉;護軌采用分開式H型護軌;扣件采用彈條Ⅱ型分開式扣件,不設(shè)置軌底坡;電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備采用分動外鎖閉裝置,轉(zhuǎn)轍機采用側(cè)式角鋼方式安裝。

1.6.2 道岔整體道床

9號單開道岔和9號道岔4.6 m間距交叉渡線采用鋼桁架長枕式整體道床,9號對稱三開道岔采用短軌枕式整體道床。道岔整體道床分塊布置,道床塊的長度和寬度根據(jù)道岔結(jié)構(gòu)確定;道床塊采用C35混凝土現(xiàn)場澆注,設(shè)置雙層鋼筋,縱向鋼筋同時兼作雜散電流排流鋼筋,并在伸縮縫兩側(cè)設(shè)置雜散電流端子;道床頂面設(shè)“人”字形排水橫坡,兩側(cè)設(shè)置矩形排水溝。

1.7 減振軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

根據(jù)環(huán)境影響報告書、軌道結(jié)構(gòu)減振設(shè)計指導(dǎo)手冊等相關(guān)資料的規(guī)定和要求,在線路沿線敏感點、換乘站、物業(yè)和商業(yè)開發(fā)車站、地下線路交叉地段、線路和重要管線交叉地段、泵站和旁通道等地段采取減振軌道結(jié)構(gòu)。

(1) LORD扣件:是將承軌板、帶孔橡膠和底板硫化為整體,形成膠結(jié)墊板,利用橡膠孔的變形進行減振。除膠結(jié)墊板及調(diào)整墊塊外,扣件中的彈條、T型螺栓、螺釘、墊圈、螺母等與DTⅢ2型扣件通用。用于地下線振動超標(biāo)5 dB以下的敏感點地段,以及線路交叉、線路與管線交叉、泵站及旁通道地段。敏感點距離線路最近距離滿足:Ⅰ類建筑物≥11 m,Ⅱ、Ⅲ類建筑物≥15 m。

(2) 軌道減振器扣件:是將橢圓錐形內(nèi)圈和外圈用橡膠膠結(jié)在一起,利用橡膠圈的剪切變形進行減振?？奂閺椥苑珠_式,采用B型彈條,用于地下線減振要求5～10 dB敏感點地段,以及換乘站和有開發(fā)的車站。敏感點距離線路最近距離滿足:Ⅰ類建筑物6～11 m,Ⅱ、Ⅲ類建筑物8～15 m。

(3) 鋼彈簧浮置板道床:主要由浮置的道床板、隔振器、基底、剪力鉸、密封條等組成。地下線減振要求10 dB以上、距離線路中心線<8 m的高等和特殊減振地段采用鋼彈簧浮置板軌道。12號線采用了固體阻尼隔振器的中檔鋼彈簧浮置板和液體阻尼隔振器的高檔鋼彈簧浮置板,圓形隧道中檔浮置板地段采用預(yù)制浮置板,板長為3.6 m;區(qū)間隧道高檔浮置板地段和車站明挖隧道采用鋼筋籠現(xiàn)澆浮置板,板長一般為25 m。敏感點距離線路最近距離滿足:Ⅰ類建筑物≤6 m,Ⅱ、Ⅲ類建筑物≤8 m。

1.8 軌道附屬設(shè)備設(shè)計要點

為了滿足行車運營和維護保養(yǎng)的要求,在合適的位置設(shè)置線路和行車標(biāo)志,標(biāo)志采用鋁合金板材制作,標(biāo)面涂貼反光材料。擋車器是設(shè)在線路盡頭的安全裝置,本工程采用滑移式液壓緩沖擋車器,占用軌道長度為15 m,額定撞擊速度為15 km/h,制動減速度小于1.5 m/s2。

為了降低小半徑曲線地段鋼軌和車輪的磨耗,在≤500 m的曲線外股鋼軌上設(shè)置涂油器。涂油器出油板安裝在曲線起點附近,涂油機和控制板等其他設(shè)備通過支架安裝在隧道壁上。當(dāng)曲線較長,需安裝多臺涂油器時,按照曲線長度等間距布設(shè)安裝。

2 設(shè)計優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新

本工程具有線路長、個別地段線位復(fù)雜、道岔布置密集、沿線環(huán)境敏感點多、軌道減振降噪設(shè)計復(fù)雜等特點。結(jié)合本線特點,總結(jié)既有線設(shè)計、施工的經(jīng)驗和運營中的病害,對部分軌道產(chǎn)品和軌道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,采用了很多新的技術(shù),主要包括:

(1) 道岔采用鋼桁架長軌枕和預(yù)制道岔板。上海軌道交通道岔一直采用短軌枕,其整體道床具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、造價低的特點,但由于短軌枕與道床的連接較弱,不利于軌枕的穩(wěn)定，且不利于保證道岔的組裝精度。運營中發(fā)現(xiàn)道岔滑床板平整度偏差較大,就與采用短軌枕和施工精度低有關(guān)。目前,我國高速鐵路和城際鐵路無砟軌道道岔的軌下基礎(chǔ)一般采用長岔枕埋入式整體道床和預(yù)制板式整體道床。采用長岔枕有利于保證道岔的組裝精度,長岔枕底部焊有鋼筋桁架， 增加了軌枕與道床的可靠連接，提高了道床整體性能；預(yù)制道岔板進一步提高了道岔鋪設(shè)精度，板底門型鋼筋加強了與自密實混凝土的連接，土工布層將道岔板與基底隔離開，實現(xiàn)了運營后的可維修性，道岔及道床整體質(zhì)量得到較大提升。12號線是國內(nèi)首次采用鋼桁架長岔枕和道岔板技術(shù)的城市軌道交通線路,有效解決了短枕道岔滑床板歪斜、短軌枕空吊等病害,提高了道岔組裝精度和道床整體性,縮短了道岔及其整體道床的施工工期,同時減少了運營養(yǎng)護維修工作量。

(2) 采用預(yù)制浮置板。鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)具有很好的隔振效果,廣泛應(yīng)用于城市軌道交通減振等級較高的地段。由于該結(jié)構(gòu)為“質(zhì)量-彈簧”系統(tǒng),要求浮置的道床板具有一定的質(zhì)量,現(xiàn)場綁扎鋼筋和澆注混凝土工作量大,導(dǎo)致施工進度緩慢。采用預(yù)制浮置板可徹底解決因現(xiàn)場綁扎鋼筋和澆注混凝土而引起的施工進度緩慢問題。根據(jù)鋪軌計劃在工廠提前預(yù)制浮置板,成型的成品預(yù)制板運至現(xiàn)場直接鋪設(shè),可提高施工進度8～10倍。而且工廠預(yù)制浮置板精度高,外觀整潔美觀。預(yù)制板為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),板長3.6 m,根據(jù)線路平面曲線半徑的不同分為三種:300 m≤R<600 m，選用DTQ-1型;600 m≤R≤1 000 m，選用DTQ-2型;R>1 000 m和直線,選用DTZ型。另外還有可滿足隧道偏差較大的DTS-1a型特殊板,以及道床面需要安裝信標(biāo)等設(shè)備要求的DTS-1b、DTS-2型無凸臺特殊板。每塊板重約9.3 t。扣件位置板面設(shè)置承軌臺,高度為20 mm;板內(nèi)預(yù)埋隔振器外套筒、扣件、剪力鉸、起吊螺栓、蓋板用套管和雜散電流端子等。

(3) 引入高鐵CPⅢ軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)。傳統(tǒng)的調(diào)線調(diào)坡測量方法是基于調(diào)線調(diào)坡導(dǎo)線的調(diào)線調(diào)坡模式。調(diào)線調(diào)坡導(dǎo)線只是一個臨時導(dǎo)線,調(diào)線調(diào)坡測量與設(shè)計完成,并建立鋪軌基標(biāo)后該導(dǎo)線就被道床掩蓋而失去作用;同時;鋪軌基標(biāo)的精度下降了一個等級,使后期基于鋪軌基標(biāo)的軌道精調(diào)質(zhì)量提高受到局限性,竣工后軌道的平順性還存在較大的不足。為了進一步提高旅客乘車的舒適性,提高軌道的幾何線性參數(shù),使軌道在建設(shè)階段達到高平順性,本工程首次將高鐵精密測量技術(shù)引入12號線建設(shè)與運營管理中,并融合、改進和再創(chuàng)新傳統(tǒng)的城市軌道交通的測量方法與軌道施工工藝,形成了一套新的城市軌道交通軌道精密工程測量體系?；谲壍阑A(chǔ)控制網(wǎng)的調(diào)線調(diào)坡測量設(shè)計是這一體系中重要組成部分。相比既有的城市軌道交通測量技術(shù)體系,新的體系采用了更合理的分級布設(shè)方式,保證了各階段控制精度的統(tǒng)一性與整體性。在調(diào)線調(diào)坡階段建立的軌道基礎(chǔ)控制網(wǎng)實現(xiàn)了一網(wǎng)多用的目的,主要為調(diào)線調(diào)坡、軌道的鋪設(shè)與運營維護服務(wù),同時還可以為施工放樣、建設(shè)期間變形監(jiān)測以及運營后的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測服務(wù)。

(4) 增設(shè)道岔轉(zhuǎn)轍機基坑排水裝置。12號線采用9號曲線型尖軌道岔,設(shè)置2臺側(cè)式轉(zhuǎn)轍機,采用角鋼固定安裝。在道岔整體道床上為轉(zhuǎn)轍機的安裝預(yù)留基坑和溝槽。但是基坑和溝槽內(nèi)容易積水,影響轉(zhuǎn)轍機正常工作。為了排除基坑內(nèi)的積水,在道岔轉(zhuǎn)轍機區(qū)域結(jié)構(gòu)底板增設(shè)專用集水坑(500 mm×500 mm×500 mm),通過排水溝與基坑相連,并在集水坑內(nèi)設(shè)置小型自動潛水泵,當(dāng)積水達到一定高度潛水泵會自動運行,將坑內(nèi)收集水就近排入道床縱向排水溝,保證轉(zhuǎn)轍機基坑和溝槽不積水。

(5) 埋入式雜散電流端子。優(yōu)化采用新型埋入式端子替代傳統(tǒng)的扁銅端子作為整體道床雜散電流連接端子、排流端子和測試端子,這不僅提高了整體道床的美觀,更有效降低了端子被盜的風(fēng)險。埋入式端子由銅端子和圓鋼采用放熱焊接組成,銅端子應(yīng)為熱鍛工藝制造,銅含量不低于98%。

3 設(shè)計總結(jié)和改進建議

上海軌道交通12號線軌道結(jié)構(gòu)形式與已運營線路軌道結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一,采用了通用性和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的扣件、道岔、擋車器、線路及行車標(biāo)志等,借鑒了以往線路軌道設(shè)計的成功經(jīng)驗;同時總結(jié)了以往線路軌道設(shè)計的不足,采用優(yōu)化設(shè)計使其得以改進;并引入了我國高速鐵路和國內(nèi)其他城市的軌道交通的先進技術(shù),提升了軌道設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和整體水平。但是,在施工配合過程中還是暴露出一些設(shè)計不完善、不精細的地方,總結(jié)如下,并提出改進的建議。

(1) 針對工程特點開展精細化設(shè)計?！凹毠?jié)決定成敗”。在抓住工程特點和設(shè)計重點的同時,還需做好軌道結(jié)構(gòu)方方面面的細節(jié)設(shè)計,如:道床排水橫截溝設(shè)置蓋板,可方便運營后養(yǎng)護維修以及疏散通暢;道岔前端安裝絕緣軌距桿時在整體道床上預(yù)留安裝槽;三開道岔尖軌跟端道床預(yù)留后期養(yǎng)護作業(yè)空間,等等。開展以上細節(jié)設(shè)計,能更好地為軌道系統(tǒng)的供貨、施工以及運營服務(wù)。

(2) 根據(jù)環(huán)境保護的要求做好軌道減振降噪設(shè)計。軌道結(jié)構(gòu)減振降噪設(shè)計是軌道設(shè)計的重點,也是難點。根據(jù)環(huán)評報告書中預(yù)測的結(jié)果,對沿線敏感點進行現(xiàn)場踏勘,結(jié)合工程經(jīng)驗,進行包容性設(shè)計;選擇技術(shù)成熟、經(jīng)濟合理的減振降噪軌道結(jié)構(gòu);并且要隨時掌握沿線房屋的拆遷和地塊規(guī)劃實施情況,在工程允許的前提下,及時調(diào)整軌道減振降噪設(shè)計,盡量減少運營后市民的投訴和軌道結(jié)構(gòu)的整改。

(3) 加強設(shè)計聯(lián)絡(luò)處理好接口設(shè)計。軌道是土建與機電相互緊密聯(lián)接的專業(yè),既與線路、限界、車輛、建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)存在接口,也與通信、信號、供電、給排水等系統(tǒng)專業(yè)有關(guān)聯(lián),而且情況多變,接口設(shè)計處理不好將影響各專業(yè)使用功能,比如埋設(shè)在道床內(nèi)的過軌管,存在線纜不穿管直接在道床面過軌的情況;鋼軌上連接線焊接要求不明確,存在焊錯位置和造成鋼軌損傷的現(xiàn)象。建議各工點、系統(tǒng)專業(yè)密切配合,做好接口設(shè)計的輸入輸出,保證上下工序的銜接和整個工程的功能合理。

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Key Points in the Main Line Track Design for Shanghai Rail Transit Line 12

LI Junxi, QU Ming, CAO Liang, WANG Jing

Professional design of the main track for Shanghai rail transit Line 12 is systematically summarized, the general situation of track design, technical standard, track structure and so on are introduced comprehensively. In which, the technical innovations of turnout steel truss long sleeper and the use of prefabricated switch board are mainly described. Also, the adoption of the separate drainage wells and the submersible pumps in the turnout area, as well as the optimization design of the new embedded terminal stray used in current terminals are introduced. Finally, the design experiences and shortcomings in practical projects are summarized, suggestions are put forward to make the professional track design of the follow-up projects more perfect, precise and reasonable.

Shanghai rail transit Line 12; track structure; design points

U 213.2: U 231.2

10.16037/j.1007-869x.2017.01.036

2016-09-20)