段桂平

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，200070，上?！喂こ處煟?/p>

隨著上海市軌道交通線網(wǎng)的逐漸成形，已建成運(yùn)營(yíng)的線路越來(lái)越多，軌道工程設(shè)計(jì)方案也逐漸成熟，結(jié)合已運(yùn)營(yíng)線路，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上吸取原來(lái)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)繼續(xù)改進(jìn)，并積極探索新的設(shè)計(jì)方案和施工工藝，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高施工質(zhì)量和效率是現(xiàn)階段軌道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以上海軌道交通13號(hào)線一期工程軌道設(shè)計(jì)為例，對(duì)近期上海軌道交通軌道工程設(shè)計(jì)中有關(guān)優(yōu)化措施進(jìn)行探討。

1 概況

上海市軌道交通13號(hào)線一期工程，西起嘉定區(qū)華江路站，東至靜安區(qū)南京西路站，正線全長(zhǎng)16.468 km（雙線），均為地下線。正線最小曲線半徑為350 m，最大坡度為27‰。采用地鐵A型車(chē)6輛編組，車(chē)輛軸重160kN，架空接觸網(wǎng)供電制式。軌道工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）軌距：直線地段1 435mm，曲線地段按規(guī)定加寬；

（2）鋼軌：正線、輔助線及出入線采用60kg／m、U75V鋼軌，正線鋪設(shè)無(wú)縫線路；

（3）扣件：采用彈性分開(kāi)式扣件，具有調(diào)高低和調(diào)軌距能力；

（4）道床：地下線均采用整體道床，出入線敞開(kāi)段采用碎石道床；軌枕鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：正線、出入線為1 680根／km，輔助線為1 600根／km；

（5）道岔：采用60kg／m鋼軌9號(hào)單開(kāi)或三開(kāi)道岔、60kg／m鋼軌9號(hào)道岔渡線；

（6）車(chē)擋：采用滑移式緩沖車(chē)擋；

（7）軌道結(jié)構(gòu)高度：圓形隧道為735mm，矩形隧道為560mm，敞開(kāi)段碎石道床地段為738mm；

（8）超高：曲線地段軌道最大超高值為120mm，圓形隧道采用“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，矩形隧道采用“外軌抬高超高值”的方法設(shè)置。

2 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1 道床混凝土標(biāo)號(hào)由C30提高至C35

根據(jù)《城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08－109－2004／J10325－2004）和 《地 鐵 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》（GB 50157—2003），“隧道內(nèi)和隧道與地面線路過(guò)渡段整體道床的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜小于C30”，以往項(xiàng)目地下線整體道床均采用C30混凝土。

目前軌道交通相關(guān)規(guī)范規(guī)程均未明確道床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，鐵路相關(guān)規(guī)范中對(duì)道床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的要求如下：《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10020—2009）中指明：無(wú)砟軌道道床的設(shè)計(jì)使用年限為60年；《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10005—2010）中規(guī)定“無(wú)砟軌道道床板、底座板設(shè)計(jì)使用年限一般為100年，無(wú)砟軌道道床板、支承層設(shè)計(jì)使用年限至少為60年基礎(chǔ)上，研究試驗(yàn)再創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)與橋梁結(jié)構(gòu)等壽命期”，可見(jiàn)，軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有提高的趨勢(shì)。

根據(jù)已運(yùn)營(yíng)線路經(jīng)驗(yàn)，地下線道床經(jīng)常出現(xiàn)的病害有：道床結(jié)構(gòu)下沉、道床與主體結(jié)構(gòu)分離、道床或水溝開(kāi)裂破損、軌枕松動(dòng)或拔起等。特別是上海為軟土地基，運(yùn)營(yíng)后局部地段不均勻沉降現(xiàn)象較多，道床結(jié)構(gòu)下沉后道床形態(tài)與初始狀態(tài)發(fā)生變化后，其彎曲曲率增加，導(dǎo)致道床混凝土應(yīng)力增大，超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)將出現(xiàn)拉裂紋甚至開(kāi)裂。

考慮上述因素，為提高地下線道床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性，將地下線混凝土等級(jí)由C30提高至C35。C30、C35混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度及單價(jià)如表1所示，C35混凝土設(shè)計(jì)抗壓和抗拉強(qiáng)度較C30分別增加了16.4%和9.8%，疲勞強(qiáng)度也相應(yīng)增加同等比例。道床混凝土標(biāo)號(hào)變化后對(duì)軌道結(jié)構(gòu)總剛度等參數(shù)基本無(wú)影響，且C35混凝土較C30混凝土每公里僅增加造價(jià)約2萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)影響也不明顯。

表1 C30、C35混凝土技術(shù)指標(biāo)與價(jià)格對(duì)照表

2.2 中檔鋼彈簧浮置板采用預(yù)制板的設(shè)計(jì)施工新工藝

鋼彈簧浮置板軌道因隔振效果好，已廣泛應(yīng)用于城市軌道交通工程。但其施工相對(duì)復(fù)雜，不適合軌排法施工，施工速度慢，是影響軌道工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，如按常規(guī)施工方法，浮置板施工進(jìn)度僅為5～6m／工天。后經(jīng)改進(jìn)提高形成了鋼筋籠法施工工藝，將施工現(xiàn)場(chǎng)綁扎結(jié)構(gòu)鋼筋改為基地綁扎鋼筋，形成鋼筋籠，然后通過(guò)軌道平板車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，吊裝鋼筋籠，現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土。施工速度提高了約5～8倍，即由5～6m／工天提高到30～40m／工天。而采用預(yù)制板法施工綜合施工速度可由5～6m／工天提高到50～60m／工天。同時(shí)具有一系列的優(yōu)勢(shì)：軌道板工廠化、專(zhuān)業(yè)化預(yù)制，質(zhì)量高，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工中人的因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素對(duì)工程質(zhì)量的影響；預(yù)制廠進(jìn)行軌道板的預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工，具有工廠化、機(jī)械化的特點(diǎn)，減少了洞內(nèi)混凝土的濕作業(yè)；洞內(nèi)的大量作業(yè)移至工廠內(nèi)作業(yè)，極大地減少了繁重、復(fù)雜的手工勞動(dòng)，降低了勞動(dòng)者的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)強(qiáng)度。

上海最先在軌道交通10號(hào)線選擇一段線路試鋪預(yù)制板，運(yùn)營(yíng)后經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，預(yù)制板減振效果良好。故在新建設(shè)的13號(hào)線一期、12號(hào)線等線路推廣。13號(hào)線一期地下線中檔鋼彈簧浮置板在圓形隧道、曲線半徑大于300m地段采用“工廠預(yù)制道床板，現(xiàn)場(chǎng)拼裝”的方式施工。

2.2.1 預(yù)制板設(shè)計(jì)方案

預(yù)制板寬2.7m，長(zhǎng)3.576m，采用C50混凝土、HRB400級(jí)鋼筋，板內(nèi)部采用傳統(tǒng)圓形隔振器，板端采用方形隔振器，板與板之間采用剪力鉸連接（見(jiàn)圖1）。

圖1 鋼彈簧預(yù)制浮置板平面圖

2.2.2 預(yù)制板施工方案

預(yù)制短板施工，在工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，加工成型的成品后運(yùn)輸至鋪軌基地存放，經(jīng)下料口由軌道車(chē)運(yùn)輸至施工作業(yè)面，現(xiàn)場(chǎng)采用鋪軌龍門(mén)吊進(jìn)行預(yù)制短板鋪設(shè)（見(jiàn)圖2、圖3），軌道幾何尺寸調(diào)整采用千斤頂進(jìn)行調(diào)整。浮置板軌道基礎(chǔ)混凝土施工提前于預(yù)制短板鋪設(shè)前完成。

2.2.3 預(yù)制板方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

與現(xiàn)澆浮置板方案比較；預(yù)制板施工方案具有明顯提高浮置板道床的施工速度。降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)強(qiáng)度、可以養(yǎng)護(hù)更換、施工完成后美觀整潔干凈等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際操作過(guò)程中，也存在一些問(wèn)題：在緩和曲線地段，由于存在超高和平面曲線曲率的漸變，緩和曲線地段的浮置板隔振器頂升和軌面精調(diào)不易控制，需反復(fù)調(diào)整才能達(dá)到要求。另外在土建施工誤差較大地段，存在調(diào)線調(diào)坡后局部軌道高度仍不滿(mǎn)足預(yù)制板鋪設(shè)條件即預(yù)制板與結(jié)構(gòu)管片沖突的問(wèn)題，此時(shí)該局部地段需改為現(xiàn)澆或采用較小尺寸的預(yù)制板；兩塊預(yù)制板接縫處存在較大空隙，由于板與板之間的蓋板安裝較晚，軌道專(zhuān)業(yè)及交叉施工的其他專(zhuān)業(yè)建筑垃圾易通過(guò)空隙進(jìn)入板下水溝，增加了后期清理水溝垃圾的工作量。

圖2 預(yù)制板現(xiàn)場(chǎng)吊裝

圖3 鋪設(shè)完成的鋼彈簧預(yù)制浮置板道床

2.3 浮置板道床地段均用DTⅢ2扣件

扣件是鋼軌與軌枕的重要聯(lián)結(jié)部件，通過(guò)扣件將鋼軌直接固定在軌枕上，以保持軌距和限制鋼軌相對(duì)于軌枕的縱、橫向位移。目前我國(guó)城市軌道交通建設(shè)發(fā)展很快，扣件的類(lèi)型有往多元化發(fā)展的趨勢(shì)，但一個(gè)城市軌道交通扣件型式在滿(mǎn)足使用功能的條件下應(yīng)盡量統(tǒng)一，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化，減少扣件種類(lèi)。

上海軌道交通1、2號(hào)線地下線一般地段采用DTⅢ型扣件，在軌道交通4號(hào)線時(shí)將DTⅢ型扣件由有擋肩扣件優(yōu)化為無(wú)擋肩扣件，即DTⅢ2型扣件（見(jiàn)圖4）。DTⅢ2型扣件采用國(guó)鐵B型彈條，不設(shè)軌底坡，為有螺栓扣件，扣壓力穩(wěn)定，扣件最大調(diào)高量為40mm，扣件垂向節(jié)點(diǎn)靜剛度為21～25kN／m，橫向靜剛度為25～30kN／m。DTⅢ2型扣件為有螺栓扣件，調(diào)高量能適合上海地下線整體道床的要求，扣壓力穩(wěn)定，所以在上海軌道交通中沿用下來(lái)。13號(hào)線一期工程的地下線普通道床地段也采用DTⅢ2型扣件。

圖4 DTⅢ2型扣件

上海以往軌道工程項(xiàng)目，浮置板道床地段扣件均采用直埋式，即扣件螺栓直接預(yù)埋在浮置板道床板上，由于在現(xiàn)澆混凝土板上設(shè)置軌底坡很困難，故在浮置板道床地段較多采用有軌底坡的SD－1型扣件?？奂甭裼诘来裁嫔?，鋼軌底部距離道床面的距離僅為扣件高度44mm，這一空間過(guò)小會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)后養(yǎng)護(hù)維修時(shí)起道機(jī)等工務(wù)器具操作空間不足，無(wú)法使用或使用困難。另外，軌底距離道床面較近，鋼軌與道床面間的絕緣距離較小，如道床表面有金屬物，容易導(dǎo)致鋼軌電擊傷。

在現(xiàn)澆浮置板道床地段增設(shè)短軌枕（見(jiàn)圖5、圖6），預(yù)制浮置板地段在預(yù)制板上預(yù)制凸型承軌臺(tái)，軌底坡通過(guò)短軌枕或凸型承軌臺(tái)設(shè)置，如此浮置板道床地段即可采用無(wú)軌底坡的DTⅢ2型扣件，既減少了地下線扣件種類(lèi)，也解決了直埋式軌底坡不易控制、軌下空間過(guò)小的問(wèn)題。

2.4 改進(jìn)軌道減振器配套軌枕

上海自軌道交通1號(hào)線開(kāi)始，地下線普通道床地段一直沿用長(zhǎng)軌枕整體道床，它能較好的適應(yīng)上海軟土地基的地質(zhì)特性。但在岔區(qū)和軌道減振器地段仍采用短軌枕，如7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)等線路。

在上述已竣工通車(chē)的線路中，軌道減振器短枕整體道床地段，均發(fā)現(xiàn)了不同程度的軌底坡不滿(mǎn)足“1／30～1／50”范圍要求和由此導(dǎo)致的線路幾何狀態(tài)較差等情況。由于短軌枕整體道床需通過(guò)特制的軌排工裝設(shè)備，通過(guò)短軌枕的傾斜實(shí)現(xiàn)軌底坡的設(shè)置，如施工過(guò)程控制不嚴(yán)格，極易出現(xiàn)軌底坡和軌距不滿(mǎn)足要求的情況，為此，13號(hào)線一期工程地下線軌道減振器扣件改用預(yù)應(yīng)力混凝土長(zhǎng)軌枕，可有效控制上述情況的出現(xiàn)。

圖5 增設(shè)短軌枕的浮置板道床斷面圖

圖6 短軌枕浮置板道床預(yù)制鋼筋籠

軌道減振器用混凝土長(zhǎng)軌枕的長(zhǎng)度和高度均與普通地段長(zhǎng)軌枕一致，其中長(zhǎng)2.1m，高度為0.186 m，頂部寬0.3m、底部寬0.4m，采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力筋采用φ6.25螺旋肋鋼絲，并預(yù)留道床縱向筋孔（見(jiàn)圖7）。

圖7 軌道減振器配套用預(yù)應(yīng)力混凝土長(zhǎng)軌枕

2.5 道岔岔枕由短軌枕優(yōu)化為混凝土長(zhǎng)軌枕

13號(hào)線一期工程正線共采用3種道岔：60kg／m鋼軌9號(hào)單開(kāi)道岔、60kg／m鋼軌9號(hào)道岔5m間距交叉渡線和60kg／m鋼軌9號(hào)三開(kāi)道岔，均為曲線尖軌道岔。除三開(kāi)道岔因?yàn)檩^復(fù)雜采用長(zhǎng)枕存在一定困難外，9號(hào)單開(kāi)道岔和9號(hào)道岔5m間距交叉渡線均采用長(zhǎng)岔枕（見(jiàn)圖8）。

道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求鋪設(shè)精度高，尤其是道岔后端結(jié)構(gòu)寬度較大，軌排運(yùn)輸困難，普遍采用現(xiàn)場(chǎng)組裝施工方法。短枕式道岔結(jié)構(gòu)輕巧、布置靈活，較利于施工，但是根據(jù)已建成線路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，短枕式道岔施工精度難以保證，道岔區(qū)軌道整體性不好，道岔容易產(chǎn)生病害，養(yǎng)護(hù)維修工作量大。而鋼筋混凝土長(zhǎng)岔枕有利于提高道岔施工平整度，保證岔區(qū)幾何狀態(tài)，可減少運(yùn)營(yíng)期間的養(yǎng)護(hù)維修。為保證軌枕與道床的連接，在長(zhǎng)岔枕下設(shè)置桁架筋。在岔區(qū)道床設(shè)計(jì)中，可利用兩根縱向鋼筋與軌枕下桁架筋焊接，以確保雜散電流排流通暢。

圖8 長(zhǎng)岔枕道岔架設(shè)圖

2.6 岔區(qū)排水

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已投入運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通矩形隧道地下線車(chē)站道岔區(qū)轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑普遍存在道床排水不暢致使轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑積水。原因分析如下：道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑基底標(biāo)高一般較軌頂標(biāo)高低391 mm，而道床側(cè)溝溝底標(biāo)高較軌頂?shù)?74～400mm，二者高差較??；另外車(chē)站范圍線路縱坡一般為2‰，且道床水溝與道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)溝槽和基坑區(qū)域均連通，如此當(dāng)?shù)来菜疁吓潘粫秤蟹e水時(shí)，極易導(dǎo)致道岔區(qū)轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑積水無(wú)法排出（見(jiàn)圖9）。

為解決道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑區(qū)域積水狀況，13號(hào)線采取了如下優(yōu)化方案：

（1）加深道床水溝深度，增加道床水溝與轉(zhuǎn)轍機(jī)基底的高差；

（2）道床表層水主要為隧道滲漏水，為防止單開(kāi)道岔區(qū)轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑積水，道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑和溝槽區(qū)域均要作防水處理；

圖9 既有線道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑積水病害

（3）將道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑區(qū)域作為一個(gè)獨(dú)立的排水小單元，在轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑附近結(jié)構(gòu)底板上預(yù)留集水井，井內(nèi)設(shè)置小型潛水泵，轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑區(qū)域的水匯入積水坑后，通過(guò)潛水泵排水道床排水溝后進(jìn)入道床排水系統(tǒng)，最終排入車(chē)站內(nèi)廢水泵房（見(jiàn)圖10）。

圖10 單開(kāi)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑區(qū)域排水方案

3 結(jié)語(yǔ)

在上海軌道交通13號(hào)線一期軌道工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)上海已運(yùn)營(yíng)線路進(jìn)行了全面的調(diào)研，詳細(xì)了解并分析以往軌道結(jié)構(gòu)設(shè)存在的缺陷及問(wèn)題，在總結(jié)已運(yùn)營(yíng)軌道交通線路經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合自身工程特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化和提高，以期改善已運(yùn)營(yíng)線路出現(xiàn)的各種缺點(diǎn)及病害。

由于國(guó)內(nèi)軌道工程設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，故而軌道設(shè)計(jì)過(guò)程中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)優(yōu)化及創(chuàng)新越來(lái)越重要，通過(guò)介紹上海軌道交通13號(hào)線一期工程軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相較于上海以往工程的變化，尋求更科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，使國(guó)內(nèi)軌道交通軌道工程持續(xù)發(fā)展。

［1］練松良，李向國(guó).軌道工程［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］TB 10621—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］TB 10005—2010鐵路混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］STB／ZH－000001—2010上海城市軌道交通工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］耿傳智，劉在慶.城市軌道交通彈簧浮置板軌道過(guò)渡段設(shè)計(jì)分析［J］.城市軌道交通研究，2011（2）：39.