丁靜波,王　菁,曹　亮,劉　瑋

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司軌道工程設計研究院,北京　100055)

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無錫地鐵2號線軌道系統(tǒng)設計研究

丁靜波,王菁,曹亮,劉瑋

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司軌道工程設計研究院,北京100055)

摘要：無錫地鐵2號線是一條東西走向的主干線路,穿越無錫市5個區(qū),線路曲線半徑小,坡度大。結合工程特點和調(diào)研分析,確定無錫地鐵2號線軌道系統(tǒng)方案,內(nèi)容涉及地下線、高架線及停車場和車輛段。重點介紹扣件選型、道床排水、各種減振類型、無縫線路等設計方案,通過分析不同軌道結構形式的技術性能、適用性,細化了各專業(yè)配合設計內(nèi)容,提出技術優(yōu)化方案。

關鍵詞：軌道系統(tǒng)；軌道減振；梯形軌枕；隔離減振墊；鋼彈簧浮置板；無縫線路

1概述

無錫地鐵2號線為東西向交通主干線路，西起梅園，東至安鎮(zhèn)，線路全長26.3 km，其中高架線6.73 km，地下線19.56 km(含U形槽)。全線共設車站22座，其中高架站4座，地下站18座，平均站間距約1235 m。線路西端設青龍山停車場，東端查橋地區(qū)設查橋車輛段。主要承擔中心城區(qū)和新區(qū)、蠡湖新城以及對外交通樞紐的東西向交通，使中心城的功能得到進一步提高。無錫地鐵2號線走向示意見圖1。

本工程設計最高運行速度80 km/h，采用B型車6輛編組，DC1500V接觸軌供電方式。工程預計2014年底梅園至無錫東站通車試運行，無錫東站至安鎮(zhèn)西1站1區(qū)間晚半年開通。本工程有以下3個方面的特點。

(1)減振降噪。無錫是一座江南古城，南鄰太湖，背靠惠山，歷史悠久，自然條件極好。古運河穿城而過，有著極為豐富的水網(wǎng)體系。無錫地鐵2號線沿線多次下穿古運河，途徑了梅園、阿炳故居、崇安寺等歷史古文化建筑，因此軌道系統(tǒng)設計時必須采取減振降噪措施。

(2)雨水充沛。無錫地區(qū)全年降水量大于蒸發(fā)量，屬濕潤地區(qū)。特別夏季5、6月份雨季較長，屬梅雨季。軌道應加強排水設計，對U形槽敞開段、道岔區(qū)等地段應進行特殊設計，并對水患引起的不均勻沉降等地質(zhì)問題加以預防，加強道床配筋設計。

(3)曲線半徑小、坡度大。無錫地鐵2號線全線共計84條曲線，占全線長度的34.3%，其中有2處“S”彎曲線半徑為300 m，且位于23‰大坡道區(qū)段。小半徑是軌道薄弱環(huán)節(jié)，軌道狀態(tài)差，鋼軌側磨也較大，嚴重時發(fā)生異常波磨，引發(fā)二次噪聲擾民問題；還有列車通過此地段時輪軌驅(qū)動力加大，容易導致彈條和螺栓斷裂，影響行車安全。因此，軌道應有針對性選擇軌道標準，確保強度及穩(wěn)定性，以滿足運營安全。

圖1　無錫地鐵2號線走向示意

2軌道主要技術標準

(1)軌距：1 435 mm；

(2)軌底坡：1∶40；

(3)曲線最大超高值：120 mm；

(4)鋼軌：正線及輔助線、試車線采用60 kg/m鋼軌；車輛段采用50 kg/m鋼軌；

(5)扣件：地下線采用DTⅢ2扣件，高架采用WJ-2A扣件；

(6)正線扣件(對)數(shù)：一般地段按1 600對/km鋪設；

(7)道岔：正線采用9號道岔，車輛段采用7號道岔；

(8)道床：地下線采用整體道床；高架線采用縱向承軌臺式道床；

(9)按環(huán)評要求，采取綜合和分級減振措施；

(10)鋪設跨區(qū)間無縫線路。

3正線軌道系統(tǒng)設計

3.1扣件型式

本線工程扣件選型主要考慮2個方面因素：一是地區(qū)特點；二是應與無錫既有地鐵統(tǒng)一。無錫地區(qū)地下水資源豐富，結構容易發(fā)生沉降，應選用調(diào)高量大的有螺栓扣件。通過調(diào)研周邊城市軌道交通地鐵情況，確定無錫地鐵2號線選用DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件。這2種扣件調(diào)高量均可達40 mm，已有多年運營經(jīng)驗，也與在建的無錫地鐵1號線基本統(tǒng)一。

針對目前有些地鐵曲線地段的鋼軌異常波磨發(fā)生比例要高于直線地段問題，實踐表明，加密扣件鋪設對數(shù)，可提高線路縱橫向約束，減緩波磨發(fā)展速度。無錫地鐵2號線在曲線半徑300 m

圖2　無錫地鐵2號線的DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件

3.2道床選型設計

無錫地鐵2號線地下線采用長枕埋入式整體道床，其整體穩(wěn)定性好，施工速度快，有利于防止結構的不均勻沉降。高架線采用縱向承軌臺式整體道床，可減輕軌道二期恒載，也是國內(nèi)地鐵普遍采用的道床型式之一。無錫地鐵2號線地下線和高架線整體道床，見圖3。

圖3　地下線及高架線整體道床

地下長枕埋入式道床采用C35混凝土，表面設不小于3%的排水橫坡，縱向設置雙側排水溝，其坡度與線路坡度一致。高架縱向承軌臺式整體道床，采用C40混凝土，道床分塊布置，每塊之間設置100 mm道床伸縮縫。道床結構均按雙層鋼筋網(wǎng)設計，縱向鋼筋以φ16 mm為主，結合防迷流設計要求，部分地段采用了φ20 mm鋼筋，鋼筋截面達到4 500 mm2。為加強高架整體道床與橋面間的連接，在橋梁上預埋4根φ14 mm的L形鋼筋，埋入橋內(nèi)深度不小于150 mm[2]。

3.3道床排水設計

道床排水主要用于排除結構滲漏水、消防廢水和道床沖洗水等。無錫地區(qū)地下水充沛，若設計不當，容易導致軌道絕緣降低，誘發(fā)道床與結構間剝離、不均勻沉降、翻漿冒泥等一系列的問題，嚴重時危及行車安全。無錫地鐵2號線對道岔區(qū)、洞內(nèi)外U形槽等區(qū)域，基本措施是將水溝由200 mm加寬至300 mm。在洞口U形槽泵房位置，考慮雨季雨水量較大，水流湍急，設置了2道橫截溝，見圖4。一方面加強橫向水溝排水能力，另一方面也避免道床水過快過多地流入下游而淹沒道床。

道岔轉(zhuǎn)轍機坑排水是設計的難點。目前部分地鐵道岔轉(zhuǎn)轍機坑不管是否與水溝連通，均出現(xiàn)積水問題。轉(zhuǎn)轍機坑積水易對信號、軌道設備造成氧化腐蝕、絕緣失效，嚴重時會造成軌道“打火”問題[3]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性變化的結構滲漏水是導致道岔轉(zhuǎn)轍機坑排水問題主要原因之一。水位高時，道床兩側水溝比較滿，往轉(zhuǎn)轍機坑內(nèi)倒灌或基坑內(nèi)滲水；枯水時，基坑內(nèi)的水又無法排出。無錫地鐵2號線為了應對這種季節(jié)性的水位變化，在每組道岔轉(zhuǎn)轍機橫向溝槽位置埋設φ50 mm PVC管，并設置軟木塞。在水位高季節(jié)堵上防止倒灌，沖洗道床或滲水較多時，取出木塞將積水排出?，F(xiàn)場實施表明，效果良好，見圖4。

圖4　U形槽敞開段及道岔轉(zhuǎn)轍機坑排水設計

3.4軌道減振設計

根據(jù)無錫地鐵2號線工程環(huán)境影響報告書，將全線減振分為中等、高等及特殊3個減振等級。其中，振動超標0 dB10 dB，采用鋼彈簧浮置板。

3.4.1壓縮型減振扣件

早期國內(nèi)地鐵整體硫化壓縮減振扣件是以洛德(LORD)扣件為主，澳大利亞DELKOR公司也有研發(fā)產(chǎn)品，主要供應國內(nèi)高鐵。在滿足軌道部件互換通用的前提下，研發(fā)與DTⅢ2、WJ-2A型扣件的型式尺寸通用的整體硫化壓縮型減振扣件，在國內(nèi)尚屬首次，見圖5。經(jīng)測試表明，扣件靜剛度18.2 kN/mm，經(jīng)300萬次疲勞試驗后，軌頭橫向位移量小于2.0 mm[4]。其軌頭橫向位移量小于減振器扣件[5]，可緩解輪踏面在鋼軌上形成橫向前進型滑移磨耗，利于提高軌道平順性。

圖5　無錫地鐵2號線設計研發(fā)的壓縮型減振扣件

3.4.2梯形軌枕設計

梯形軌枕是由縱向PC軌枕、橫向聯(lián)接鋼管和減振部件構成，適用于振動超標5～10 dB的高等減振地段[6]。無錫地鐵2號線梯形軌枕有5 900 mm及5 900mm-B 2種型號，斷面規(guī)格為(580×185) mm。5 900 mm-B型在每相鄰緩沖墊板空檔中部均增加1塊(200 mm×185 mm×12 mm)緩沖墊，主要適用于R≤500 m小曲線半徑地段。減振墊和緩沖墊均由奧地利Getzner進口，通過簡單工裝可方便實現(xiàn)抽換，并可進行高度及減振剛度的調(diào)整。

本工程的梯形軌枕設計與DTⅢ2、WJ-2A型扣件配套，在梯形軌枕上設承軌臺和軌底坡，攻克了不規(guī)則斷面偏心設計、生產(chǎn)脫模等方面的技術難關，是地鐵預制件技術上的突破。不僅避免了增加扣件類型，也保證了軌底與枕頂?shù)母卟睢?0 mm，利于防迷流、排水和養(yǎng)護維修，見圖6。

圖6　地下和高架線的梯形軌枕

3.4.3道岔區(qū)隔離減振墊道床

無錫地鐵2號線僅在道岔區(qū)采用隔離減振墊道床，它主要由基底層、道床板、彈性橡膠減振墊組成。結合本工程具體廢水泵房的位置，在設計范圍內(nèi)完全實現(xiàn)了以兩側排水溝為主，基底中心水溝為輔排水的方式，解決了中心水溝排水能力不足的問題。減振墊道床按分塊設計，每塊長度約6 m。一般采用USM 1000-W型彈性墊層，其靜力地基模量為0.019 N/mm3，過渡段采用USM2030型彈性墊層，其靜力地基模量為0.03 N/mm3，彈性墊層厚度均為30 mm。其中青龍山停車場出入段50 kg/m鋼軌7號5 m交叉渡線位置，按環(huán)評要求，首次采用合成軌枕的減振墊道床[7]。

道岔區(qū)隔離減振墊道床，其特點是結構簡單，施工方便，難點是排水和側向擋墻設計復雜，先施工基底層與側向擋墻，最后施工道床板，分2次澆筑完成，細節(jié)部分應注意橡膠墊應用彈性橡膠密封條，再用橡膠膨脹止水條封頂。

3.4.4鋼彈簧浮置板設計

根據(jù)環(huán)評要求，針對下行穿越敏感點及振動超標大于10 dB地段，采取鋼彈簧浮置板減振。本工程有1段300 m雙向“S”彎曲線的鋼彈簧浮置板，下穿居民樓，設計為國內(nèi)罕見。在鋼彈簧浮置板上設置凸臺，增加浮置板的參振質(zhì)量，以滿足預期的減振效果；還能起到一定防止列車脫軌功能，增強列車運營安全和穩(wěn)定性，見圖7。另外，針對小半徑磨耗問題，在加密扣件基礎上，設置了涂油器潤滑系統(tǒng)，也建議運營期間應合理控制行車速度，以減緩初始波磨不平順，防止在列車持續(xù)的激振作用下，發(fā)生異常波磨問題。

圖7　鋼彈簧浮置板道床結構

3.5無縫線路設計

無錫地鐵2號線正線(含道岔)按跨區(qū)間無縫線路設計。為便于運營后道岔的養(yǎng)護維修及更換，地下線在道岔前后設1根插入軌，采用凍結接頭，并設置合適的軌端片[8]。高架線為避免長鋼軌位移向道岔內(nèi)傳遞，在道岔前后均設置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器(簡稱調(diào)節(jié)器)，道岔與調(diào)節(jié)器間插入軌也均凍結，減少軌縫，提高平順性。

本工程無縫線路設計重點是特大跨橋上無縫線路設計。無錫地鐵2號線最大跨度橋是跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁，溫度跨達到250 m，需設置小阻力扣件，以降低梁軌作用力，釋放梁端位移。根據(jù)橋梁的跨度、支座布置、橋墩線剛度、線路縱向阻力等資料，建立有限元模型計算鋼軌附加力[9]。經(jīng)計算，跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁單股鋼軌伸縮力T1結果見圖8。

圖8　跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁鋼軌伸縮力

按《鐵路無縫線路設計規(guī)范》(TB10015—2012)要求，對跨滬寧高速公路(80+136+80) m連續(xù)梁的鋼軌應力進行檢算，包括動彎應力、溫度力、伸縮應力或撓曲應力等各項應力之和均未超出鋼軌容許應力，且理論計算的斷縫值也小于10c m[10]，確定本橋不設鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

4車輛段及停車場軌道設計

無錫地鐵2號線車輛段和停車場內(nèi)涉及專業(yè)眾多，重點是加強專業(yè)間設計配合，做好接口設計[11]。本工程重點加強了以下幾個方面：(1)庫內(nèi)軌道與土建施工界面?？紤]土建的施工誤差難以滿足軌道鋪設的要求，庫內(nèi)柱式、壁式整體道床，軌道結構高度500 mm范圍內(nèi)均由軌道單位施工；(2)信號專業(yè)配合設計。軌道配軌應滿足信號軌道電路絕緣要求，盡量使用標準軌；庫內(nèi)整體道床應預留波導管安裝空間。(3)供電專業(yè)配合設計。在車輛段及停車場接觸軌支架通過化學錨栓安裝在預應力混凝土枕上。混凝土枕上預留4個φ18 mm的孔，垂直于線路方向孔間距為120 mm。軌道鋪設時，應按照接觸軌專業(yè)要求，布設預留有孔預應力混凝土枕。

5結語

系統(tǒng)介紹了無錫地鐵2號線軌道系統(tǒng)設計方案，針對不同的軌道結構型式，提出了一些優(yōu)化措施，現(xiàn)場實施后基本有效可行。目前無錫地鐵2號線軌道正在工程竣工驗收，已完成冷滑、熱滑，已具備空載試運營條件。

參考文獻：

[1]北京城建設計研究總院.GB50157—2003地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003．

[3]張立國，丁靜波.城市軌道交通軌道結構與雜散電流接口設計研究[J].鐵道標準設計，2013(5):14-15．

[4]中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所.壓縮型減振扣件檢驗報告(2013)JHC字第970號[R].北京：中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，2013．

[5]北京市軌道交通建設管理有限公司，北京交通大學，等.北京軌道交通減少異常波磨的綜合減振技術研究中間報告(編號Z101106000410004)[R].北京：北京市軌道交通建設管理有限公司，北京交通大學，等，2011．

[6]姜堅白.北京城市鐵路振動與噪聲控制對策[J].鐵道建筑，2003(S)：64-65．

[7]楊新民，張慶，張立國.合成樹脂軌枕的應用研究[J].鐵道標準設計，2009(6):22-23．

[8]蔡炳華.提速道岔接頭凍結技術與鋪設運營效果分析[J].鐵道標準設計，2002(3)：7-8．

[9]丁靜波，劉瑋.北京軌道交通房山線高架無縫線路設計研究[J].地下工程與隧道，2011(S):52-53．

[10]劉華，韓啟孟.《鐵路軌道設計規(guī)范》編制的主要內(nèi)容及特點[J].鐵道標準設計，2006(3)：11-12．

[11]丁靜波，曹亮.珠江三角洲城際快速軌道交通廣佛線軌道工程設計[J].鐵道標準設計，2012(4)：25-26．

The Design of Wuxi Metro Line 2 Track SystemDING Jing-bo, WANG Jing, CAO Liang, LIU Wei

(Track Engineering Design & Research Institute, China Railway Engineering

Design & Consultant Group, Beijing 100055, China)

Abstract：Wuxi Metro Line 2 is an east-west trunk line, passing through 5 districts in Wuxi. The curve radius is small with steep slopes. Based on the analysis of engineering characteristics and investigations, system plan of the line 2 of Wuxi metro rail system is drawn out, covering underground lines, viaduct lines, parking lot and the depot. This paper focuses on fastener selection, bed drainage, various vibration types, seamless steel line and design scheme. Through the analysis of technical performances of different track structures, the design details are addressed and technical optimization scheme is proposed.

Key words：Track system; Track vibration; Ladder sleeper; Rubber pad; Spring floating slab; CWR

中圖分類號：U231； U213.2

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.007

文章編號：1004-2954(2015)01-0029-04

作者簡介：丁靜波(1979—)，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于西南交通大學土木工程學院土木工程專業(yè)，工學學士，E-mail:dingjbo@163.com。

收稿日期：2014-04-19； 修回日期：2014-04-30