趙　洪，戴春陽(yáng)

(1.北京市重大項(xiàng)目建設(shè)指揮部辦公室，北京　100029；2.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京　100082)

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有砟軌道技術(shù)在北京市城市軌道交通地下線正線的應(yīng)用研究

趙洪1，戴春陽(yáng)2

(1.北京市重大項(xiàng)目建設(shè)指揮部辦公室，北京100029；2.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京100082)

研究分析北京市城市軌道交通地下線正線應(yīng)用有砟軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)措施。對(duì)地下線正線應(yīng)用有砟軌道的結(jié)構(gòu)形式、部件選型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，并輔以模擬計(jì)算手段對(duì)道床部分典型動(dòng)力特性進(jìn)行分析，借鑒國(guó)鐵養(yǎng)護(hù)維修典型年運(yùn)量理論對(duì)地下線有砟軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量進(jìn)行分析，認(rèn)為道床幾何尺寸、縱橫阻力等穩(wěn)定性指標(biāo)能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)備選型合理可行，養(yǎng)護(hù)維修工作量適中，認(rèn)為北京市城市軌道交通地下線正線應(yīng)用有砟軌道技術(shù)具備可行性和重要意義。

城市軌道交通；有砟軌道；養(yǎng)護(hù)維修；道床阻力

1　概述

1.1研究背景及意義

軌道的出現(xiàn)可以追溯到15世紀(jì)初。隨著英國(guó)工業(yè)革命的發(fā)展，在1605年出現(xiàn)了第一條用木條鋪成的軌道。用散體材料碎石組成道床的傳統(tǒng)軌道形式經(jīng)歷180多年的發(fā)展、使用經(jīng)久不衰，仍是當(dāng)前鐵路軌道主要結(jié)構(gòu)形式。有砟軌道發(fā)展歷史與鐵路及配套的軌道結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，其作為經(jīng)典傳統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)形式一直廣泛應(yīng)用于各國(guó)鐵路工程、高速鐵路工程以及城市軌道交通工程。例如法國(guó)TGV高速鐵路、日本新干線高速鐵路，我國(guó)普速鐵路客運(yùn)、貨運(yùn)線路等等。

在我國(guó)的城市軌道交通工程中，有砟軌道技術(shù)應(yīng)用研究尚處在初級(jí)階段，尤其是地下線正線線路中幾乎全部采用了無砟軌道的結(jié)構(gòu)形式。一些軌道交通建設(shè)發(fā)展較早的國(guó)家較為普遍地采用了有砟軌道形式。

例如，擁有世界上第一條地鐵線路的英國(guó)倫敦，早已建成12條總長(zhǎng)度超過400 km的線路網(wǎng)，部分地下路段采用有砟軌道形式；巴黎地鐵前期修建的線路有很多都在隧道中采用有砟軌道的結(jié)構(gòu)形式，如9號(hào)線、12號(hào)線，隧道中的有砟軌道至今仍在使用；芬蘭首都赫爾辛基的地下鐵路系統(tǒng)只有一條線路，隧道中大部分路段采用有砟軌道的形式，運(yùn)營(yíng)至今軌道及車輛匹配關(guān)系良好；德國(guó)柏林地鐵總長(zhǎng)度達(dá)146 km，有部分正線路段采用有砟軌道的形式并且沿用至今，如U9與U5線；莫斯科地鐵是世界上最古老、效率最高、埋深最深的地鐵系統(tǒng)，同樣也大量采用了有砟軌道的結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)營(yíng)情況良好。

國(guó)內(nèi)情況如前所述，目前尚無有砟軌道技術(shù)在城市軌道交通地下線正線使用案例，僅在地面線路基地段有過少量應(yīng)用，例如北京地鐵八通線及13號(hào)線地面段，上海、廣州情況與北京類似。只有在2014年底開通的北京15號(hào)線一期西段工程地下線清華東站后折返線上應(yīng)用了180 m的有砟軌道。如圖1、圖2所示。

圖1　北京地鐵13號(hào)線

圖2　北京地鐵15號(hào)線地下線站后折返線

有砟軌道技術(shù)具有鋪設(shè)、改造靈活、剛度匹配合理、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、減振效果優(yōu)良、適應(yīng)不良地質(zhì)沉降能力強(qiáng)、鋼軌病害較少等一系列優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)近年有砟軌道又有了一些新的技術(shù)和措施發(fā)展，故考慮在城市軌道交通地下線使用有砟軌道具有一定意義。

1.2研究方向

有砟軌道技術(shù)在部分國(guó)外城市軌道交通正線工程中應(yīng)用效果已得到檢驗(yàn)，考慮在北京城市軌道交通正線工程中采用有砟軌道技術(shù)存在可行性，認(rèn)為有必要參考國(guó)內(nèi)外地鐵正線、國(guó)鐵有砟軌道的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)有砟軌道在城市軌道交通地下線正線的應(yīng)用進(jìn)行研究。本文主要從有砟軌道服役所需的條件，如不同隧道斷面下軌道結(jié)構(gòu)形式、部件選型、有砟軌道的穩(wěn)定性及部分主要力學(xué)特性、養(yǎng)護(hù)維修方面進(jìn)行一定的研究分析，對(duì)北京市城市軌道交通地下線應(yīng)用有砟軌道技術(shù)可行性給出建議。

2　地下線有砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

碎石道床技術(shù)主要應(yīng)用在地面路基段，路基面比較平整，具有充足的布置空間，道床結(jié)構(gòu)可以提供足夠的道床縱、橫向阻力以及彈性，有利于保證軌道幾何形位，為列車提供安全、舒適、平順的行駛基礎(chǔ)。當(dāng)碎石道床結(jié)構(gòu)應(yīng)用于地下線時(shí)會(huì)受到限制，主要表現(xiàn)為相對(duì)狹小空間對(duì)有砟軌道結(jié)構(gòu)高度范圍的削弱。

地下區(qū)間結(jié)構(gòu)主要有盾構(gòu)、明挖以及暗挖3種形式。盾構(gòu)結(jié)構(gòu)由于斷面呈圓形，對(duì)道床兩側(cè)被削弱最多，軌道結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能受影響最大，故盾構(gòu)結(jié)構(gòu)中使用有砟軌道技術(shù)為3種地下結(jié)構(gòu)形式中最不利狀態(tài)。

2.1.1盾構(gòu)結(jié)構(gòu)下應(yīng)用有砟軌道技術(shù)(圖3)

圖3　盾構(gòu)結(jié)構(gòu)中有砟軌道示意

有砟軌道結(jié)構(gòu)主要由鋼軌、扣件、軌枕以及道砟組成，應(yīng)用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)時(shí)主要存在軌道高度的問題，直接影響道砟厚度、砟肩寬度等。

(1)道床厚度

道床厚度是指直線或曲線上內(nèi)軌中軸線下軌枕底面至路基頂面的距離。道床厚度是按照道床中壓力的擴(kuò)散角及路基面的允許應(yīng)力計(jì)算確定的。

地下線采用有砟軌道時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)可以為道床提供剛性的基礎(chǔ)，比土質(zhì)路基具有更高的承壓能力，理論上講可采用相對(duì)較薄的道床厚度，但工程實(shí)際證明道床除了起到擴(kuò)散分布荷載的作用，還有很多其他方面的功能，例如增加道床的彈性、降低道砟顆粒的破碎和粉化程度、減振降噪等，所以在相對(duì)堅(jiān)硬的隧道基礎(chǔ)上應(yīng)用有砟軌道不可單一地減薄道床厚度。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2013)關(guān)于正線混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的有砟軌道最小道床厚度規(guī)定為300 mm[1]；《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10082—2005)關(guān)于次重型軌道在土質(zhì)路基使用時(shí)給出了最小厚度為300 mm單層道砟的規(guī)定[2]。擬合軌道結(jié)構(gòu)斷面時(shí)要滿足上述要求，通過比較分析確定地下線正線有砟軌道高度采用890 mm(鋼軌軌頂至限界距離)。

在設(shè)置最大超高的情況下，內(nèi)股鋼軌軌枕端部下沿距離盾構(gòu)內(nèi)壁最近，此距離最小為259 mm(無超高時(shí)為266 mm)，相應(yīng)的內(nèi)股鋼軌一側(cè)道床最小厚度約為360 mm(枕底至限界距離)，如圖 4所示。

圖4　曲線地段盾構(gòu)隧道有砟軌道斷面(單位：mm)

在盾構(gòu)隧道中使用890 mm軌道高度情況下可以滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)道床厚度的規(guī)定，故建議5.8 m直徑盾構(gòu)隧道采用有砟軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，軌道高度不應(yīng)小于890 mm，且應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工誤差，在保證道床厚度不小于300 mm的同時(shí)軌枕端部邊緣距離盾構(gòu)最小距離不小于250 mm(參考橋上120 km/h新建鐵路有砟軌道道床厚度不應(yīng)小于250 mm)。

(2)砟肩寬度

道床頂面寬度決定于其砟肩寬度。一定的砟肩寬度可有效阻止道砟從枕端下面擠出，尤其可有效提高軌道橫向阻力，這對(duì)于保證無縫線路的穩(wěn)定性具有重要意義，增加肩寬有助于保證搗固效果和防止道床塌落。根據(jù)研究表明，道床肩寬部分所分擔(dān)的道床橫向阻力約占總道床橫向阻力的1/3，故必須保證足夠的砟肩寬度。

一定的砟肩寬度可有效提高道床橫向阻力，但是否橫向阻力會(huì)無限與砟肩寬度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，同時(shí)過寬的砟肩寬度勢(shì)必帶來道砟用量的增加，這些因素共同決定著砟肩寬度的合理范圍。

北京交通大學(xué)曾在混凝土軌枕軌道上對(duì)砟肩寬度與道床橫向阻力的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試，日本崛越博士也做過類似實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為砟肩寬度從400 mm以下增加到400～450 mm是軌枕橫向阻力增長(zhǎng)最快的階段，砟肩寬度大于450 mm之后，軌枕橫向阻力的增長(zhǎng)趨勢(shì)將趨于平緩。因此，很多國(guó)家對(duì)砟肩寬度規(guī)定了限值。《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求單根軌枕橫向阻力不小于9 kN。

道床砟肩寬度部分所分擔(dān)的道床橫向阻力可以通過理論公式計(jì)算獲得。在道床受到橫向作用力時(shí)，軌枕下部與道砟的摩擦力與軌枕橫向移動(dòng)擠動(dòng)砟肩的道砟棱體的阻力共同提供抗力。砟肩提供阻力示意見圖5。

圖5　砟肩提供阻力示意

本文工況下，考慮軌道道床橫向失穩(wěn)的情況下，計(jì)算得出的砟肩寬度為350～500 mm。根據(jù)前述軌道結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，軌道結(jié)構(gòu)高度為890 mm的情況下，無論直線地段還是最大超高的曲線地段(超高值120 mm)，鋼軌兩側(cè)砟肩寬度皆大于500 mm(軌枕邊緣至限界圓距離)，從理論計(jì)算角度可有效提供橫向道床阻力。

綜上，城市軌道交通地下線正線盾構(gòu)區(qū)間使用有砟軌道時(shí)，應(yīng)保證砟肩寬度不小于400 mm，在曲線半徑小于800 m時(shí)，曲線外側(cè)道床肩寬不小于500 mm。上述尺寸為軌枕端部至盾構(gòu)限界圓的距離。

(3)道床邊坡

道床邊坡是有砟軌道斷面的主要特征，但在城市軌道交通地下線盾構(gòu)區(qū)間設(shè)置道床邊坡后，道床外側(cè)空間明顯不足，使得軌道維修養(yǎng)護(hù)工作及特殊情況下人員疏散都比較困難，故地下線有砟軌道不進(jìn)行邊坡設(shè)置，道床砟肩直接延至盾構(gòu)壁。

(4)砟肩堆高

砟肩堆高是提高軌枕橫向阻力，提高線路橫向穩(wěn)定性最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段。國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《無縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法》(TB2098—2007)規(guī)定在某些特殊地段采用砟肩堆高160 mm[3]。《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求正線無縫線路軌道砟肩堆高150 mm?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定正線無縫線路半徑小于800 m時(shí)，砟肩應(yīng)堆高150 mm。

考慮到城市軌道交通車輛軸重相對(duì)較輕、運(yùn)營(yíng)速度相對(duì)較慢，尤其是地下線路軌溫差值較小，故城市軌道交通地下線有砟軌道最高砟肩堆高設(shè)計(jì)為150 mm。在無縫線路曲線半徑小于800 m的情況下使用，要求曲線內(nèi)外側(cè)砟肩同時(shí)加高；正線直線及大半徑地段無縫線路統(tǒng)一考慮采用100 mm砟肩加高。在進(jìn)行砟肩加高設(shè)計(jì)時(shí)不進(jìn)行放坡，直接在原有砟肩上進(jìn)行加高處理。

2.1.2小結(jié)

在5.8 m直徑的盾構(gòu)隧道中，在道床高度不小于890 mm的情況下，可以保證有效的道床厚度，進(jìn)而提供良好的彈性、適中的道床應(yīng)力；可以保證足夠的砟肩寬度，進(jìn)而提供足夠的道床橫、縱向阻力，保證道床的穩(wěn)定性；足夠的空間進(jìn)行砟肩的堆高處理，進(jìn)一步加強(qiáng)道床的橫向阻力，同時(shí)提供足夠?qū)挾鹊娜藛T疏散通道和養(yǎng)護(hù)維修空間。矩形斷面(軌道高度770 mm)、馬蹄形斷面(軌道高度890 mm)情況亦復(fù)如是，此處不再贅述。

此外，還可通過“雙側(cè)擋臺(tái)式軌枕”以及“固化道砟技術(shù)”進(jìn)一步提高有砟軌道的穩(wěn)定性，更好地適應(yīng)某些不良的工程條件。見圖6、圖7。

圖6　雙側(cè)擋臺(tái)軌枕

圖7　固化道床技術(shù)

2.2軌道部件選型

2.2.1軌枕

有砟軌道結(jié)構(gòu)軌枕種類較多，國(guó)外主要有彈性軌枕、寬軌枕、梯子式軌枕、框架式軌枕、德國(guó)B系列軌枕及法國(guó)雙塊式軌枕等，我國(guó)的有砟軌道軌枕主要是國(guó)鐵的預(yù)應(yīng)力Ⅰ、Ⅱ以及Ⅲ型混凝土軌枕[4]。從實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、國(guó)有化程度以及市場(chǎng)供貨等角度考慮，本文推薦采用國(guó)鐵軌枕作為城市軌道交通地下線正線有砟軌道軌枕。

Ⅰ型軌枕目前已逐步從線上換下，主要問題是螺栓孔間的縱裂及軌下正彎矩裂縫。Ⅱ型軌枕在國(guó)鐵及城市軌道交通車輛基地中應(yīng)用較為廣泛，其不足之處為安全儲(chǔ)備不足[5]。Ⅲ型枕在自身強(qiáng)度較Ⅱ型軌枕有明顯增強(qiáng)，軌下和枕中截面的設(shè)計(jì)承載力較Ⅱ型枕分別提高了43%和65%，能夠更好地適應(yīng)高速、重載以及對(duì)軌道結(jié)構(gòu)抗疲勞荷載要求；從道床阻力角度分析，Ⅲ型軌枕在鋪設(shè)密度為1 667根/km時(shí)，道床橫向阻力可達(dá)到12.78 kN/枕，滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求；此外，Ⅲ型軌枕使用1 667根/km的軌枕鋪設(shè)密度時(shí)，可以保證足夠的搗固空間，此時(shí)軌枕與鋼軌焊縫的搭接關(guān)系也最為合理。本文推薦城市軌道交通地下線正線有砟軌道采用國(guó)鐵Ⅲ型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕(1 667根/km)。

2.2.2鋼軌與扣件系統(tǒng)

60 kg/m鋼軌使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、可降低噪聲和減少雜散電流，降低供電能耗，并具有良好的動(dòng)力響應(yīng)特性和更強(qiáng)的穩(wěn)定性，在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中能保持良好的平順性，并能減少養(yǎng)護(hù)維修量，延長(zhǎng)軌道使用壽命，其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)最佳。國(guó)內(nèi)外地鐵的使用實(shí)踐證明采用60 kg/m鋼軌具有較大的優(yōu)越性，因此對(duì)于地下線有砟軌道建議采用60 kg/m鋼軌。

扣件系統(tǒng)建議采用與國(guó)鐵Ⅲ型軌枕相配套的彈條Ⅱ型扣件，不再另行單獨(dú)設(shè)計(jì)?？奂蝹€(gè)彈條扣壓力不小于9 kN，絕緣套管抗拔力大于60 kN，扣件節(jié)點(diǎn)垂直靜剛度35～50 kN/mm，調(diào)高量20 mm，軌距調(diào)整量為+8、-12 mm[6]。國(guó)鐵Ⅱ型彈條扣件示意如圖8所示。

圖8　國(guó)鐵Ⅱ型彈條扣件(不分開式)

3　軌道結(jié)構(gòu)模擬分析

3.1模型

針對(duì)城市軌道交通A型車建立模型，建模選取的是具有二系懸掛的整車模型，在建立車輛模型時(shí)，進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化：

(1)不考慮車體、轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)的彈性變形；

(2)三大構(gòu)件的質(zhì)心左右和前后對(duì)稱，不考慮偏心作用[7]；

(3)車體、轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)這三大構(gòu)件之間的連接簡(jiǎn)化為彈簧和阻尼單元；

(4)對(duì)于車輪外形做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化；

(5)僅考慮1節(jié)車輛的動(dòng)力學(xué)性能。

3.1.1車體及軌道

本文中，僅考慮車體在垂向和橫向上的平動(dòng)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，考慮車體的沉浮、點(diǎn)頭、橫擺、側(cè)滾以及搖頭等5個(gè)自由度[8]；混凝土軌枕及鋼軌采用實(shí)體模型，鋼筋采用線單元耦合在混凝土軌枕模型中；扣件采用線性單元，約束鋼軌軌底兩側(cè)的轉(zhuǎn)角自由度[9]。車輛及有砟軌道模型見圖9。

圖9　車輛及有砟軌道模型

3.1.2不平順模型

對(duì)軌道不平順統(tǒng)計(jì)特征的描述常采用軌道不平順功率譜的形式。軌道的確定性不平順和隨機(jī)不平順(包括實(shí)測(cè)的不平順數(shù)據(jù)和各類軌道譜)[10,11]，都可以作為本模型的輸入數(shù)據(jù)。軌道不平順譜見圖10。

圖10　軌道不平順譜

模型材料參數(shù)皆選取標(biāo)準(zhǔn)材料彈模、泊松比、密度等，此處不再贅述。

3.2計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1典型曲線

對(duì)軌道結(jié)構(gòu)車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，其中車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算是按照最高行車速度80 km/h進(jìn)行的模擬。結(jié)果如圖11～圖14所示。

圖11　鋼軌位移時(shí)程曲線

圖12　軌枕位移時(shí)程曲線

圖13　輪重減載率時(shí)程曲線

圖14　有砟軌道插入損失

3.2.2結(jié)果分析

(1)車輛安全性及舒適性：輪重減載率最大值為0.334，列車安全性能夠得到保證。

(2)軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算：軌道動(dòng)應(yīng)力由上至下不斷減小，鋼軌、軌枕、道床的應(yīng)力值較小，且具有較大的富余量，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力值。

(3)軌道動(dòng)位移：有砟軌道鋼軌動(dòng)位移大于無砟軌道，但仍在可控范圍內(nèi)，與國(guó)鐵有砟軌道動(dòng)位移屬同一數(shù)量級(jí)，軌道幾何形位能夠得到保證。

(4)隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)：目前公認(rèn)的評(píng)價(jià)減振性能的指標(biāo)為插入損失[12]，將有砟長(zhǎng)枕道床與無砟長(zhǎng)枕道床在相似工況下進(jìn)行對(duì)比，可得出插入損失計(jì)算值約為8 dB。

4　養(yǎng)護(hù)維修工作量分析

4.1城市軌道交通運(yùn)量

目前城市軌道交通主要車型為A型、B型車2種，編組方式一般為6節(jié)或8節(jié)編組，從近期建設(shè)情況看，為適應(yīng)城市大客流需要、為區(qū)域發(fā)展預(yù)留承載能力以及盡量提高乘客乘坐舒適度等角度，城市軌道交通也逐步向“重型化”方向發(fā)展。

軌道交通的運(yùn)量通常以年通過總重作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，《鐵路線路修理規(guī)則》中對(duì)于年通過總量有明確的計(jì)算公式，城市軌道交通工程可加以借鑒[13]：

根據(jù)城市軌道交通運(yùn)行特點(diǎn)及車輛參數(shù)對(duì)上述公式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，并將相應(yīng)參數(shù)代入求解。

(1)按照A型車8節(jié)編組進(jìn)行計(jì)算，考慮每天運(yùn)營(yíng)時(shí)間為18 h，其中早晚高峰共4 h；

(2)8節(jié)編組的組合形式為6動(dòng)2拖，動(dòng)車空車按重40 t計(jì)、拖車空車按重36 t計(jì)；

(3)每節(jié)車廂坐席數(shù)量56人，定員(立席按6人/m2計(jì))，超員(立席按9人/m2計(jì))，非高峰時(shí)段定員(立席按2人/m2計(jì))，人均體重按照60 kg計(jì)；

(4)高峰區(qū)段發(fā)車間隔按照2.5 min，平峰區(qū)段發(fā)車間隔按照6 min考慮，最終得出城市軌道交通正線年通過總質(zhì)量

W年=34Mt·km/km

城市軌道交通地下線采用有砟軌道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)鐵相當(dāng)，采用60kg/m鋼軌、彈條Ⅱ型扣件、Ⅲ型混凝土軌枕、一級(jí)道砟，故其養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)可參考國(guó)鐵標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。按照年通過總量計(jì)算，8A編組車輛的城市軌道交通線路年通過總重約為34Mt·km/km；通過線路修理周期表初步計(jì)算，可得城市軌道交通地下線正線有砟軌道的養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間。

4.2養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間修正系數(shù)

《鐵路軌道修理規(guī)則》鋼軌的損傷與運(yùn)營(yíng)累計(jì)通過總重即規(guī)定的大修周期有關(guān)。除此之外，還與行車速度、軸重等有關(guān)。故本文認(rèn)為在線路的修程中亦應(yīng)考慮行車速度與軸重等的關(guān)系。

(1)速度修正系數(shù)：鐵路車輛按照最大速度160km/h計(jì)，城市軌道交通按照80km/h計(jì)；

(2)偏載系數(shù)：鐵路軌道最大未被平衡超高按70mm計(jì)，城市軌道交通軌道最大未被平衡超高按61mm計(jì)；

(3)軸重修正系數(shù)：國(guó)鐵客貨混跑線路可粗略按照客運(yùn)、貨運(yùn)量各占50%計(jì)，客運(yùn)車輛最大軸重17t、貨運(yùn)車輛最大軸重30t；

地鐵只有空載和滿載之分。

4.3養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間計(jì)算

(1)大修時(shí)間

(2)中修時(shí)間

(3)綜合維修時(shí)間

城市軌道交通地下線正線有砟軌道道岔的綜合維修周期，若綜合維修中期較短可與之同步。若綜合維修周期較長(zhǎng)，則可與之錯(cuò)開。這與線路的開通后運(yùn)量、道岔狀態(tài)有關(guān)，可適當(dāng)延長(zhǎng)道岔的綜合維修周期，但建議不超過6年。

5　有砟軌道其他特性

靈活性是有砟軌道的一個(gè)顯著性優(yōu)勢(shì)。有砟軌道線路幾何狀態(tài)調(diào)整較為方便，對(duì)于穿越工程造成的線路變形可以進(jìn)行較大幅度的調(diào)整，因而采用有砟軌道結(jié)構(gòu)無論對(duì)于新建穿越工程的施工控制，還是既有地鐵結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全都有很大的益處，尤其是在地層斷裂帶處以及軟土地基地段，有砟軌道具有明顯的適用性優(yōu)勢(shì)，例如目前正在實(shí)施的烏魯木齊1號(hào)線計(jì)劃使用有砟軌道來應(yīng)對(duì)地層斷裂帶的威脅，另方便后續(xù)工程改造。有砟軌道屬于散體結(jié)構(gòu)，便于后期改造。例如，北京地鐵15號(hào)線西延工程在清華東站后折返線設(shè)置180 m長(zhǎng)的有砟軌道，預(yù)留了西延的良好條件，以及預(yù)留了穿越校園敏感點(diǎn)所需的減振條件，可以通過砟下減振墊板的形式，或者將有砟軌道徹底拆除，在原有空間重設(shè)特殊減振等級(jí)的道床結(jié)構(gòu)，工程實(shí)施難度較小。

6　結(jié)語

針對(duì)北京市城市軌道交通地下線工程應(yīng)用有砟軌道技術(shù)進(jìn)行了分析論證。

(1)在φ5.8 m盾構(gòu)結(jié)構(gòu)中，通過優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)形式，可以滿足有砟軌道道床厚度、砟肩寬度、道床邊坡及堆高等相關(guān)要求，進(jìn)而保證了道床縱橫向阻力、軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及為工務(wù)人員日常檢查、維修作業(yè)行走和緊急情況下疏散提供通暢通道的要求。

(2)參照國(guó)鐵線路養(yǎng)護(hù)維修量計(jì)算方法，充分考慮北京市城市軌道交通運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，得到北京市城市軌道交通年通過總重，并通過引入速度偏載系數(shù)和軸重修正系數(shù)，得到適合于北京市城市軌道交通地下線有砟軌道結(jié)構(gòu)的修程周期：大修約45年、中修19～26年、綜合維修6～10年，道岔區(qū)不超過6年。

(3)有砟軌道具有較強(qiáng)的靈活性，可較為便捷的處理由于各種原因引起的軌道不均勻沉降問題，為穿越工程、不良地質(zhì)條件下的軌道交通工程以及為遠(yuǎn)期預(yù)留線路工程的改造提供了可行性。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.

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Study on Ballast Track Technology Applied to Main Track of Beijing Urban Rail Transit

ZHAO Hong1， DAI Chun-yang2

(1.Beijing Major Projects Construction Headquarters Office， Beijing 100029， China;2.Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute， Beijing 100082， China)

Research and analysis are conducted of the ballast track technology applied to the main track of Beijing urban rail transit system. Track form， equipment selection， and typical dynamic performance related to the underground main line are analyzed by means of simulation and the maintenance workload of ballast track is analyzed in terms of railway system annual traffic volume. The results show that the ballast track geometric dimension and ballast resistance meet the specifications， the equipment selection is reasonable and feasible， the maintenance workload is moderate， and the ballast track technology is applicable for the main track of urban rail transit system．

Urban rail transit; Ballast track; Maintenance; Ballast bed resistance

2016-02-18；

2016-02-27

趙洪(1961—)，男，高級(jí)工程師，主要從事軌道交通工程安全質(zhì)量管理及相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)研究工作，E-mail：anzhibu2008@126.com。

1004-2954(2016)09-0016-06

U211

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.004