上海軌道交通11號(hào)線北段一期工程軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李俊璽

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

上海軌道交通11號(hào)線是構(gòu)成上海市線網(wǎng)骨架的4條市域線之一，在上海交通網(wǎng)絡(luò)中具有重要的地位。線路采用主線和支線組合運(yùn)營(yíng)模式，把嘉定老城區(qū)和安亭地區(qū)與市中心連接起來(lái)，線路全長(zhǎng)44.573 km，設(shè)車(chē)站21座，設(shè)計(jì)最高速度100 km/h，采用A型車(chē)，6列編組，架空接觸網(wǎng)供電。

11號(hào)線采用了成熟、先進(jìn)的軌道結(jié)構(gòu)和施工工藝。軌道結(jié)構(gòu)形式有:高架線采用WJ-2型扣件、短軌枕、縱向承軌臺(tái)整體道床;地面線和U形槽地段采用彈條Ⅰ型扣件、新Ⅱ型軌枕、碎石道床;地下線采用DTⅢ2型扣件、長(zhǎng)軌枕埋入式整體道床;道岔及軌下基礎(chǔ)采用申通集團(tuán)通用圖系列60 kg/m鋼軌9號(hào)和12號(hào)道岔、短軌枕、整體道床;減振地段采用LORD扣件、軌道減振器扣件、梯形軌道、鋼彈簧浮置板道床。軌道附屬設(shè)備主要有擋車(chē)器、高架橋防脫護(hù)軌。整體道床采用軌排架軌法施工，碎石道床采用散鋪架軌法施工，鋼彈簧浮置板道床采用鋼筋籠法施工，無(wú)縫線路采用直鋪法和換鋪法施工。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)軌距:1 435 mm;

(2)軌底坡:1∶40;

(3)曲線超高:地下線采用半超高，地面線和高架線采用全超高;最大超高值為120 mm，最大欠超高值為61 mm，超高順坡率不大于2‰。

(4)軌道結(jié)構(gòu)高度:高架橋540 mm，地面線和U形槽地段691 mm，盾構(gòu)隧道735 mm，明挖隧道560 mm。

(5)軌枕間距:一般地段 625 mm，加強(qiáng)地段600 mm。

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

3 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 鋼軌

鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)最重要的部件，其主要功能是直接承受來(lái)自列車(chē)的動(dòng)荷載，并引導(dǎo)列車(chē)安全運(yùn)行。本線采用60 kg/m、U75V鋼軌。

3.2 扣件

扣件是聯(lián)結(jié)鋼軌與軌下基礎(chǔ)的重要部件，要求具備足夠的強(qiáng)度和扣壓力、良好的彈性、絕緣性能以及充足的調(diào)整能力。根據(jù)不同的敷設(shè)方式，采用與其相適應(yīng)的上海軌道交通通用的扣件形式，方便運(yùn)營(yíng)備料和養(yǎng)護(hù)維修。本工程地下線、高架線和地面線扣件類(lèi)型如下。

(1)DTⅢ2型扣件:DTⅢ2型扣件(圖1)為有螺栓彈性分開(kāi)式扣件，采用國(guó)鐵 B型彈條，調(diào)高量可達(dá)40 mm，能很好適用下部結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，與無(wú)擋肩混凝土軌枕配套使用，用于地下線整體道床。

圖1 DTⅢ2型扣件

(2)WJ-2型扣件:WJ-2型扣件(圖2)為有螺栓彈性分開(kāi)式扣件，鐵墊板上設(shè)置1∶40軌底坡，用于高架線整體道床。本工程對(duì)小阻力區(qū)段軌下墊板進(jìn)行了優(yōu)化，采用高分子復(fù)合墊板代替原設(shè)計(jì)的不銹鋼墊板，解決了不銹鋼墊板銹蝕帶來(lái)的阻力增大等問(wèn)題，并延長(zhǎng)了使用壽命。

圖2 WJ-2型扣件

(3)彈條Ⅰ型扣件:彈條Ⅰ型扣件(圖3)是我國(guó)鐵路通用的彈性不分開(kāi)式扣件，技術(shù)成熟，與有擋肩混凝土軌枕配套使用，用于碎石道床地段。

3.3 道床

道床是軌道的基礎(chǔ)，根據(jù)線下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選用相適應(yīng)道床形式。本工程在高架線和地下線采用整體道床，在地面線和U形槽地段采用碎石道床。

3.3.1 地下線長(zhǎng)軌枕埋入式整體道床

圖3 彈條Ⅰ型扣件

采用與DTⅢ2型扣件相配套的無(wú)擋肩預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土長(zhǎng)軌枕，軌枕長(zhǎng)2.1 m，側(cè)面設(shè)置鋼筋穿孔，承軌面設(shè)置1∶40軌底坡。道床布設(shè)雙層鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)置合理的伸縮縫，兩側(cè)設(shè)置縱向排水溝。隧道長(zhǎng)枕整體道床見(jiàn)圖4。

圖4 隧道長(zhǎng)枕整體道床

3.3.2 高架線短枕式縱向承軌臺(tái)整體道床

采用與WJ-2型扣件配套的短軌枕，短軌枕底部伸出鋼筋加強(qiáng)和道床混凝土的聯(lián)結(jié)。承軌臺(tái)寬800 mm，布設(shè)雙層鋼筋，混凝土采用C40。整體道床分塊布置，一般每隔5個(gè)軌枕設(shè)置1道伸縮縫，伸縮縫寬100 mm，從梁一端向另一端布置道床塊，根據(jù)梁跨的不同，最后一塊為調(diào)整用道床塊。高架線短枕式縱向承軌臺(tái)整體道床見(jiàn)圖5。

圖5 高架橋上短軌枕承軌臺(tái)整體道床

3.3.3 地面線和U形槽地段碎石道床

在地面線土質(zhì)路基和U形槽地段采用彈條Ⅰ型扣件、新Ⅱ型軌枕、碎石道床，采用一級(jí)道砟，道床頂面寬度3.3 m，肩寬0.4 m，砟肩堆高150 mm，道床邊坡為1∶1.75。隧道洞外U形槽地段碎石道床見(jiàn)圖6。

3.4 道岔及其整體道床

3.4.1 道岔

圖6 U形槽地段碎石道床

根據(jù)行車(chē)組織和運(yùn)營(yíng)要求，采用申通集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)圖系列道岔。11號(hào)線北段一期工程主要采用的60 kg/m鋼軌9號(hào)道岔，在支線和出入段線與主線相接處采用60 kg/m鋼軌12號(hào)道岔，以提高側(cè)向通過(guò)速度。

本工程標(biāo)準(zhǔn)圖系列道岔的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下:彈條Ⅱ型分開(kāi)式扣件、60AT曲線型尖軌、兩點(diǎn)牽引、高錳鋼整鑄轍叉、分開(kāi)式H形護(hù)軌;道岔不設(shè)置軌底坡;電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備采用分動(dòng)外鎖閉裝置，轉(zhuǎn)轍機(jī)采用軌枕式和側(cè)式兩種。9號(hào)、12號(hào)單開(kāi)道岔主要形式尺寸見(jiàn)表1。

表1 單開(kāi)道岔主要形式尺寸

3.4.2 道岔整體道床

道岔軌下基礎(chǔ)采用短軌枕式整體道床，如圖7所示。道床分塊布置，設(shè)置伸縮縫，設(shè)置雙層鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)、水溝形式等同相鄰道床;道岔道床軌道結(jié)構(gòu)高度:高架線為540 mm，地下線為560 mm。9號(hào)單開(kāi)道岔整體道床全長(zhǎng)為34.8 m;12號(hào)單開(kāi)道岔整體道床全長(zhǎng)為45.185 m。

圖7 道岔短枕式整體道床

3.5 軌道減振降噪設(shè)計(jì)

在線路振動(dòng)和噪聲超標(biāo)的敏感建筑地段，高架車(chē)站、換乘車(chē)站、有開(kāi)發(fā)車(chē)站范圍內(nèi)、地下線路交叉地段、線路和重要管線交叉(或者平行)地段、泵站和旁通道等地段采取軌道減振降噪結(jié)構(gòu)。本工程主要采用的減振軌道結(jié)構(gòu)如下:(1)中等減振地段采用LORD扣件和軌道減振器扣件;(2)高等減振地段的高架線采用梯形軌道，地下線采用中檔鋼彈簧浮置板;(3)特殊減振地段采用高檔鋼彈簧浮置板。

3.5.1 中等減振措施

LORD扣件(圖8)是將承軌板、帶孔橡膠和底板硫化為整體，利用橡膠孔的變形進(jìn)行減振。扣件的垂直靜剛度為15～22 kN/mm，動(dòng)靜剛度比＜1.4，用于高架線和地下線中等減振地段。

軌道減振器扣件(圖9)是將橢圓錐形內(nèi)圈和外圈用橡膠膠結(jié)在一起，使鋼軌在車(chē)輪荷載作用下有較大的撓曲，從而降低上部建筑的力學(xué)阻抗，減小振動(dòng)的激發(fā)。用于地下線減振要求5～10 dB的中等減振地段。

圖8 lord扣件

圖9 軌道減振器扣件

3.5.2 梯形軌道

在高架線減振要求5 dB以上的地段采用梯形軌道，由梯形軌枕、枕下彈性墊層和L形混凝土基座組成，是一種輕量級(jí)的“質(zhì)量-彈簧”系統(tǒng)，軌道剛度約為10 MN/m，鋼軌動(dòng)下沉2.24 mm，靜下沉為2.45 mm，減振效果可達(dá)15 dB。梯形軌枕軌道見(jiàn)圖10。

圖10 高架線梯形軌道

3.5.3 鋼彈簧浮置板

鋼彈簧浮置板軌道主要由浮置式道床板、隔振器、剪力鉸和混凝土基底等組成，是一種“質(zhì)量－彈簧”體系，參振質(zhì)量大、剛度小，結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)頻率很低，隔振效果好，最高可達(dá)到40 dB。本工程減振在15 dB以下的地段采用固體阻尼隔振器，以降低造價(jià)，減振在15 dB以上的地段采用液體阻尼隔振器。

圖11 浮置板道床橫斷面

本工程施工方法由散鋪法改為鋼筋籠法，實(shí)現(xiàn)了浮置板道床斷面的標(biāo)準(zhǔn)化，曲線地段采用斜基底，浮置板道床斷面如圖11所示，施工進(jìn)度由原來(lái)的每天5 m提升到25 m。浮置板的鋼筋在洞外基底綁扎成鋼筋籠，然后如同軌排一樣，吊送入洞內(nèi)，調(diào)整好幾何狀態(tài)便可澆筑混凝土。綁扎好的浮置板鋼筋籠以及成型的浮置板道床如圖12所示。

圖12 鋼彈簧浮置板道床和綁扎好的鋼筋籠

3.6 軌道附屬設(shè)備

3.6.1 擋車(chē)器

擋車(chē)器是設(shè)在線路盡頭的安全裝置，分為滑動(dòng)式、液壓式和固定式等多種類(lèi)型。根據(jù)不同使用條件和工況需要，本線選用的擋車(chē)器類(lèi)型有4種，見(jiàn)表2。

表2 擋車(chē)器類(lèi)型匯總

3.6.2 防脫護(hù)軌

在高架橋上列車(chē)可能脫軌的地段設(shè)置防脫護(hù)軌，本工程一般地段采用上海軌道交通常用的“DPⅡ-60型防脫線護(hù)軌裝置”(圖13)，梯形軌道地段采用專(zhuān)線9670《60 kg/m鋼軌用防脫護(hù)軌裝置》(圖14)。護(hù)軌通過(guò)安裝在鋼軌軌底上的支架來(lái)固定，一般每2個(gè)軌枕間距安裝1個(gè)支架，護(hù)軌端頭設(shè)置緩沖段。

圖13 DPⅡ-60型防脫線護(hù)軌

圖14 新型防脫護(hù)軌裝置

4 接口設(shè)計(jì)

軌道交通工程是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，涉及到很多專(zhuān)業(yè)，軌道專(zhuān)業(yè)與信號(hào)、供電、給排水等專(zhuān)業(yè)都有接口設(shè)計(jì)，處理好與相關(guān)專(zhuān)業(yè)的接口，是保證整個(gè)工程合理、有效、安全的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)和施工全過(guò)程都需要協(xié)調(diào)、配合、控制、管理。

(1)信號(hào)專(zhuān)業(yè)需要在道岔上安裝轉(zhuǎn)轍機(jī)，道岔整體道床設(shè)計(jì)需要預(yù)留安裝溝槽和基坑，并在施工前取得信號(hào)專(zhuān)業(yè)同意。

(2)根據(jù)供電雜散電流防護(hù)對(duì)軌道專(zhuān)業(yè)的要求，軌道結(jié)構(gòu)采取絕緣和防雜散電流的措施:扣件的絕緣電阻要達(dá)到設(shè)計(jì)要求值;道床鋼筋連通形成雜散電流收集網(wǎng)，并設(shè)置連接端子和排流端子，有效減少雜散電流對(duì)道床的不利影響。

(3)隧道內(nèi)道床排水主要是排除結(jié)構(gòu)滲漏水、消防廢水和道床沖洗水等，根據(jù)排水專(zhuān)業(yè)提供的排水量確定道床水溝斷面，并在泵站的位置設(shè)置截水溝和集水坑，通過(guò)土建預(yù)埋排水管將水泵入地鐵排水系統(tǒng)。

(4)信號(hào)、電力、給排水等專(zhuān)業(yè)有過(guò)軌的要求，其過(guò)軌管的位置、數(shù)量、孔徑、長(zhǎng)度等要由各專(zhuān)業(yè)提前提供并落實(shí)在設(shè)計(jì)文件中。

5 體會(huì)和總結(jié)

本工程是連接郊區(qū)與市中心的市域級(jí)快速軌道交通線路，具有線路長(zhǎng)、環(huán)境敏感點(diǎn)多、設(shè)計(jì)速度高、運(yùn)營(yíng)模式新、軌道類(lèi)型多樣、設(shè)計(jì)接口和設(shè)計(jì)配合復(fù)雜等特點(diǎn)。

(1)全面了解上海軌道交通運(yùn)營(yíng)線路的軌道結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和使用情況，有助于設(shè)計(jì)選型，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)使用情況的調(diào)研和分析，有助于軌道產(chǎn)品的優(yōu)化，。

(2)城市軌道交通工程是一項(xiàng)涉及多專(zhuān)業(yè)、多工種、關(guān)系復(fù)雜、技術(shù)難度大的系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)有賴(lài)于各專(zhuān)業(yè)、各系統(tǒng)的相互配合。接口設(shè)計(jì)的聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)要由淺入深、由粗到細(xì)，并在各個(gè)設(shè)計(jì)階段中逐步完善。

(3)根據(jù)規(guī)范要求和環(huán)評(píng)預(yù)測(cè)的結(jié)果，對(duì)沿線敏感點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和人們對(duì)運(yùn)營(yíng)線路振動(dòng)的反映情況，考慮一定的前瞻性和包容性，梳理出各敏感點(diǎn)的振動(dòng)和噪聲超標(biāo)值，劃分出減振等級(jí)，采取相對(duì)應(yīng)的軌道減振降噪措施。在工程實(shí)施過(guò)程中，要隨時(shí)掌握沿線的拆遷和規(guī)劃實(shí)施情況，在工程允許的前提下，及時(shí)調(diào)整軌道減振降噪設(shè)計(jì)，盡量減少運(yùn)營(yíng)后市民的投訴和軌道減振結(jié)構(gòu)的整改。

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