巴基斯坦拉合爾地鐵軌道設計總結(jié)與分析

曹宇澤

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

1 概述

巴基斯坦拉合爾軌道交通橙線是在“一帶一路”中巴經(jīng)濟走廊框架下首個正式啟動的大型軌道交通項目，也是巴基斯坦國內(nèi)首個城市軌道交通項目，正線全長約25.5 km，其中高架線長23.5 km，地下線長1.3 km，路基段長0.7 km；共設車站26座，其中高架站24座，地下站2座，設車輛段、停車場各一處。機車車輛采用中國B1型車，5輛編組，最高運行速度為80 km/h；供電方式為直流750V接觸軌受電。根據(jù)分工，土建工程的設計、施工由巴方負責(主要參照美國標準)，軌道工程、機電設備由中方負責(采用中國標準)。項目建成后，中方還將承擔5年的運營維護工作，提供從建設到運營階段全方位的支持。

2 項目背景差異性分析

不同于國內(nèi)城軌項目，當?shù)靥囟ǖ纳鐣⒄巍⒆诮獭⒌乩怼⑽幕⒔?jīng)濟、法律、環(huán)境等因素，對項目的執(zhí)行過程將產(chǎn)生多方面的影響。

2.1 地理、文化及經(jīng)濟差異性

巴基斯坦拉合爾位于南亞次大陸西北部，處于亞熱帶地區(qū)，氣候炎熱，雨季氣溫可高達47 ℃以上，晝夜溫差大，雨水充足。

拉合爾是巴基斯坦第二大城市，也是巴基斯坦的文化和藝術中心，是一座有2000多年歷史的古城，曾是莫臥兒帝國首都，有“巴基斯坦靈魂”之稱。本工程沿線分布著夏利瑪花園、Gulabi Bagh Gateway、Chauburji， Zebunnisa’s Tomb， Lakshmi Building and the General Post Office等歷史文物建筑。

巴基斯坦為發(fā)展中國家，工業(yè)基礎薄弱，總體規(guī)模較小，門類不夠齊全。

2.2 當?shù)罔F路及軌道交通建設現(xiàn)狀的差異性

當前，巴基斯坦國內(nèi)客貨運輸以公路為主。其鐵路始建于1861年，1947年獨立前全國鐵路網(wǎng)已初具規(guī)模，后由于體制、資金和管理等原因，鐵路建設長期停滯不前。目前，鐵路鋪軌里程為11 658 km，運營里程為7 791 km。其中，412 km為米軌鐵路，其余均為寬軌鐵路[1]。總體而言，巴鐵技術標準陳舊，設備落后，缺乏養(yǎng)護和升級改造，通行速度低，利用率不高。此外，當?shù)厣袥]有已運營的軌道交通線路。

2.3 建設程序的差異性

工程建設相關的部分程序、法律法規(guī)與中國不一致，如對一些關鍵程序不了解，可能導致投標漏項、缺項、設計方案不合理或?qū)ο嚓P費用估計不足等問題。

本項目環(huán)評由巴方負責。巴基斯坦有較為完善的環(huán)保法規(guī)體系，但巴方尚無軌道交通振動評估預測經(jīng)驗，環(huán)境評估程序與內(nèi)容亦不健全，環(huán)評編制過程中未提出軌道減振、降噪等需求，當?shù)胤蓛H針對文物保護建筑提出保護距離要求。

2.4 技術標準的差異性

中國行業(yè)標準簡潔明了，對多數(shù)設計參數(shù)給定了取值范圍，強制性標準較多。本項目巴方負責的土建部分主要參照美國標準，其由強制性的標準和自愿性的行業(yè)標準組成，多數(shù)參數(shù)取值需根據(jù)具體情況通過計算獲取[2-5]。強制性標準所涉及的都是直接影響安全性和兼容性的基礎性內(nèi)容，而自愿性的行業(yè)標準則是在總結(jié)實踐經(jīng)驗的基礎上提供的建議，不具強制性。

我國城軌技術標準符合我國的設計及工程項目建設管理模式，而在境外采用中國標準時則需結(jié)合當?shù)厍闆r，不應照抄照搬國內(nèi)習慣做法。

該項目背景差異性匯總?cè)鐖D1。

圖1 項目背景差異性匯總

3 軌道系統(tǒng)設計

按照合同分工，軌道系統(tǒng)由中方負責設計與施工，采用中國標準，但項目的設計應考慮當?shù)氐膰椋捎眠m當、合理、經(jīng)濟的技術和管理模式，確保方案的可實施性。

3.1 設計原則

(1)軌道結(jié)構設計應嚴格執(zhí)行中國標準，推廣中國成熟、先進的技術。

(2)遵循“安全可靠、技術先進、功能完備、經(jīng)濟綠色”的原則，廣泛調(diào)研、吸收國內(nèi)外相關軌道工程的先進經(jīng)驗，采用技術成熟、性價優(yōu)越的軌道結(jié)構方案，提高軌道的綜合技術性能。

(3)軌道結(jié)構應具有牢固、耐久、絕緣、防腐、彈性適當?shù)忍匦裕ＷC行車安全、平穩(wěn)和乘客的舒適，養(yǎng)護維修工作量少，使用壽命長。

(4)根據(jù)拉合爾地區(qū)的地質(zhì)、氣候情況，選擇適宜的軌道結(jié)構和部件，選用的零部件應具有高可靠性、通用性和互換性。

(5)根據(jù)項目實際情況，配備必要的檢測和維修設備。

(6)軌道結(jié)構應具有合適的剛度和彈性，以減少運營中的振動和噪聲污染。

3.2 技術標準

(1)正線、試車線采用60 kg/m鋼軌，車場線采用50 kg/m鋼軌；采用1 435 mm標準軌距，1/40軌底坡，區(qū)間鋪設無縫線路。

(2)全線共采用5種類型扣件：WJ-2A型扣件用于高架線整體道床;TSD1型扣件用于地下線整體道床；彈條Ⅰ型扣件用于地面線碎石道床；此外，對應50 kg/m、60 kg/m鋼軌，分別采用了兩種扣件類型。

(3)正線(除地面線)均采用短枕式整體道床，地下線設置中心水溝；高架線為縱向承臺式；地面線為新Ⅱ型枕碎石道床。

(4)正線、車場分別采用60 kg/m鋼軌(9號)，50 kg/m鋼軌(7號)彈性可彎式曲線尖軌道岔。

(5)全線鋪設溫度應力式無縫線路，道岔前后各設置1組單向伸縮調(diào)節(jié)器，以保證無縫線路的穩(wěn)定。

4 設計優(yōu)化和技術創(chuàng)新

4.1 地下線采用TSD1新型扣件

傳統(tǒng)地下線扣件重量大、零部件多、e形彈條存在易折斷和滑退問題且安裝不便。TSD1型扣件對鐵墊板、彈條、錨固螺栓、軌距塊進行了優(yōu)化。與常用扣件鐵墊板相比，厚度優(yōu)化為16 mm，減輕了重量，降低了造價；相較于普通e形彈條，新型彈條的正向長度為105 mm(增大了5 mm)；側(cè)向?qū)挾葹?7 mm(增大了2 mm)，且加大了彈條尾部弧度，增大了與鐵墊板的接觸面，使彈條不容易折斷和滑脫，使用壽命更長。彈條穿入孔改為長圓孔，使彈條安裝更方便，不會對彈條中趾活動產(chǎn)生影響。螺栓和平墊圈結(jié)合成一體，增加了穩(wěn)定性，減少了組裝零件。軌距塊立面由33 mm加厚至35 mm，減少了對承軌槽擋肩的沖擊力，并且絕緣效果更好。經(jīng)過優(yōu)化改進，TSD1型扣件結(jié)構更簡單，且性能可靠，便于安裝更換，減少了養(yǎng)護維修工作量。

4.2 采用聚酯墊板

傳統(tǒng)地鐵扣件彈性墊板一般采用橡膠制作，耐候性差，質(zhì)量難以控制，彈性衰減較快，使用壽命一般不超過8年，是整個扣件中最易磨損的部件。拉合爾地區(qū)夏季漫長，且環(huán)境溫度極高，氣溫可高達47.4 ℃，且浮塵揚沙天氣多發(fā)。隨著新材料推廣與工藝進步，由聚酯、聚氨酯等熱塑性材料，微孔發(fā)泡工藝制造的新型墊板更適用于本項目的自然環(huán)境，其使用壽命是橡膠的3～4倍。

4.3 預留減振扣件改造條件

巴基斯坦雖制定了較為完整的《環(huán)境影響評估(EIA)程序》，將環(huán)評列為對發(fā)展項目進行審批的先決條件，并對總體做法做了詳細規(guī)定，但由于當?shù)責o軌道交通建設運營經(jīng)驗，對本項目沒有提出具體的減振降噪預測方法及建議。合同文件以及提供的環(huán)評報告僅對運營期的噪聲進行了預測評估，未對減振降噪提出明確要求[6-9]。為了適應未來的環(huán)保要求，中方對沿線軌道振動敏感點進行了提前摸排調(diào)查。本項目預留了統(tǒng)一扣件釘孔位置，可用于減振改造。

4.4 小半徑曲線設置鋼軌涂油設備

車輛在曲線上行駛時，導向輪往往存在兩點接觸，使接觸點上的輪對運行方向與軌距線的切線方向形成一個沖角，導致鋼軌軌頭側(cè)面的磨耗。根據(jù)有關運營經(jīng)驗，曲線半徑小于450 mm時，鋼軌磨耗明顯增加[10]，在輪緣與鋼軌軌頭側(cè)面之間實施潤滑，可有效減緩曲線鋼軌側(cè)面磨耗。本線半徑小于450 m的曲線占全線長度的14%，為減小鋼軌側(cè)磨，小半徑曲線地段設置了鋼軌涂油設備。

5 施工案例分析

5.1 軌道與土建接口出現(xiàn)的問題及解決

對于軌道(中方設計)與土建(巴方設計)的接口處理，因雙方的溝通與理解不充分，使得局部預留預埋部件不滿足要求。

(1)巴方橋面預埋道床連接鋼筋不合格

是否按要求預埋道床連接鋼筋關系到軌道結(jié)構的穩(wěn)定性與行車安全。按有關要求，預埋筋應高出橋面80 mm，橫向間距為260 mm，縱向間距為200 mm，高度偏差為±10 mm，橫向偏差為±2 cm。部分車站及區(qū)間橋面預埋道床連接鋼筋未嚴格按照軌道設計要求進行預埋，高度、間距均不滿足要求。通過多次交涉，才使得問題最終得到解決。

(2)車場立柱鋼筋與要求不匹配

根據(jù)合同，土建方(巴方)負責車場立柱的鋼筋綁扎以及軌面500 mm下的混凝土澆筑。鋪軌施工前發(fā)現(xiàn)部分立柱鋼筋未按設計高度預留。此外，由于當?shù)厣a(chǎn)的鋼筋力學性能較中國標準低，造成鋼筋布置過密，導致扣件錨固螺栓套管無法埋設(見圖2)。經(jīng)討論，決定采用保留角筋，切割掉干涉鋼筋并進行補焊來保證立柱的強度。

圖2 車場立柱檢查坑預埋鋼筋

(3)土建未考慮線路貫通

車場特種車庫與材料庫有一條貫通線路，由于土建方不理解線路需貫通鋪設的設計意圖，未嚴格控制施工誤差，導致兩庫的軌道不能貫通。向土建方強調(diào)設計意圖后，通過整改軌道預留基礎，使兩庫滿足貫通鋪軌的要求。

5.2 對中國標準認識模糊

本項目土建設計、施工由巴方完成，設計前未能讓土建方充分理解中國標準，對部分規(guī)范、標準認識存在偏差。

(1)測量標準與鋪軌要求不符

測量作為鋪軌的一項基礎性工作，決定著軌道鋪設的進度與質(zhì)量。對比設計與實測數(shù)據(jù)，部分橋墩偏差較大(見圖3)，橋面水平方向侵限嚴重，已無法滿足鋪軌的精度要求。通過補設水平、高程控制點，按照中國標準對既有平面控制網(wǎng)進行優(yōu)化與升級，提高控制網(wǎng)的測量精度，滿足了中國規(guī)范的要求[12]。同時，根據(jù)建成橋梁的測量數(shù)據(jù)，進行了調(diào)線調(diào)坡設計，確保軌道工程的順利實施以及與土建工程的順利銜接。土建方對地鐵控制網(wǎng)測量的要求認識不足，測量技術尚不能滿足城軌施工精度要求。因此，應加強與巴方溝通，使巴方技術人員了解、認可、接受我國標準。

圖3 橋墩橫向偏差統(tǒng)計

(2)停車場出入線路基高程錯誤

設計中對土建各地段軌道結(jié)構預留高度做出了明確要求，由于土建方對中國規(guī)范中出入線概念與范圍理解模糊，實施過程中發(fā)現(xiàn)車輛段、停車場出入線路基面不滿足軌道設計要求。隨后，與土建方進行了交涉，土建方對路基面按要求進行了整改。

5.3 對當?shù)赝两ㄊ┕で闆r了解不足

本項目設計與審批按照當?shù)亓晳T，強調(diào)全過程、分步驟，施工圖設計階段貫穿整個施工周期，設計周期長，設計版本多，導致雙方對存在問題難以進行有效排查。因此，需要加強與相關部門的協(xié)調(diào)溝通，包括業(yè)主、承包商、相關合作方，對出現(xiàn)的問題及時協(xié)商。

(1)敞開段變更橋梁方案不滿足軌道要求

本項目沒有進行管線勘察，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)原路面下存在一處較大的電纜通道結(jié)構，土建方將此處路基變更為橋梁。此方案最小軌道結(jié)構高度僅為220 mm，不滿足軌道鋪設要求。通過與土建方進行溝通，調(diào)整了原橋梁方案，保證了軌道高度要求。

(2)橋上道床高度增加的問題

由于測量精度以及土建施工誤差等原因，導致橋梁面與設計要求出現(xiàn)較大偏差，根據(jù)調(diào)線、調(diào)坡測量成果，軌道結(jié)構高度有不同程度的增加，最大較原設計增加了230 mm。中方采用了場內(nèi)預制鋼筋籠的施工方法，對軌道結(jié)構高度增加地段采取調(diào)整鋼筋高度、增設道床鋼筋層數(shù)的分類調(diào)整方案，避免了施工材料的浪費。

6 軌道設計總結(jié)及改進建議

(1)加強對工程差異性的認識

設計前應充分做好相關信息的收集與分析研究，并充分認識項目在文化背景、建設程序、標準體系、設計理念、審批流程等方面的差異性。

(2)更新設計理念、轉(zhuǎn)變設計方式

針對差異性，更新設計理念，轉(zhuǎn)變設計方式，深入了解項目背景及相關基礎資料，針對項目具體情況，采用適當、合理、經(jīng)濟的設計原則與標準。

(3)提高設計文件質(zhì)量

設計文件成果應務實簡潔，以滿足業(yè)主、承包商要求為目標，不能完全套用中國設計形式。在各設計階段，應做好方案的優(yōu)化工作，合理把握技術標準和施工難度。

(4)重視設計接口

要特別重視各階段設計接口，明確系統(tǒng)設計原則、主要技術標準，并做到中英文表達清晰無歧義。要主動同巴方工程人員溝通，解釋接口內(nèi)容與重要的專業(yè)術語。

(5)加強與外方工程人員溝通

應重視與巴方相關部門的協(xié)調(diào)溝通，提高溝通效率，并在溝通過程中讓外方技術人員了解、認可、接受我國標準。

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