市郊鐵路軌道關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

趙青

（1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037；2.北京市軌道結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，北京 100037；3.城市軌道交通綠色與安全建造技術(shù)國(guó)家工程研究中心，北京 100037）

1 引言

目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了從交通大國(guó)轉(zhuǎn)向交通強(qiáng)國(guó)發(fā)展的戰(zhàn)略階段，為建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強(qiáng)國(guó)，必須堅(jiān)持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的新發(fā)展理念。與普通鐵路相比，新建市郊鐵路的主要特點(diǎn)在于列車(chē)運(yùn)營(yíng)的高速度及高密度，其目標(biāo)是高安全性和旅客乘坐的高舒適性。從創(chuàng)新發(fā)展方面來(lái)看，改建既有鐵路的市郊鐵路在最大限度地保留既有鐵路可用資源的基礎(chǔ)上，通過(guò)增建二線、運(yùn)輸組織優(yōu)化、信號(hào)改造等方面的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了市郊鐵路適應(yīng)化改造，在承擔(dān)國(guó)鐵基本聯(lián)絡(luò)功能的基礎(chǔ)上，做到了市郊列車(chē)公交化開(kāi)行，最大可能滿足了城市交通功能，具備較強(qiáng)的創(chuàng)新性。

我國(guó)已建成一批市郊鐵路示范線，其中既有新建鐵路，也有利用既有鐵路改建的線路，如北京市郊鐵路S2線、上海金山市郊鐵路等。

截至2021年，北京 市運(yùn)營(yíng)有S2線（黃土店至延慶站）、城市副中心線（良鄉(xiāng)站至喬莊東站）、懷柔—密云線（北京北站至古北口站）、通密線（通州西站至密云北站、懷柔北站）4條市郊鐵路線路，營(yíng)業(yè)總里程364.5 km。

市郊鐵路軌道關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須結(jié)合其項(xiàng)目特點(diǎn)、運(yùn)營(yíng)要求、地域條件等綜合研究確定。本文對(duì)比既有規(guī)范技術(shù)指標(biāo)，綜合總結(jié)分析并提出相適應(yīng)的建議[1-2]。

本文主要通過(guò)對(duì)比TB 10623—2014《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]、TB 10082—2017《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]、T/CRS C0101—2017《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]、T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]、TB 10624—2020《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]等既有標(biāo)準(zhǔn)的異同，給出軌道關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或技術(shù)方案的設(shè)計(jì)建議。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 鋼軌選型

市郊鐵路由于車(chē)速較快，為了提高鋼軌的平順性，鋼軌定尺長(zhǎng)度宜采用100 m長(zhǎng)鋼軌。60 kg/m鋼軌主要有兩種廓型：標(biāo)準(zhǔn)60 kg/m鋼軌（簡(jiǎn)稱(chēng)“60”）和60N kg/m鋼軌（簡(jiǎn)稱(chēng)“60N”）。60N鋼軌是在60鋼軌廓型的基礎(chǔ)上，按照盡量少改動(dòng)原鋼軌幾何尺寸的原則，在輪軌接觸面進(jìn)行局部改進(jìn)。60N與60鋼軌廓型最大的差異即鋼軌軌頭廓型的不同。60N鋼軌具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）有效改善輪軌接觸，降低接觸應(yīng)力；（2）減少預(yù)打磨量；（3）有效提高經(jīng)濟(jì)效益。60N與60鋼軌廓型對(duì)比如圖1所示。

圖1 60N與60鋼軌廓型對(duì)比

考慮到市郊鐵路多臨近主城區(qū)，規(guī)定曲線半徑小于或等于2 800 m地段采用熱處理鋼軌，將導(dǎo)致全線熱處理鋼軌比例偏高，車(chē)輪磨耗加劇，半徑小于或等于800 m的曲線地段采用熱處理鋼軌，將導(dǎo)致全線熱處理鋼軌比例偏低，鋼軌磨耗加劇。因此，建議折中考慮半徑小于或等于1 800 m的曲線地段采用熱處理鋼軌。

綜上所述，正線宜采用100 m定尺長(zhǎng)60N鋼軌，困難條件下可采用25 m定尺長(zhǎng)，但應(yīng)設(shè)置臨時(shí)焊軌基地，將鋼軌焊接成100 m或以上的長(zhǎng)軌條；建議半徑小于或等于1 800 m的曲線地段應(yīng)采用同材質(zhì)的在線熱處理鋼軌。

2.2 軌底坡

軌底坡選用合適可使輪軌接觸面最大，可降低接觸應(yīng)力，減少輪軌疲勞損傷；減輕軌頭及踏面不均勻磨耗，減少軌道打磨量，延長(zhǎng)鋼軌及車(chē)輪的使用壽命；增大牽引黏著力，獲得最佳的運(yùn)行效率。對(duì)比各本規(guī)范可知軌底坡均一致。因此，市郊鐵路軌底坡采用1∶40。

2.3 曲線超高值

各部規(guī)范中超高值的對(duì)比如表1所示。

表1 最大超高值、欠、過(guò)超高允許值對(duì)比表

實(shí)際設(shè)置超高需根據(jù)安全條件允許最大超高值、舒適條件要求的最大超高值、實(shí)際運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)條件下最大超高值，綜合考慮分析：市郊鐵路最大超高值采用150 mm。

曲線上未被平衡的超高會(huì)使外軌產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致內(nèi)外軌產(chǎn)生不均勻磨耗等問(wèn)題，乘客舒適度降低，且未被平衡的超高值過(guò)大時(shí)可能導(dǎo)致車(chē)輛傾覆，因此，必須限制未被平衡的超高值。基于既有鐵路增建復(fù)線兼顧貨運(yùn)功能的市郊鐵路曲線超高設(shè)置應(yīng)根據(jù)通過(guò)曲線的客、貨列車(chē)運(yùn)行速度，綜合考慮優(yōu)先滿足旅客舒適性，其次滿足貨物列車(chē)對(duì)鋼軌磨耗的影響。市郊鐵路建議采用：欠、過(guò)超高一般條件下不應(yīng)大于60 mm，困難條件下不應(yīng)大于90 mm。

2.4 軌距加寬

在小半徑曲線地段，為使列車(chē)順利通過(guò)，并減少輪軌間的橫向水平力，減少輪軌磨耗和軌道變形，一般需要對(duì)軌距進(jìn)行適量加寬。

曲線軌距加寬值需要考慮不同類(lèi)型車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)尺寸，按車(chē)輛曲線通過(guò)性能的要求進(jìn)行檢算。市郊鐵路常用車(chē)輛一般為市域D型車(chē)或CRH型車(chē)，軌距加寬值應(yīng)結(jié)合車(chē)輛類(lèi)型確定。

2.5 道岔型式

各部規(guī)范中道岔型式的對(duì)比見(jiàn)表2所示。

表2 道岔型式對(duì)比表

道岔是控制行車(chē)速度的關(guān)鍵設(shè)備，道岔號(hào)數(shù)的選擇，一般應(yīng)根據(jù)列車(chē)的運(yùn)行方式、列車(chē)設(shè)計(jì)速度以及要求的道岔側(cè)向允許通過(guò)速度來(lái)確定。

可動(dòng)心軌轍叉可以有效提高道岔的直向容許通過(guò)速度，延長(zhǎng)道岔的使用壽命，改善旅客乘坐舒適度，但與固定轍叉相比，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)維修難度大，投資大。根據(jù)國(guó)內(nèi)的使用經(jīng)驗(yàn)，固定型轍叉的單開(kāi)道岔，直向容許通過(guò)速度最高可達(dá)160 km/h，正線通過(guò)速度不小于160 km/h的路段，不應(yīng)采用交叉渡線，道岔應(yīng)采用可動(dòng)心軌轍叉，道岔號(hào)數(shù)應(yīng)不小于9號(hào)；車(chē)站一體化開(kāi)發(fā)的地段，減振要求高，從減振降噪的角度考慮，也可采用可動(dòng)心軌轍叉。

2.6 軌道結(jié)構(gòu)選型

軌道結(jié)構(gòu)形式主要分為有砟軌道和無(wú)砟軌道兩大類(lèi)，如圖2所示。

圖2 不同軌道結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

對(duì)于有砟軌道，現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定均一致。道床肩寬不應(yīng)小于400 mm。曲線半徑小于800 m時(shí)，曲線外側(cè)道砟肩寬應(yīng)加寬100 mm。道床邊坡應(yīng)采用1∶1.75，鋪設(shè)無(wú)縫線路的有砟軌道砟肩應(yīng)堆高150 mm。有砟軌道對(duì)基礎(chǔ)的適應(yīng)性較好、容易實(shí)現(xiàn)沉降的調(diào)整；造價(jià)低、維修方便；道床彈性較好，減振降噪性能相對(duì)較好；但會(huì)產(chǎn)生道砟及粉塵污染且維修量大。利用既有鐵路開(kāi)行市郊鐵路，如既有線采用的是有砟軌道，且存在貨運(yùn)車(chē)輛走行的前提下，如條件許可，既有鐵路增建復(fù)線應(yīng)優(yōu)先考慮軌道結(jié)構(gòu)采用有砟軌道。

無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)總體分為預(yù)制式和現(xiàn)澆式兩大類(lèi)。板式無(wú)砟軌道能滿足市郊鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但造價(jià)較高，對(duì)板下基礎(chǔ)要求較高；彈性支承塊式無(wú)砟軌道具有較好的彈性和減振性能，但只能應(yīng)用于露天區(qū)間，使用地段受限；長(zhǎng)枕埋入式無(wú)砟軌道軌枕側(cè)面裂紋難以控制；雙塊式無(wú)砟軌道整體性好，軌枕與道床新老混凝土接合較好，保持軌道幾何行為能力強(qiáng)，且具備一定的可維修性。具體設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式須結(jié)合設(shè)計(jì)速度、線下工程類(lèi)型、環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)業(yè)化需求等具體情況綜合考慮。

2.7 無(wú)縫線路設(shè)計(jì)方案

各部規(guī)范中對(duì)無(wú)縫線路設(shè)計(jì)方案的對(duì)比見(jiàn)表3所示。

表3 無(wú)縫線路設(shè)計(jì)方案對(duì)比表

無(wú)縫線路設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)線路條件、運(yùn)營(yíng)條件、氣候條件及軌道類(lèi)型等因素進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性、斷縫安全性等檢算，并確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫。無(wú)縫線路設(shè)計(jì)應(yīng)符合TB 10015—2012《鐵路無(wú)縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

市郊鐵路相對(duì)于地鐵而言，速度高、軸重大、旅客乘坐時(shí)間長(zhǎng)、舒適性要求高，采用跨區(qū)間無(wú)縫線路具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。線路一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路，道岔內(nèi)部焊接或膠結(jié)，與長(zhǎng)軌條焊接。正線道岔不應(yīng)跨越梁縫，道岔始端、終端至梁縫的距離應(yīng)符合下列規(guī)定：溫暖地區(qū)10 m，寒冷地區(qū)18 m。橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路及無(wú)縫道岔時(shí)，軌道和橋梁應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[9]，并盡量減少鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置。

3 研究結(jié)論

綜上所述，根據(jù)市郊鐵路的功能定位“充分保障市郊鐵路公交化運(yùn)營(yíng)、保障鐵路干線聯(lián)絡(luò)功能”的要求，經(jīng)過(guò)對(duì)多部相關(guān)規(guī)范的對(duì)比研究，市郊鐵路軌道的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議采用如下。

1）選用100 m定尺長(zhǎng)60N鋼軌，有砟軌道及無(wú)砟軌道相匹配的扣件系統(tǒng)及軌枕數(shù)量，并符合彈性連續(xù)、結(jié)構(gòu)等強(qiáng)及合理匹配的原則。

2）軌底坡采用1∶40。

3）曲線超高最大值不得超過(guò)150 mm。未被平衡的欠、過(guò)超高一般不應(yīng)大于60 mm，困難條件下不應(yīng)大于90 mm。

4）軌距加寬值應(yīng)結(jié)合具體車(chē)輛類(lèi)型確定。

5）直向容許通過(guò)速度不大于160 km/h，可采用固定轍叉道岔；直向容許通過(guò)速度大于160 km/h，應(yīng)采用可動(dòng)心軌道岔。

6）市郊鐵路利用既有鐵路線路改造的，應(yīng)優(yōu)先考慮采用有砟軌道。新建市郊鐵路一般采用無(wú)砟軌道，多采用雙塊式無(wú)砟軌道，也可選用板式、枕式無(wú)砟軌道等其他結(jié)構(gòu)形式。

7）市郊鐵路具有短站距、小編組、高速度、高密度、線路主要經(jīng)過(guò)發(fā)達(dá)地區(qū)等特點(diǎn)，軌道線路應(yīng)優(yōu)先考慮采用一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路，減少振動(dòng)及降噪。