城市軌道交通軌道工程拆解設計方案研究

胡志鵬

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),710043,西安∥高級工程師)

1 概述

近年來,城市軌道交通建設規模不斷擴大。部分線路由于線網規劃及建設時序的調整,在設計時考慮了兼顧近、遠期的運營要求,在運營若干年后需拆解既有線組成新的線路[1-3]。為降低軌道工程拆解過程中的拆解難度及減少對行車的干擾,一方面需在前期設計階段合理預留接口,滿足近、遠期運營條件;另一方面還應針對拆解工程設計合理的拆解方案,以減少對既有線的運營干擾,提升拆解效率[4-6]。

城市軌道交通線路的軌道結構大多采用整體道床,而整體道床一經澆筑,后期難以整改,這對軌道工程的拆解十分不利。因此,制定合理的拆解方案是軌道拆解工程的重難點,須前期做好規劃,以保證后期拆解實施的可行性和高效性。目前,我國城市軌道交通線路拆解的案例較少,廣州和上海近10年有過軌道交通線路的拆解工程,這些線路前期運營的時間相對較短,且因線路小半徑曲線段通過扣件實現較低超高,導致鋼軌磨耗及養護維修量增加[7-8]。對于遠期拆解工程而言,因線路的運營時間較長,不僅要考慮前期軌道超高的合理設置,以確保行車安全、舒適及快速運行,還需考慮拆解難度、運營干擾等因素,因此有必要對須拆解的軌道工程進行綜合設計及研究。

本文以某城市的軌道交通1號線(以下簡稱“1號線”)的區間軌道工程拆解為例,對其拆解方案進行深入研究。該線在開通初期貫通運營,擬在遠期對其中的車站1至車站2區間線路進行拆解。該區間全長860 m,曲線半徑為350 m,緩和曲線長度為60 m。

1號線拆解前后線路走向如圖1所示。1號線拆解時需暫時中斷正線運營。線路拆解后,1號線繼續向東行進,新設車站3;車站2往南區段折向東,在車站3內設站,與既有的車站2及其往北線路另立為2號線。拆解后1號線與2號線在車站3平行換乘,1號線和2號線均獨立運營。拆解完成后,保留既有線的AC段,作為1號線和2號線的聯絡線,在A、C點插入道岔后各自連通延伸線;廢棄既有線的BD段,B、D點各自連通正線。

圖1 1號線拆解前后線路走向示意圖

2 軌道工程拆解的重點及難點分析

2.1 軌道結構的兼容性

根據規劃,1號線在遠期進行拆解。考慮到初、近期運營時間較長,軌道結構不僅要兼顧拆解前、后的曲線超高需求,還要確保軌道結構滿足強度、穩定性及耐久性等性能要求。

2.2 中斷運營時間短

1號線拆解時,列車分別在車站1和車站2實現折返,即在起點至車站1、車站2至終點站分別組建2個臨時小交路,車站1至車站2區段中斷運營。為減小軌道拆解對1號線運營的影響,軌道系統需在短時間內完成改造鋪設,并迅速具備滿足1號線、2號線延伸的線路條件。

2.3 道岔需特殊設計

為保證1號線初期貫通運營,減少道岔的養護維修量,在前期建設過程中,車站1至車站2的區間線路內不插入道岔。拆解工程完成后,1號線AC段保留為聯絡線,為此需在車站1及車站2左線各插入1組9號道岔。為縮短插入道岔的施工時間,道岔需進行2個方面的特殊設計:①道岔區軌道超高可快速更改;②道岔區扣件釘孔距可快速更改。

2.4 不同軌道區段的超高設置

車站1至車站2區間線路的曲線半徑為350 m,緩和曲線長度為60 m。拆解前,根據1號線行車速度-距離(v-s)曲線計算,該區間需設置120 mm軌道超高,以減少區間鋼軌磨耗,減少養護維修工作量。

拆解后,由于該區間兩端插入道岔,道岔區不設超高,曲線段無法實現超高順坡,拆解后的區間軌道不設超高。因此,該區間的軌道線路既要滿足拆解前120 mm的超高要求,又要滿足在拆解時能快速實現超高更改的要求。

2.5 共用道床同步實施

1號線拆解前后在緩和曲線段范圍內的線間距較小,道床及軌枕在建設期應同步建設,并需滿足以下三方面要求:①道床設計須滿足拆解后道岔、道床的使用要求;②軌枕須既滿足初期扣件釘孔距要求,又滿足道岔區岔枕布置要求,為此,軌枕需加長、加寬設計;③共用道床部分軌道超高能實現快速更改。

3 軌道工程拆解方案

基于上文所述拆解工程的特點、重點及難點,需要合理設計軌道工程拆解方案,以確保拆解工程按期、保質順利完成。適用于該拆解工程的方案有2個:樹脂枕道床方案和預制板道床方案。由于拆解點A、B和C、D的拆解方案一致,本文以A、B點為例,對2個拆解方案進行分析。

3.1 樹脂枕道床方案

3.1.1 樹脂枕類型

3.1.1.1 一體化樹脂枕

樹脂枕具有切割、開孔方便、施工靈活等特點。一體化樹脂枕的剖面圖如圖2所示,標準軌枕寬度為240 mm,長度為2 500 mm,上表面呈楔形,薄端高度為140 mm,厚端高度視具體超高而定。該樹脂枕的軌枕寬度、長度及厚度均可根據具體需求一次加工成型,并可同步實現120 mm的超高要求。

圖2 一體化樹脂枕的剖面圖

圖3為一體化樹脂枕的側視圖。如圖3所示,拆解時,以軌枕薄端厚度140 mm為基線,去除楔形多余部分,平整軌枕表面并涂裝軌枕表面,即可實現超高的快速更改。

圖3 一體化樹脂枕的側視圖

3.1.1.2 組裝型樹脂枕

圖4為組裝型樹脂枕的側視圖。組裝型樹脂枕的寬度為240 mm,高度為160 mm。在上表面鋼軌安裝區內加工了1條20 mm深、與軌枕同寬的凹槽,槽內粘接楔形調高塊,上表面呈斜面。軌枕在整體道床內的埋深為140 mm,在楔形調高塊的上表面安裝鋼軌,以實現120 mm超高。拆解時,去掉楔形塊,即可實現超高的快速更改。

圖4 組裝型樹脂枕側視圖

對一體化樹脂枕及組裝型樹脂枕的性能進行綜合分析,一體化樹脂枕可根據具體需求一次加工成不同尺寸軌枕,整體性更好。組裝型樹脂枕粘接部分的耐久性會影響軌枕的使用壽命。經比選,推薦采用一體化樹脂枕。

3.1.2 樹脂枕道床的拆解方案及拆解過程

3.1.2.1 拆解措施

由于一體化樹脂枕具有切割、開孔方便等特點,樹脂枕拆解措施需在前期優化設計,兼顧拆解后軌道工程的超高需求,并盡可能減少拆解工程量。圖5為樹脂枕道床方案的拆解范圍及拆解前后軌道結構布置。圖6為圖5中區域1、區域2(近遠期線路交叉處)及區域3的軌道結構放大圖。

1) 拆解范圍: ①左線拆解時, 需更改左線緩和曲線及圓曲線軌枕超高,長度約為660 m;②右線拆解時,需更改共用道床(3 m線間距范圍內及拆解前后線路交叉處)范圍內的軌枕以消除超高,其長度總計約170 m。

2) 前期優化設計措施:①對于區域3,設計初期左線、右線在緩和曲線和直線共用道床范圍內一次性鋪設加長軌枕,并設置相應的超高;②對于區域2,近、遠期在線路交叉處鋪設的軌枕需兼顧拆解前、后的工程需求,軌枕采用一體化樹脂枕,并加長、加寬;③對于區域1,設計初期按照插入9號道岔的岔枕型式鋪設軌枕,將岔枕延長,并確保1號線軌道能正常使用。

3.1.2.2 拆解過程

1) 區域3及區域2:因軌枕的長度和寬度均可滿足拆解后的要求,僅需調整線路位置和超高。其拆解過程分2步:一是根據拆解后線路超高切割既有樹脂枕;二是封閉既有扣件孔洞,根據最新線位扣件間釘孔間距重新打孔,并安裝鋼軌、扣件。

2) 區域1:由于道岔區不設超高,拆解時需切割既有軌枕的全部超高,封閉既有扣件孔洞,并在樹脂枕上根據道岔扣件釘孔間距重新打孔,安裝道岔。

3) 拆解時間:拆除鋼軌扣件需1 d,更改軌枕需4 d,插入道岔需3 d,則拆解時間共計8 d。

3.2 預制板道床方案

將預制軌道板應用于拆解工程的曲線段時,可通過調整砂漿調整層實現超高變化。拆解時,需鑿除砂漿調整層,按線路調整軌道板標高,再重新填充砂漿調整層。預制板道床方案拆解前后預制板道床橫斷面如圖7所示。

圖7 預制板道床方案拆解前后預制板道床橫斷面圖

3.2.1 拆解前軌道結構布置

拆解前,在1號線左線的緩和曲線及圓曲線區段鋪設預制軌道板,在線路建設過程中同步施作遠期底座(含道岔底座)及限位凹槽。預制板道床方案拆解前預制軌道板及底座實施范圍如圖8所示。

圖8 預制板道床方案拆解前預制軌道板及底座實施范圍

3.2.2 拆解方案及拆解過程

3.2.2.1 拆解方案

首先需要拆除已鋪設的軌道板。在完成砂漿層高度的調整后再進行道岔的鋪設,進而實現插入道岔的拆解。

拆解后,拆除共用道床預制軌道板,鑿除砂漿調整層,插入9號道岔,鋪設軌道板,再重新灌注砂漿調整層。圖9為預制板道床方案的拆解范圍及拆解后軌道結構布置。圖10為圖8和圖9中區域1、區域2、區域3及區域4的軌道結構放大圖。

圖9 預制板道床方案的拆解范圍及拆解后軌道結構布置

圖10 圖8及圖9中4個區域的軌道結構放大圖

3.2.2.2 拆解過程

1) 區域1、區域2及區域4的拆解步驟為:①吊移軌道板;②鑿除既有線砂漿調整層,以消除超高;③按拆解后線位安裝預制軌道板(調整縱、橫向位置),精調軌道板;④重新灌注砂漿調整層。

2) 區域3的拆解步驟為:①拆除既有軌道板;②鑿除砂漿調整層,以消除超高;③按拆解后線位安裝預制道岔板(調整縱、橫向位置),精調軌道板;④重新灌注砂漿調整層,安裝道岔。

3) 拆解時間:拆除預制軌道板需5 d,運輸預制板需2 d,鋪設軌道板需13 d,插入道岔需3 d,則拆解時間共計23 d。

3.3 方案比選

進一步對這2個方案的軌道結構進行對比,其結果如表1所示。由表1可知:2個方案均可滿足軌道工程拆解要求;樹脂枕道床方案前期設計復雜,需同時兼顧近、遠期軌道工程,但拆解工程量小,拆解效率高;預制板道床方案前期設計簡單,但拆解工程量大、中斷運營時間長。

拆解工程大多時間緊迫,要求在最短時間內恢復線路運營。為減小拆除工程量,縮短拆解時間,減小線路中斷運營時間,本文推薦采用樹脂枕道床方案。

4 結語

城市軌道交通軌道工程拆解方案設計時,建議采用樹脂枕道床方案,該方案既可實現前期運營階段的超高需求,又具備后期拆解的調整超高要求。此外,還需考慮拆解前、后共用底座等混凝土工程,在設計時應一次性滿足二者需求。應綜合性、前瞻性地考慮接口問題,以保證后期拆解實施的可行性和高效性,減小拆除工程量,縮短拆解時間,減小線路中斷運營時間。本文案例可為城市軌道交通類似的軌道拆解工程提供參考。