地鐵車輛基地路基設計標準分析

趙曉華 史小萌 趙毓成

1.北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100045

2.北京交通大學土木建筑工程學院 北京 100044

1 車輛基地路基設計現狀

2 路基設計指標體系

路基設計內容包括：路基本體、場平及地基處理、邊坡及支擋結構、改造河流溝渠及地上地下排水系統、變形監測及驗收標準、取土棄土分析及勘察選址、填料及既有材料的利用等[1]。

路基設計參數包括：上部結構荷載、填料及壓實標準、承載力、沉降及協調、滲透（地表水、地下水）、穩定性安全系數（水、溫度、抗滑移、抗傾覆、邊坡滑動穩定性）等。

3 地鐵車輛基地路基關鍵設計標準尚未統一的問題

目前地鐵車輛基地無砟軌道路基設計一般按照正線標準進行設計。無砟軌道工后沉降標準正線采用20mm，高鐵無砟軌道工后沉降正線標準采用15mm，二者在遇到的車輛基地項目中均有采用的案例，該標準用于車輛基地，存在不合理和地基處理造價較高。該問題與軌道扣件調高量有關，也與沉降協調也相關[2]。如表1所示。

表1 地鐵車輛基地路基設計實踐中采用的現行參數

考慮到車輛基地與正線在荷載、使用功能、軌道型式、養護維修方面的差異，討論制定相關的標準成為必要。從造價角度分析，地鐵車輛基地平均占地在25～30hm2左右的規模，故全場區的路基結構、填料厚度、沉降標準對造價影響巨大。綜上所述，車輛基地路基設計：需要精細化的設計，需要分區、詳細而明確的標準。

3.1 車輛基地的特點

3.1.1 地鐵車輛基地是大面積單體項目

地鐵車輛基地是大面積單體項目，用地面積在25～30公頃左右的規模，如表2所示。圖1為鄭州某地鐵車輛段照片。

大剛驚訝地說：“噫，你還懂得這些？可別瞎蒙啊。”趙大剛是特種部隊轉業出身，一向對公子哥形象、富二代的劉志武有些看不慣。志武不以為然地說：“我蒙？對這個可是有一定研究的，四肢發達有什么用？干刑警得有知識得有頭腦才行。”

圖1 車輛基地庫內、庫外全景圖

表2 部分車輛基地用地規模統計

3.2 車輛基地設計的綜合性

地鐵車輛基地平面總體布置圖如圖2所示。

圖2 地鐵車輛基地平面總體布置圖

3.3 車輛基地定位

車輛基地定位為主要承擔全新配屬車輛的停放、運用、列檢、月修、定修和架修等任務。具體如下：

車輛基地根據其作業范圍可分為定修段和廠、架修段。定修段承擔車輛定修、月檢、日常檢修和停放的任務；廠、架修段除承擔定修段的任務外，尚應承擔車輛廠修和架修的任務。有條件的城市可集中設置車輛大修廠。停車場承擔車輛的月（周）檢（周期表如表3所示）和停車、列檢的任務；僅承擔停車、列檢任務的停車場稱輔助停車場。停車場隸屬于車輛基地。每條運營線路宜設一個定修車輛基地，當車輛基地距終點站超過20km時，宜增設停車場（或輔助停車場）。廠、架修段和綜合維修中心，宜結合軌道交通線網和車型情況按多線共用設置。承擔全線通信、信號、供電、機電、工務、房建等各專業設備的巡檢和檢修。承擔全線所需的材料、備品配件等的存儲和發放。承擔全線各專業人員及在職職工的培訓[3]。

表3 車輛基地檢修周期表

3.4 線路工程

3.4.1 平曲線最小半徑

車輛基地線路：A型車150m，B型車110m。正線線路：A型車350m，B型車300m。出入段線或聯絡線：A型車250m，B型車200m。試車線等同于正線。

3.4.2 車輛速度

庫內：不大于5km/h。庫外：試車線等同于正線：80km/h。車輛基地道岔區廣布，道岔區側向通過速度不大于25km/h。

3.5 維修規則與差異工后沉降標準

3.5.1 軌道不平順內容

軌道不平順是兩根鋼軌在高低和左右方向與鋼軌理想位置幾何尺寸的偏差，按照方向主要分為垂向不平順及橫向不平順，具體內容詳見表4：

表4 軌道不平順按方向分類內容

水平、三角坑、軌向和反向復合不平順對輪重減載率影響最大，特別是軌向不平順還促使輪軌橫向力、脫軌系數和車體橫向加速度等參數增大；高低不平順主要影響車體垂向加速度及輪軌垂向力[4]。

3.5.2 工務維修規則

碎石道床維修便利，軌道不平順要求按工務維修規則執行。《鐵路軌道設計規范》、《北京地鐵工務維修規則(暫行)》及《香港地鐵工務維修規則》中對無砟軌道平順性的規定見表5。

表5 無砟軌道靜態平順度(單位：mm)

3.5.3 工務維修規則與差異工后沉降標準

正線無砟軌道最大運行速度為80km/h，速度比一般國鐵及北京地鐵運行速度低，故通過對比分析，軌道不平順的標準可適當降低，結合工程的維修條件，綜合考慮，可采用地鐵“經常保養”標準作為“計劃維修”（即大修）標準，見表6。根據國鐵及地鐵的多年運營經驗，這一標準可保證行車安全，列車運行的平穩性及乘坐舒適度也可得到有效保障[5]。

表6 某工程線路軌道靜態幾何尺寸“計劃維修”標準

在此標準情況下，軌道高低不平順方面，10m弦測量允許誤差為6mm，考慮鋪軌過程中2mm允許施工誤差，本工程采用10m弦測量允許誤差4mm作為路基差異工后沉降的設計控制標準，換算為折角即為1.6‰。

即在正線上，無砟軌道采用1.6‰的差異工后沉降的設計控制標準可滿足要求，對于車輛基地采用此標準也可行，若采用1‰的標準，相對較嚴格。

4 車輛基地基床結構動應力測試

為對基床結構設計理論與實際動應力有充分的掌握，一方面通過在鐵爐西車輛基地進行現場試驗、動應力測試、數據分析論述車輛基地路基基床結構；一方面通過有限元分析，論述車輛基地路基基床結構。

4.1 動荷載衰減規律（見圖3）

圖3 動荷載衰減規律

路基的設計方法，現行規范中通常取土的動靜應力比為0.2時的深度，為基床的設計厚度。

4.2 路基內部動荷載和靜荷載變化規律（見圖4）

圖4 路基內部動荷載和靜荷載變化規律

通過車輛基地路基動應力實測研究，針對地鐵車輛基地路基“空載低速”的工況條件，探討路基內部動應力分布規律，并對路基結構設計進行分析。結論如下：

列車速度對于衰減系數有明顯影響，即列車速度越快，動荷載在路基內衰減速度越慢。針對地鐵列車車輛基地的工況，采用“0.3 m + 0.9 m”的路基結構，當車速在10 km/h以下時，路基底面處的動靜應力之比小于0.2，可以滿足設計要求。

5 基床結構標準總論

通過現場試驗、動應力測試分析、有限元數值模擬分析、布氏公式及當量模量分析，推薦車輛基地有砟軌道、無砟軌道基床結構可為基床表層0.3m，基床底層0.9m。

6 車輛基地路基設計標準

車輛基地分區按區域分：庫內軌道整體道床區、庫外軌道碎石道床區、試車線、建筑結構區（上蓋開發區）、道路區。不同區域上部結構荷載不同，工后沉降、養護維修標準不同，如表7所示，對地基處理需求不同，路基設計據此進行分區。

表7 地鐵車輛基地各區域工后沉降匯總表

7 結束語

無砟軌道維修難度大，其工后沉降要求嚴格，為此本文暫對無砟軌道不平順做分析，適用于庫內無砟軌道。

國鐵對軌道不平順的研究成果已經在相關規范中有所體現，在2005年開始實施的《鐵路軌道設計規范》中，開始對軌道結構的不平順進行定量的規定。