上海轨道交通11号线北段一期工程轨道结构设计

李俊玺

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

上海轨道交通11号线是构成上海市线网骨架的4条市域线之一，在上海交通网络中具有重要的地位。线路采用主线和支线组合运营模式，把嘉定老城区和安亭地区与市中心连接起来，线路全长44.573 km，设车站21座，设计最高速度100 km/h，采用A型车，6列编组，架空接触网供电。

11号线采用了成熟、先进的轨道结构和施工工艺。轨道结构形式有:高架线采用WJ-2型扣件、短轨枕、纵向承轨台整体道床;地面线和U形槽地段采用弹条Ⅰ型扣件、新Ⅱ型轨枕、碎石道床;地下线采用DTⅢ2型扣件、长轨枕埋入式整体道床;道岔及轨下基础采用申通集团通用图系列60 kg/m钢轨9号和12号道岔、短轨枕、整体道床;减振地段采用LORD扣件、轨道减振器扣件、梯形轨道、钢弹簧浮置板道床。轨道附属设备主要有挡车器、高架桥防脱护轨。整体道床采用轨排架轨法施工，碎石道床采用散铺架轨法施工，钢弹簧浮置板道床采用钢筋笼法施工，无缝线路采用直铺法和换铺法施工。

2 主要技术标准

(1)轨距:1 435 mm;

(2)轨底坡:1∶40;

(3)曲线超高:地下线采用半超高，地面线和高架线采用全超高;最大超高值为120 mm，最大欠超高值为61 mm，超高顺坡率不大于2‰。

(4)轨道结构高度:高架桥540 mm，地面线和U形槽地段691 mm，盾构隧道735 mm，明挖隧道560 mm。

(5)轨枕间距:一般地段 625 mm，加强地段600 mm。

(6)根据环境保护的要求，采取轨道综合减振和分级减振措施。

3 轨道结构设计

3.1 钢轨

钢轨是轨道结构最重要的部件，其主要功能是直接承受来自列车的动荷载，并引导列车安全运行。本线采用60 kg/m、U75V钢轨。

3.2 扣件

扣件是联结钢轨与轨下基础的重要部件，要求具备足够的强度和扣压力、良好的弹性、绝缘性能以及充足的调整能力。根据不同的敷设方式，采用与其相适应的上海轨道交通通用的扣件形式，方便运营备料和养护维修。本工程地下线、高架线和地面线扣件类型如下。

(1)DTⅢ2型扣件:DTⅢ2型扣件(图1)为有螺栓弹性分开式扣件，采用国铁 B型弹条，调高量可达40 mm，能很好适用下部结构的不均匀沉降，与无挡肩混凝土轨枕配套使用，用于地下线整体道床。

图1 DTⅢ2型扣件

(2)WJ-2型扣件:WJ-2型扣件(图2)为有螺栓弹性分开式扣件，铁垫板上设置1∶40轨底坡，用于高架线整体道床。本工程对小阻力区段轨下垫板进行了优化，采用高分子复合垫板代替原设计的不锈钢垫板，解决了不锈钢垫板锈蚀带来的阻力增大等问题，并延长了使用寿命。

图2 WJ-2型扣件

(3)弹条Ⅰ型扣件:弹条Ⅰ型扣件(图3)是我国铁路通用的弹性不分开式扣件，技术成熟，与有挡肩混凝土轨枕配套使用，用于碎石道床地段。

3.3 道床

道床是轨道的基础，根据线下结构的特点，选用相适应道床形式。本工程在高架线和地下线采用整体道床，在地面线和U形槽地段采用碎石道床。

3.3.1 地下线长轨枕埋入式整体道床

图3 弹条Ⅰ型扣件

采用与DTⅢ2型扣件相配套的无挡肩预应力钢筋混凝土长轨枕，轨枕长2.1 m，侧面设置钢筋穿孔，承轨面设置1∶40轨底坡。道床布设双层钢筋，混凝土强度等级为C30，设置合理的伸缩缝，两侧设置纵向排水沟。隧道长枕整体道床见图4。

图4 隧道长枕整体道床

3.3.2 高架线短枕式纵向承轨台整体道床

采用与WJ-2型扣件配套的短轨枕，短轨枕底部伸出钢筋加强和道床混凝土的联结。承轨台宽800 mm，布设双层钢筋，混凝土采用C40。整体道床分块布置，一般每隔5个轨枕设置1道伸缩缝，伸缩缝宽100 mm，从梁一端向另一端布置道床块，根据梁跨的不同，最后一块为调整用道床块。高架线短枕式纵向承轨台整体道床见图5。

图5 高架桥上短轨枕承轨台整体道床

3.3.3 地面线和U形槽地段碎石道床

在地面线土质路基和U形槽地段采用弹条Ⅰ型扣件、新Ⅱ型轨枕、碎石道床，采用一级道砟，道床顶面宽度3.3 m，肩宽0.4 m，砟肩堆高150 mm，道床边坡为1∶1.75。隧道洞外U形槽地段碎石道床见图6。

3.4 道岔及其整体道床

3.4.1 道岔

图6 U形槽地段碎石道床

根据行车组织和运营要求，采用申通集团标准图系列道岔。11号线北段一期工程主要采用的60 kg/m钢轨9号道岔，在支线和出入段线与主线相接处采用60 kg/m钢轨12号道岔，以提高侧向通过速度。

本工程标准图系列道岔的主要结构特点如下:弹条Ⅱ型分开式扣件、60AT曲线型尖轨、两点牵引、高锰钢整铸辙叉、分开式H形护轨;道岔不设置轨底坡;电务转换设备采用分动外锁闭装置，转辙机采用轨枕式和侧式两种。9号、12号单开道岔主要形式尺寸见表1。

表1 单开道岔主要形式尺寸

3.4.2 道岔整体道床

道岔轨下基础采用短轨枕式整体道床，如图7所示。道床分块布置，设置伸缩缝，设置双层钢筋，混凝土强度等级、水沟形式等同相邻道床;道岔道床轨道结构高度:高架线为540 mm，地下线为560 mm。9号单开道岔整体道床全长为34.8 m;12号单开道岔整体道床全长为45.185 m。

图7 道岔短枕式整体道床

3.5 轨道减振降噪设计

在线路振动和噪声超标的敏感建筑地段，高架车站、换乘车站、有开发车站范围内、地下线路交叉地段、线路和重要管线交叉(或者平行)地段、泵站和旁通道等地段采取轨道减振降噪结构。本工程主要采用的减振轨道结构如下:(1)中等减振地段采用LORD扣件和轨道减振器扣件;(2)高等减振地段的高架线采用梯形轨道，地下线采用中档钢弹簧浮置板;(3)特殊减振地段采用高档钢弹簧浮置板。

3.5.1 中等减振措施

LORD扣件(图8)是将承轨板、带孔橡胶和底板硫化为整体，利用橡胶孔的变形进行减振。扣件的垂直静刚度为15～22 kN/mm，动静刚度比＜1.4，用于高架线和地下线中等减振地段。

轨道减振器扣件(图9)是将椭圆锥形内圈和外圈用橡胶胶结在一起，使钢轨在车轮荷载作用下有较大的挠曲，从而降低上部建筑的力学阻抗，减小振动的激发。用于地下线减振要求5～10 dB的中等减振地段。

图8 lord扣件

图9 轨道减振器扣件

3.5.2 梯形轨道

在高架线减振要求5 dB以上的地段采用梯形轨道，由梯形轨枕、枕下弹性垫层和L形混凝土基座组成，是一种轻量级的“质量-弹簧”系统，轨道刚度约为10 MN/m，钢轨动下沉2.24 mm，静下沉为2.45 mm，减振效果可达15 dB。梯形轨枕轨道见图10。

图10 高架线梯形轨道

3.5.3 钢弹簧浮置板

钢弹簧浮置板轨道主要由浮置式道床板、隔振器、剪力铰和混凝土基底等组成，是一种“质量－弹簧”体系，参振质量大、刚度小，结构固有振动频率很低，隔振效果好，最高可达到40 dB。本工程减振在15 dB以下的地段采用固体阻尼隔振器，以降低造价，减振在15 dB以上的地段采用液体阻尼隔振器。

图11 浮置板道床横断面

本工程施工方法由散铺法改为钢筋笼法，实现了浮置板道床断面的标准化，曲线地段采用斜基底，浮置板道床断面如图11所示，施工进度由原来的每天5 m提升到25 m。浮置板的钢筋在洞外基底绑扎成钢筋笼，然后如同轨排一样，吊送入洞内，调整好几何状态便可浇筑混凝土。绑扎好的浮置板钢筋笼以及成型的浮置板道床如图12所示。

图12 钢弹簧浮置板道床和绑扎好的钢筋笼

3.6 轨道附属设备

3.6.1 挡车器

挡车器是设在线路尽头的安全装置，分为滑动式、液压式和固定式等多种类型。根据不同使用条件和工况需要，本线选用的挡车器类型有4种，见表2。

表2 挡车器类型汇总

3.6.2 防脱护轨

在高架桥上列车可能脱轨的地段设置防脱护轨，本工程一般地段采用上海轨道交通常用的“DPⅡ-60型防脱线护轨装置”(图13)，梯形轨道地段采用专线9670《60 kg/m钢轨用防脱护轨装置》(图14)。护轨通过安装在钢轨轨底上的支架来固定，一般每2个轨枕间距安装1个支架，护轨端头设置缓冲段。

图13 DPⅡ-60型防脱线护轨

图14 新型防脱护轨装置

4 接口设计

轨道交通工程是一个复杂而庞大的系统工程，涉及到很多专业，轨道专业与信号、供电、给排水等专业都有接口设计，处理好与相关专业的接口，是保证整个工程合理、有效、安全的关键，在设计和施工全过程都需要协调、配合、控制、管理。

(1)信号专业需要在道岔上安装转辙机，道岔整体道床设计需要预留安装沟槽和基坑，并在施工前取得信号专业同意。

(2)根据供电杂散电流防护对轨道专业的要求，轨道结构采取绝缘和防杂散电流的措施:扣件的绝缘电阻要达到设计要求值;道床钢筋连通形成杂散电流收集网，并设置连接端子和排流端子，有效减少杂散电流对道床的不利影响。

(3)隧道内道床排水主要是排除结构渗漏水、消防废水和道床冲洗水等，根据排水专业提供的排水量确定道床水沟断面，并在泵站的位置设置截水沟和集水坑，通过土建预埋排水管将水泵入地铁排水系统。

(4)信号、电力、给排水等专业有过轨的要求，其过轨管的位置、数量、孔径、长度等要由各专业提前提供并落实在设计文件中。

5 体会和总结

本工程是连接郊区与市中心的市域级快速轨道交通线路，具有线路长、环境敏感点多、设计速度高、运营模式新、轨道类型多样、设计接口和设计配合复杂等特点。

(1)全面了解上海轨道交通运营线路的轨道结构的类型和使用情况，有助于设计选型，对轨道结构使用情况的调研和分析，有助于轨道产品的优化，。

(2)城市轨道交通工程是一项涉及多专业、多工种、关系复杂、技术难度大的系统工程，设计有赖于各专业、各系统的相互配合。接口设计的联络协调要由浅入深、由粗到细，并在各个设计阶段中逐步完善。

(3)根据规范要求和环评预测的结果，对沿线敏感点进行现场踏勘，结合以往的设计经验和人们对运营线路振动的反映情况，考虑一定的前瞻性和包容性，梳理出各敏感点的振动和噪声超标值，划分出减振等级，采取相对应的轨道减振降噪措施。在工程实施过程中，要随时掌握沿线的拆迁和规划实施情况，在工程允许的前提下，及时调整轨道减振降噪设计，尽量减少运营后市民的投诉和轨道减振结构的整改。

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