城市轨道交通轨道系统的设计优化和细化

徐寿伟

(北京城建设计研究总院有限责任公司 北京 100037)

轨道系统作为地铁工程最重要、最基本的组成部分之一，其基本理论和设计技术已比较成熟，但随着国内城市轨道交通建设规模的不断扩大及建设周期的大大压缩，轨道系统设计与施工之间的一些矛盾也有所显现，从施工角度来看，目前的轨道系统设计中，仍有一些值得优化和细化的方面。

1 具体问题的分析及建议

1.1 设计工程数量的统计优化

1.1.1 作为工程预算、材料订货和工程结算的依据

通常在施工图设计中，考虑到理论与现场的差异以及施工过程中的各种损耗因素，工程量统计中会考虑适当的材料富余系数:根据个人不同的经验，将损耗率隐含在构造数量中;在构造数量基础上考虑一定的富余系数。但实际上，根据GB 50500—2008《建设工程工程量清单计价规范》的相关规定，材料损耗率应由施工企业根据相关定额在投标报价的综合单价中考虑，详见以下分析:

综合单价=工料单价+管理费+利润

工料单价=人工费+材料费+机械费

其中，材料费 =∑(材料定额消耗量 ×材料单 价)+检验试验费

材料消耗定额量是指在正常条件下，使用合格材料完成单位合格产品所必须消耗的材料数量标准，其中包括主要材料、辅助材料、零星材料和周转性材料等。

单位合格产品所必须消耗的材料数量，由材料的净耗量和材料的损耗量两部分组成。

可见，设计工程数量统计中所给出的材料损耗率或富余系数属于重复给出，且往往与定额中损耗数量不一致，另外还会给工程结算造成麻烦，如部分施工企业往往把设计给出的材料损耗作为材料结算工程量计算的依据。当然，由于定额具有实践性，其中规定的损耗率与施工中实际发生的损耗会有差异，定额中的部分损耗率可能不尽合理，但由于定额的法令性特点，其修改需通过一定的程序方可实现，轨道设计并不能随意将其增加或减少。

1.1.2 以实际施工工程量为难

1)土建施工误差。土建施工造成的误差对道床工程量如混凝土、道砟等的影响在设计统计中很难准确计算。

2)调线调坡。铺轨前一般都需要贯通测量，偏差较大时须调线调坡，轨道设计图工程量也不能反映调线调坡后工程量的变化。

3)施工材料进场控制。工程材料的进场验收控制不好，可能导致进料计量与设计数量之间的差异，故是施工企业成本控制的重要一环，设计中不能考虑这种人为因素损耗。

综上所述，设计工程量统计的准确是相对的，设计在计算时要保证计算的正确及可追溯性即可，而不能在进行轨道材料统计时额外考虑无依据的损耗。实际在工程结算及国家审计时，设计给出的损耗率也不被认可。

为确保工程材料实际计量的准确可靠，设计文件中可强调以经过施工监理审核的实际发生量为准。

1.2 整体道床的优化设计

1.2.1 钢筋

钢筋型式的设计除了考虑道床构造要求外，尚应考虑施工方便。采用轨排法施工时，道床两侧需安装走行龙门吊基础，故一次浇筑时需单独支立模板，此时箍筋设计应避免进入二次浇筑的范围，导致模板无法支立，施工困难(见图1)。

图1 轨排龙门吊走行轨、一次浇筑模板与箍筋示意

从道床受力的角度而言，二次浇筑混凝土与轨枕之间有一定的距离，受力较小，采用素混凝土即可满足要求。

此外，考虑到道床配筋主要在于满足杂散电流要求以及防止道床开裂的构造需要，而不受道床受力控制，故可尽量减少钢筋的规格种类。对于曲线地段，可直接将直线地段的钢筋型式按超高加以旋转，从而可避免箍筋高度的频繁变换(见图2)。

图2 直线与曲线钢筋型式

通常，地下线道床分段长度都设计为12.5 m，而道床纵向钢筋所采用的HRB335钢筋定尺长度一般为9 m、12 m，若道床分段长度为12.5 m，则所有道床的纵向钢筋均需进行搭接，费时且费料。若能将道床分段长度缩至12m，则能较好地解决这个问题。

道床钢筋设计还需考虑防盗问题。在一些工程设计中，为达到更好的杂散电流收集效果，杂散电流专业往往要求连接端子采用扁铜引出，但实际施工中发现，扁铜端子被盗现象特别严重，修补工作十分困难，且修补效果较差，反而影响了杂散电流的收集。

因此，建议杂散电流专业连接端子不用扁铜，而采用更适合国情的扁钢等材料，此外，根据上海地铁的经验，可将相邻道床块之间的扁钢在道床浇筑之前即直接焊连，可进一步提高效率、降低成本。

1.2.2 混凝土

从施工的角度来看，道床混凝土方面出现的主要问题是开裂，总结道床出现裂缝在施工方面的原因，主要有:坍落度不合理，很多时候为了便于混凝土的运送，坍落度超过了200 mm，甚至达到了230 mm，道床浇筑后主要由于坍落度过大产生收缩裂缝;个别也会因为坍落度过小，加之振捣不到位，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制，产生沉降裂缝;拆模过早、施工荷载作用较早，混凝土未达到设计强度前，施工冲击荷载过早作用于道床，产生裂缝;养护不当，混凝土表面产生干缩裂缝。

而通常的道床设计中，对混凝土除规定了强度等级、骨料等之外，并无更多要求。为尽量避免道床开裂，设计中应在以下几个方面加以细化。

1)补充坍落度要求。轨道在以往设计文件中并不规定混凝土具体坍落度，一般由施工单位根据实际情况，综合天气、混凝土运输时间等，灵活调配混凝土的坍落度，使之满足可泵性要求和浇灌部位要求。

轨道道床施工混凝土尤其是地下施工混凝土坍落度偏大，一是因为轨道施工受城市道路交通及地下线场地狭窄的影响，混凝土运输、浇筑时间可能很长，坍落度在运输过程中会有一部分损失;二是由于轨道施工采用小龙门吊吊运料斗浇筑混凝土，混凝土是垂直落下，要求混凝土在立好的模板内要有较好的流动性，才能较容易地保证轨枕底部密实。从设计角度上，宜对混凝土的坍落度进行规定。对于道床而言，混凝土浇筑时的坍落度不宜超过180 mm，施工中应严格控制混凝土出机坍落度，从而保证混凝土浇筑质量。

2)强调混凝土养护要求。为保证已浇筑好的混凝土在规定龄期内达到设计要求的强度和耐久性，并防止产生收缩和温度裂缝，道床浇筑完成后一般需经过一次抹平至二次抹压两道工序，并做好养护工作，但实际施工中执行并不好。因此，最好在设计文件的施工技术要求及施工技术交底中对此加以强调，还可提出具体的养生技术要求，包括掌握好松开扣件的时机，也有助于减少混凝土坍落度过大带来的不利。

很多年轻的设计工程师不熟悉施工环节中的细节，故宜对不同季节、不同环境的混凝土养生方法进行研究和熟悉，方可将设计文件做得更细。

3)补充道床承载要求或提出早强混凝土要求。由于轨道施工连续性的要求，道床需提前承载。施工单位一般要求是:混凝土灌注终凝后(混凝土浇筑完毕12 h后)开始浇水养护，其强度达到5 MPa时拆除钢轨支撑架，达到设计强度的70%后，轨道上方可载重、行车。

由于如今城市轨道交通工程建设中的铺轨工期很紧，实际施工中往往在混凝土浇筑完成后2～3 d即开始承载。根据混凝土强度与温度和龄期的关系曲线图(见图3)，显然不能满足要求，而极易造成工程质量事故。

图3 混凝土强度与温度和龄期的关系曲线

所以，设计文件中应对道床承载要求做出规定，即道床承载时间必须满足强度要求，若铺轨工期很紧，设计中则应对道床混凝土的强度龄期加以要求，如采用早强混凝土，可有助于缓解此问题。

1.3 整体道床地段长轨枕的优化设计

长枕式整体道床因其整体性更强，施工速度更快，施工精度更易保证，已在越来越多的城市被采用，然而在传统地铁中采用的混凝土长枕皆为预应力枕。

对于整体道床而言，轨枕主要功能在于支撑钢轨及扣件，将车辆动载分散传递至道床及下部基础。主要表现为受压特性，预应力枕的最大优点在于其有着良好的抗弯性，其抗弯性能被基本闲置(见图4)。此外，由于预应力长轨枕存在一个徐变的过程，铺设后轨枕道床混凝土之间易产生裂隙。因此，整体道床中采用预应力长枕并不尽合理。将预应力长轨枕改为普通钢筋混凝土轨枕，可以简化生产工艺，缩短养护周期，提高劳动生产率。

图4 整体道床地段长轨枕计算弯矩

随着轨道设计的精细化，建议进行普通长轨枕设计研发，以降低城市轨道交通建设成本。

1.4 车场线铺轨基标测量的细化要求

1.4.1 车场线基标设置及做法

基标既是轨道施工的基准，也是线路运营养护维修的依据，因此基标的设置至关重要。车场线库外线轨道一般采用碎石道床，道岔多、小半径曲线多。然而，对于车场线其基标设置及做法，无论是《地铁设计规范》还是《城市轨道交通测量规范》都未提及，设计文件中也基本未做要求。为方便车场线轨道施工及运营期间的工务维修，宜在设计文件中对车场线的基标设置加以要求。

基标应根据车场线轨道的特点进行以下设置:

1)单开道岔。碎石道床道岔根据其施工特点，只需在岔头、岔心及两岔尾中心线处各设置一个基标即可(见图5)。

图5 单开道岔基标布置

2)交叉渡线。交叉渡线的4组单开处基标设置同一般单开道岔，对称中轴的两条线路中心、菱形交叉的中心，两锐角辙叉角平分线两侧应各设置一个基标(见图6)。

图6 交叉渡线基标布置

3)曲线。车场线曲线因线路都相对较短，因此一般情况下只在曲线要素点设置基标即可，当曲线要素点距离大于25 m时，加设一个控制基标。

碎石道床轨道因施工现场复杂，基标保存困难，其制作应遵循稳固、明显、易保存的的原则，图7为一种建议的方案。对于车场线库内的检查坑、无检查坑等道床，因其线路较短，参照正线方法，一般在股道起、终点各设置一个控制基标即可。

图7 土路基基标制作示意

1.4.2 车场线铺轨基标测量

车场线基标测设的工序有:控制网布设，控制基标放样、埋设，线路调整，控制基标定测等。

通过对以往车场线轨道施工调查，在北京地铁、南京地铁等多个城市库内进行轨道施工时出现两方面问题:库内检查坑的铺轨中线与结构中线出现偏差;库内某些股道整体道床应与库内地面标高一致，却出现高差。

问题产生的原因主要有:土建施工测量和轨道基标测量分属不同测量单位，加密控制导线的精度也不同，故实际施工中土建结构中线和铺轨中线偏差常出现偏差;控制网使用时间跨度大，控制网布设从土建施工进场到轨道施工一般要跨越较长时间，控制点坐标及水准高程均可能发生变化。

现场一般采用的处理方案为:中线偏差的处理方法一是轨道中线按现有土建结构中线调整，库外线与库内线顺接;二是在保证安全前提下使立柱偏心受压，维持库内外中线的贯通，在立柱上偏移;若轨道(或道床)标高高于地面，土建在地面施工时发生变更，则增加建筑地坪处理厚度，反之、则适当降低建筑地坪处理厚度。

为从根本上避免类似问题的出现，宜在设计中增加轨道与土建专业的协调和沟通，提出车场线铺轨基标的测量方法要求:依据地面精密导线点进行场区内控制导线加密，依据场区内的加密控制导线，采用极坐标法，进行基标放样。此外，在施工图设计文件的施工技术要求中，宜明确铺轨测量单位进场后应与土建单位联合测量，共同确定控制导线点及水准点，保证结构中线与铺轨中线的统一。

1.5 钢轨标识的补充设计

线路标志设计是轨道的附属设计，除了常见的曲线要素标、坡度标、限速标等设计外，钢轨标识设计一直缺乏统一的设计规定，致使施工时根据经验自行喷涂。

钢轨标识设计包括刷写要求及编号规则设计，目的都是为了工务养护维修方便，所以力求简单、清晰、明了。钢轨标识包括:道岔标识、曲线标识和长轨条标识。其中，道岔标识包括:轨距、支距、查照间隔、护背距离等。曲线标识包括:曲线主点(ZH、HY、QZ、YH、HZ)、轨距、超高(H)、正矢(F)、加宽(S)。长轨条标识包括:长轨条的编号、单元轨节编号、钢轨焊头编号。标识设计包括:刷写要求设计、编号规则设计等。

1)刷写要求设计。钢轨标识刷写要求数据清晰无误，线路标记应全部统一为红底白字或白底红字。

字底:长条形，宽度根据选用钢轨确定，由于60 kg/m钢轨轨腰高97 mm，50 kg/m钢轨轨腰高83 mm，可统一宽度为75 mm。

字体:可统一采用180号字(字高45 mm)，宋体加粗，也可根据工务部门要求采用其他字体。

位置:文字标识一般设在标记点对应的钢轨内侧或外侧轨腰上，或是刷写在对应的道床或轨枕上，其中，正矢标记点一般均标于曲线上股钢轨工作边外侧，道岔支距标记点标于道岔直基本轨工作边外侧，均用喷涂的▲表示。

2)编号规则设计分以下几种:

长轨条编号:长轨条起终点钢轨内侧轨腰，编号形式为“线别+长轨条号+起止里程+长度”。

单元轨节编号:每个单元轨节始终点的钢轨内侧轨腰，编号形式为“线别+长轨条编号+单元轨节编号+左右股+单元轨节长度+锁定温度”。

焊头编号:分为两种方式，一种是在一个单元轨节范围内顺里程方向分左右股分别编号，编号形式为“线别+单元轨节编号+左右股+焊头序号”;另一种是在1 km范围内顺里程方向分左右股分别编号，编号形式为“线别+公里数+左右股+焊头序号”。

道岔编号:车辆基地一般按线路图道岔编号进行编号，正线按信号专业的道岔编号进行编号。

曲线标识:主点编号形式为“主点+正矢+超高+(轨距加宽)”，无加宽的可不标识，例如“YH F=×H=×”。

车场线曲线标识:在曲线头尾位置的上股内侧轨腰刷写曲线要素。例如“R=×L=×H=×S=×”。

2 结语

对于城市轨道交通工程建设而言，设计是施工的灵魂、施工是设计的延续，二者相辅相成、密不可分。因此，应从施工的角度针对以上所述问题在轨道设计中加以优化和细化，提高轨道系统的精细化设计水平，提高施工的规范性和可操作性，从而更好地实现设计的意图。

［1］王荣权.轨道交通工程铺轨基标测量主要技术与方法［J］.中国建设信息，2008(3):74-76.

［2］王玉瑛，宁文耀，张国强，等.商品混凝土坍落度的控制［J］.商品混凝土，2009(2):

［3］铁路工程预算定额基本定额(第四册):轨道工程［S］.

［4］城市轨道交通工程预算定额(GCG 106—2008):第五册轨道工程［S］.