城市轨道交通无砟轨道结构选型

杨明华

城市轨道交通无砟轨道结构选型

杨明华

摘 要：轨道结构的选型应根据地质条件和工程特点，采用先进、成熟、合理的技术，满足功能要求，提高性价比。文章结合某城市轨道交通1号线一期工程实例，对城市轨道交通无砟轨道结构进行了选型分析。

关键词：城市轨道交通；无砟轨道；结构选型

杨明华：铁科院（北京）工程咨询有限公司，工程师，北京 100081

目前，国外城市轨道交通的地下线几乎全部采用无砟轨道，国内北京、上海、广州等城市轨道交通的地下线路和高架线路也均采用无砟轨道。无砟轨道具有整体性好、结构稳定性高、耐久性强、结构高度小、占用隧道空间小的特点，并且降低了高架线轨道自重荷载，能最大程度地满足城市轨道交通运营时间长、维修时间短的要求。本文结合某城市轨道交通工程实例，对城市轨道交通中的无砟轨道结构进行选型分析。

1　工程概况

某城市轨道交通1号线一期工程线路设计全长21 km，其中高架线长5.4 km，地下线长15.32 km，U型结构过渡段长0.28 km。全线设车站20座，在中间站设有与2、3号线的联络线，在线路的起终点分别设停车场及车辆段。本工程桥梁及地下结构基础较好，过渡段对下部基础进行特殊处理，可满足无砟轨道结构的沉降要求。

该市大地构造隶属我国东部新华夏系巨型构造体系第二隆起带，华南加里东褶皱系内，区内构造以断裂为主，节理裂隙较为发育。场地属滨海淤积平原地貌类型，地形平坦，主要地层分布稳定、均匀。场地表部一般均分布有厚度0.5～3 m的硬壳层或人工填土，中部主要分布可—塑状粉质黏土和海相软塑状粉质黏土，下部以性质较好厚度较大的可—硬塑状粉质黏土层和砂层、砂砾石层为主。

2　主要技术标准

（1）钢轨及扣件。正线、辅助线、出入线及试车线采用60 kg/m钢轨，车辆段库内外线路采用50 kg/m钢轨，无砟轨道地段采用DTV12-3、DJK5-1型扣件。

（2）轨枕铺设数量。正线、辅助线、出入线无砟轨道部分为1 600 根/km，库外线、一般库内线轨枕布置为1 440根/km。

（3）道岔。正线、试车线采用60 kg/m钢轨9号系列道岔，车场线采用50 kg/m钢轨7号系列道岔。

（4）无缝线路。正线一次铺设跨区间无缝线路，辅助线为普通线路或长轨条。出入线、试车线铺设普通区间无缝线路。

3　无砟轨道结构选型

3.1地下线无砟轨道选型

地下线无砟轨道结构主要有预应力混凝土长轨枕埋入式、混凝土短轨枕埋入式等2种形式，双块式轨枕无砟轨道在高速铁路、客运专线应用广泛，在国内城市轨道交通领域应用少。

（1）长轨枕埋入式。长轨枕埋入式无砟轨道是将预应力混凝土长轨枕埋在C30混凝土道床内，由纵向钢筋贯穿长轨枕，加强轨枕与道床的联结，结构合理，坚固稳定。采用轨排法施工，进度快，精度易保证。长轨枕在工厂预制，混凝土强度等级为C50，横断面为梯形。轨枕立面预留横向孔，以便道床纵向钢筋穿过，对道床的整体性和加强浅埋隧道抗浮起到一定作用。道床两侧设置排水沟，两钢轨中间的道床平顺，便于灾害情况下的旅客疏散。长轨枕埋入式无砟轨道的轨枕与道床结合面易产生大量裂纹，影响结构的耐久性，增加无砟轨道裂纹修补工作量。

（2）短轨枕埋入式。短轨枕埋入式无砟轨道由钢筋混凝土短轨枕、C30混凝土道床及水沟组成。短轨枕顶面高出道床顶面约30～40 mm，道床表面设3%的横向坡度，以利排水。道床可设置两侧排水沟，也可设中心排水沟。短轨枕在工厂预制，混凝土强度等级为C50，横断面为等截面梯形。轨枕底部伸出钢筋钩，以加强轨枕与道床的联结。短轨枕设计灵活，能很好地适应扣件型式尺寸和钉孔距的变化，尤其适用于道岔和部分特殊地段。短轨枕埋入式无砟轨道在我国城市轨道交通应用较多，其设计、施工技术成熟，结构简单，造价较低，现场施工作业灵活。缺点是施工精度难以保证，施工轨排稳定性及施工速度均较长轨枕和双块式轨枕差。

（3）双块式。双块式无砟轨道由铁路客运专线CRST-I型C50混凝土双块式轨枕、C30混凝土道床及水沟组成。预制轨枕横断面为等截面矩形，双块式轨枕由专门设计的钢桁架相连。轨枕块现浇入钢筋混凝土道床内，新、老混凝土结合面少。该轨道结构整体性较好，具有稳定性好、平顺性高、轨道状态可长期保持、维修工作量显著减少等突出优点。双块式无砟轨道采用轨排法施工，施工快捷，精度高，道床混凝土捣固作业方便，质量易于保证，但与其配套的扣件无定型产品，需专门开发，设计费用比较高，且这种结构型式主要用于高速铁路客运专线，对于低速城市轨道交通，性价比较低。根据铁路客运专线及重庆市轨道交通5号线使用的经验，道床混凝土容易产生裂缝。

综上3种无砟轨道特点可见，长轨枕埋入式无砟轨道结构性好、造价适中，适用于地质条件不良地区，可在轨排基地先组装成轨排，然后利用龙门吊轨排施工，施工进度较快。短轨枕埋入式无砟轨道也可在现场组装或轨排基地组装，但施工难度稍大。双块式无砟轨道性价比较差，城市轨道交通领域应用极少。表1给出了3种无砟轨道的综合技术经济比较。

该城市轨道交通1号线一期工程沿线位于滨海冲湖积平原，地质状况较差，工后沉降较大，地下线隧道断面形式有圆形、矩形单跨和矩形双跨等几种，建筑限界要求严格。经综合分析，该城市轨道交通1号线一期工程地下线推荐采用长轨枕埋入式无砟轨道，轨道减振器扣件地段及浮置板两端过渡地段采用短轨枕埋入式无砟轨道。

3.2高架线无砟轨道选型

高架线采用无砟轨道对梁的徐变上拱和墩台工后沉降要求严格，目前，国内开通的轨道交通高架线中，桥梁的设计和施工对此已有成功的处理技术。高架线无砟轨道主要有短轨枕承轨台式无砟轨道、板式无砟轨道等2种类型。

（1）短轨枕承轨台式无砟轨道。短轨枕承轨台式无砟轨道的短轨枕设置在承轨台式道床块上，道床块混凝土强度等级为C40，布置上下2层钢筋，其纵向钢筋兼作排迷流钢筋。无砟轨道侧面留沟，结合两带状承轨台式道床块，自然形成3条纵向沟槽，在梁端部将雨废水排入设在梁端两侧的预埋落水管，引入市政排水系统。自上海地铁3号线采用该道床形式后，目前，国内大多数城市的高架轨道交通采用这种无砟轨道结构。

（2）板式无砟轨道。板式无砟轨道主要由预制道床板、调整层及底座等组成。目前比较常用的主要有2种，一种直线电机运载系统板式无砟轨道，另一种国铁CRTS-I板式无砟轨道。直线电机运载系统板式无砟轨道结构在国内首次应用在广州4号线，该板式结构主要由预制道床板、CA砂浆调整层、抗剪销组成。国铁CRTS-I板式无砟轨道与之相似，区别之处是以凸形挡台替代抗剪销。板式无砟轨道的优点是整体性好，施工速度快，结构美观，养护维修比其他无砟轨道结构方便，而且省去大面积的桥梁预埋联接钢筋及混凝土支承块的制造和运输，施工简便。缺点是自重大，工程造价较承轨台式无砟轨道高，初期建设投资也较高。

表1　无砟轨道的综合技术经济比较表

综上所述，短轨枕承轨台式无砟轨道自重轻、制作及施工操作简单方便，且工程造价较低，国内应用广泛，具备一整套设计、施工技术研究成果和实铺经验。板式无砟轨道的施工工艺要求机械化程度高，专用性强，特别是CA砂浆的配料及灌注设备初期投资大。该城市轨道交通1号线一期工程高架线为双线双U截面形式，整孔预制施工，无砟轨道施工空间小，经综合分析，该城市轨道交通1号线一期工程高架线推荐采用短轨枕承轨台式无砟轨道。

3.3U型过渡段无砟轨道选型

U型结构段是连接地下线与高架线的过渡段，基础刚度介于两者之间，往往坡度较大。国内U型结构段一般采用无砟轨道结构，以保证轨道结构在坡度较大时的防爬阻力，减少养护维修工作量，并避免碎石道床对周围环境的粉尘污染和噪声影响。

U型结构段采用无砟轨道时，基础采用桩基加固，使过渡段结构与隧道结构、高架桥结构刚度基本一致，有利于轨道结构的安全性和稳定性，同时便于轨道结构的铺设和运营后的维修。由于下部基础、结构和道床特性差异，该地段极易产生轨道刚度变化、轨面变形不连续、不平顺等问题，影响乘坐舒适性和行车安全度。设计选型时，应综合考虑下部基础与道床的合理配备，使地下线、U型结构、高架线等不同地段轨道刚度基本一致，实现轨道刚度的平顺过渡。

在隧道内和U形槽地段，无砟轨道道床同两侧结构连在一起浇注，形成大体积混凝土结构。施工养护时，水化热引起混凝土温度升高，当表面混凝土温度下降和水分蒸发速度大于内部混凝土的温度和湿度变化时，混凝土表面易出现条状裂纹。U形槽地段作为敞开式结构，受外部环境温度、湿度影响大，道床混凝土表面更容易产生温度裂纹。与长轨枕埋入式道床相比，短轨枕承轨台式无砟道床混凝土体积更小，温度裂纹产生的程度更低。

该城市轨道交通1号线一期工程U型结构过渡段最大坡度为30‰，采用U形框架结构，明挖法施工。基底由结构专业采用桩基进行了加固处理，后期工后沉降可以控制在一定范围。从轨道结构的行车舒适性、安全性、施工及养护维修等方面考虑，该城市轨道交通1号线一期工程U型结构过渡段推荐采用短轨枕承轨台式无砟轨道。

4　结语

（1）轨道结构的选型应符合本地区地质条件和本工程特点，尽量采用先进、成熟、合理的技术，满足功能要求，提高性价比，并尽量与既有线轨道结构通用和配套，以利养护维修和管理。

（2）轨道结构应具有良好的电气绝缘性，满足轨道信号传输及防杂散电流要求。高架桥上需合理选取梁轨相互作用力，适应高架桥上轨道的特点，减少养护维修工作量，确保运营安全和舒适。

（3）轨道结构应具有足够的强度和稳定性、耐久性及适量的弹性，符合质量均衡、弹性连续、结构等强、合理匹配的原则，以确保列车运行平稳、安全和乘客舒适，并尽量减少养修工作量。

（4）轨道结构设计应在技术安全、可靠的基础上，尽力做到经济合理，结构简单，并具有通用性和互换性，方便施工、利于养护维修和运营管理。

参考文献

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[4] 曾向荣，李文英，赵晓华. 首都机场线地面线无砟轨道选型及路基设计[J]. 都市快轨交通，2008 （6）.

责任编辑 朱开明

Selection of Ballastless Track Structure in Transit

Yang Minghua

Abstract:The selection of track structure should be based on the geological conditions and engineering characteristics. By using the advanced, proven, optimized technology, the functional requirements can be met to improve the cost effectiveness. The paper takes the phase I project of the urban transit line 1 as an example, and carries out analysis on the selection of urban transit ballastless track structure.

Keywords:urban transit, ballastless track, structure selection

收稿日期2014-12-31

中图分类号：U213.2