上海轨道交通12号线正线轨道设计要点

李俊玺 曲 铭 曹 亮 王 菁

(中铁工程设计咨询集团有限公司,100055,北京//第一作者,高级工程师)

上海轨道交通12号线正线轨道设计要点

李俊玺 曲 铭 曹 亮 王 菁

(中铁工程设计咨询集团有限公司,100055,北京//第一作者,高级工程师)

针对上海轨道交通12号线工程的轨道设计,系统总结了正线轨道专业设计情况,全面介绍了轨道设计概况、技术标准及轨道结构,重点阐述了道岔钢桁架长轨枕和预制道岔板、CPⅢ轨道基础控制网和预制钢弹簧浮置板等技术创新项目,介绍了道岔区排水采用独立集水井和潜水泵、杂散电流端子采用新型埋入式端子等优化设计。总结了该工程项目的设计经验和存在的不足之处,提出了改进建议和意见,以使后续项目轨道专业设计更完善、更精细、更合理。

上海轨道交通交通12号线; 轨道结构; 设计要点

Author′s address China Railway Engineering Consultants Group Co.,Ltd.,100055,Beijing,China

上海轨道交通12号线,是从西南到东北方向的一条骨干线路,起点为闵行区七莘路站,终点为浦东新区金海路站。线路正线全长40.673 km,均为地下线,共设32座车站,有19座换乘站与16条线换乘。线路平面最小曲线半径为350 m,竖曲线最小半径为3 000 m,最大坡度为30‰;设计最高列车运行速度80 km/h,采用A型车,6节编组,DC 1 500 V电压制式架空接触网供电。

根据12号线的工程特点,结合上海轨道交通的设计和施工经验,采用了成熟、先进的轨道结构和施工工艺。主要包括:全线采用60 kg/m钢轨;一般地段采用DTⅢ2型扣件、长轨枕整体道床,中等减振地段采用LORD扣件和轨道减振器扣件、长轨枕整体道床,高等和特殊减振地段采用钢弹簧浮置板道床;道岔采用上海申通地铁集团有限公司标准图系列60 kg/m钢轨9号单开道岔及各类渡线、60 kg/m钢轨9号对称三开道岔;轨道附属设备主要有钢轨涂油器、挡车器、线路及行车标志等。长枕式整体道床采用轨排架轨法施工,区间中档钢弹簧浮置板道床采用预制板施工,区间高档和车站钢弹簧浮置板采用预制钢筋笼法施工,无缝线路采用直铺法和换铺法两种施工工艺,调线调坡测量、铺轨测量和轨道精调采用高铁技术的CPⅢ轨道基础控制网先进技术。

1 轨道结构设计要点

1.1 相关技术标准

(1) 轨距:1 435 mm;曲线半径小于250 m的地段设置轨距加宽。

(2) 轨底坡:1:40,在道岔和道岔间不足50 m的地段不设置轨底坡。

(3) 曲线超高:采用外轨抬高超高值一半,内轨降低超高值一半的方法设置;区间最大超高值为120 mm,车站有效站台最大超高值为15 mm,区间最大欠超高为61 mm。曲线地段设置超高值不应小于5 mm,以免出现反超高。超高顺坡率一般情况不宜大于2‰,困难情况下不应大于3‰,并在圆曲线两端的缓和曲线或直线段顺坡。

(4) 轨道结构高度:盾构隧道处735 mm(建筑限界Φ5 200 mm),明挖隧道处560 mm。

(5) 轨枕间距:正线1 680根(对)/km，辅助线1600根(对)/km。

(6) 减振措施：根据环境保护的要求,采取轨道综合减振和分级减振措施。

(7) 线路型式：正线采用区间无缝线路,辅助线采用有缝线路。

1.2 钢轨及配件设计要点

采用60 kg/m、U75V热轧钢轨,正线采用25 m定尺长无螺栓孔新钢轨,道岔前后缓冲轨和辅助线采用25 m或12.5 m定尺长有螺栓孔钢轨。道岔前后缓冲轨以及辅助线有缝线路采用普通接头夹板,接头螺栓为10.9级高强度螺栓,螺母为10级高强度螺母,垫圈为高强度平垫圈。

1.3 扣件设计要点

本工程全部为地下线的敷设方式,采用与其相适应的上海轨道交通通用的DTⅢ2型扣件型式,调高量大,对软土地质引起的结构不均匀沉降有较好的适应性,与无挡肩混凝土轨枕配套使用,用于地下线整体道床,满足使用要求,而且型式统一。为防止锈蚀对螺栓、螺母等紧固件均采取达克罗外加封闭层的防腐处理,对铁垫板和弹条采用静电喷涂处理。

1.4 轨枕设计要点

本工程轨枕按长度分为埋入式长轨枕和短轨枕两种。长轨枕采用预应力混凝土结构,承轨面设置1:40轨底坡,侧面预留道床纵向钢筋穿孔;短轨枕为普通钢筋混凝土结构,底部伸出钢筋钩。两种轨枕内均预埋扣件套管,并采用工厂预制。

1.5 整体道床设计要点

道床是轨道的基础,本工程地下线普通地段主要采用长枕埋入式整体道床,为提高混凝土结构耐久性,本次道床和排水沟混凝土等级均采用C35,布设双层钢筋,纵向钢筋同时兼做杂散电流排流筋。道床顶面设置横坡,两侧设置纵向排水沟,水沟断面一般为半圆形,车站范围为矩形,根据线下结构的不同合理设置伸缩缝,并用沥青木板填塞,伸缩缝两侧引出杂散电流端子。

1.6 道岔及其整体道床设计要点

1.6.1 道岔

根据行车组织和运营要求,全线采用了60 kg/m钢轨9号单开道岔及其渡线、60 kg/m钢轨9号对称三开道岔。道岔长度短,技术先进,其主要结构特点为:转辙器采用60AT相离线型曲线型尖轨,两点牵引;辙叉和菱形部分采用直线型高锰钢整铸辙叉;护轨采用分开式H型护轨;扣件采用弹条Ⅱ型分开式扣件,不设置轨底坡;电务转换设备采用分动外锁闭装置,转辙机采用侧式角钢方式安装。

1.6.2 道岔整体道床

9号单开道岔和9号道岔4.6 m间距交叉渡线采用钢桁架长枕式整体道床,9号对称三开道岔采用短轨枕式整体道床。道岔整体道床分块布置,道床块的长度和宽度根据道岔结构确定;道床块采用C35混凝土现场浇注,设置双层钢筋,纵向钢筋同时兼作杂散电流排流钢筋,并在伸缩缝两侧设置杂散电流端子;道床顶面设“人”字形排水横坡,两侧设置矩形排水沟。

1.7 减振轨道结构设计要点

根据环境影响报告书、轨道结构减振设计指导手册等相关资料的规定和要求,在线路沿线敏感点、换乘站、物业和商业开发车站、地下线路交叉地段、线路和重要管线交叉地段、泵站和旁通道等地段采取减振轨道结构。

(1) LORD扣件:是将承轨板、带孔橡胶和底板硫化为整体,形成胶结垫板,利用橡胶孔的变形进行减振。除胶结垫板及调整垫块外,扣件中的弹条、T型螺栓、螺钉、垫圈、螺母等与DTⅢ2型扣件通用。用于地下线振动超标5 dB以下的敏感点地段,以及线路交叉、线路与管线交叉、泵站及旁通道地段。敏感点距离线路最近距离满足:Ⅰ类建筑物≥11 m,Ⅱ、Ⅲ类建筑物≥15 m。

(2) 轨道减振器扣件:是将椭圆锥形内圈和外圈用橡胶胶结在一起,利用橡胶圈的剪切变形进行减振。扣件为弹性分开式,采用B型弹条,用于地下线减振要求5～10 dB敏感点地段,以及换乘站和有开发的车站。敏感点距离线路最近距离满足:Ⅰ类建筑物6～11 m,Ⅱ、Ⅲ类建筑物8～15 m。

(3) 钢弹簧浮置板道床:主要由浮置的道床板、隔振器、基底、剪力铰、密封条等组成。地下线减振要求10 dB以上、距离线路中心线<8 m的高等和特殊减振地段采用钢弹簧浮置板轨道。12号线采用了固体阻尼隔振器的中档钢弹簧浮置板和液体阻尼隔振器的高档钢弹簧浮置板,圆形隧道中档浮置板地段采用预制浮置板,板长为3.6 m;区间隧道高档浮置板地段和车站明挖隧道采用钢筋笼现浇浮置板,板长一般为25 m。敏感点距离线路最近距离满足:Ⅰ类建筑物≤6 m,Ⅱ、Ⅲ类建筑物≤8 m。

1.8 轨道附属设备设计要点

为了满足行车运营和维护保养的要求,在合适的位置设置线路和行车标志,标志采用铝合金板材制作,标面涂贴反光材料。挡车器是设在线路尽头的安全装置,本工程采用滑移式液压缓冲挡车器,占用轨道长度为15 m,额定撞击速度为15 km/h,制动减速度小于1.5 m/s2。

为了降低小半径曲线地段钢轨和车轮的磨耗,在≤500 m的曲线外股钢轨上设置涂油器。涂油器出油板安装在曲线起点附近,涂油机和控制板等其他设备通过支架安装在隧道壁上。当曲线较长,需安装多台涂油器时,按照曲线长度等间距布设安装。

2 设计优化和技术创新

本工程具有线路长、个别地段线位复杂、道岔布置密集、沿线环境敏感点多、轨道减振降噪设计复杂等特点。结合本线特点,总结既有线设计、施工的经验和运营中的病害,对部分轨道产品和轨道结构进行了优化设计,采用了很多新的技术,主要包括:

(1) 道岔采用钢桁架长轨枕和预制道岔板。上海轨道交通道岔一直采用短轨枕,其整体道床具有结构简单、施工方便、造价低的特点,但由于短轨枕与道床的连接较弱,不利于轨枕的稳定，且不利于保证道岔的组装精度。运营中发现道岔滑床板平整度偏差较大,就与采用短轨枕和施工精度低有关。目前,我国高速铁路和城际铁路无砟轨道道岔的轨下基础一般采用长岔枕埋入式整体道床和预制板式整体道床。采用长岔枕有利于保证道岔的组装精度,长岔枕底部焊有钢筋桁架， 增加了轨枕与道床的可靠连接，提高了道床整体性能；预制道岔板进一步提高了道岔铺设精度，板底门型钢筋加强了与自密实混凝土的连接，土工布层将道岔板与基底隔离开，实现了运营后的可维修性，道岔及道床整体质量得到较大提升。12号线是国内首次采用钢桁架长岔枕和道岔板技术的城市轨道交通线路,有效解决了短枕道岔滑床板歪斜、短轨枕空吊等病害,提高了道岔组装精度和道床整体性,缩短了道岔及其整体道床的施工工期,同时减少了运营养护维修工作量。

(2) 采用预制浮置板。钢弹簧浮置板轨道结构具有很好的隔振效果,广泛应用于城市轨道交通减振等级较高的地段。由于该结构为“质量-弹簧”系统,要求浮置的道床板具有一定的质量,现场绑扎钢筋和浇注混凝土工作量大,导致施工进度缓慢。采用预制浮置板可彻底解决因现场绑扎钢筋和浇注混凝土而引起的施工进度缓慢问题。根据铺轨计划在工厂提前预制浮置板,成型的成品预制板运至现场直接铺设,可提高施工进度8～10倍。而且工厂预制浮置板精度高,外观整洁美观。预制板为普通钢筋混凝土结构,板长3.6 m,根据线路平面曲线半径的不同分为三种:300 m≤R<600 m，选用DTQ-1型;600 m≤R≤1 000 m，选用DTQ-2型;R>1 000 m和直线,选用DTZ型。另外还有可满足隧道偏差较大的DTS-1a型特殊板,以及道床面需要安装信标等设备要求的DTS-1b、DTS-2型无凸台特殊板。每块板重约9.3 t。扣件位置板面设置承轨台,高度为20 mm;板内预埋隔振器外套筒、扣件、剪力铰、起吊螺栓、盖板用套管和杂散电流端子等。

(3) 引入高铁CPⅢ轨道基础控制网。传统的调线调坡测量方法是基于调线调坡导线的调线调坡模式。调线调坡导线只是一个临时导线,调线调坡测量与设计完成,并建立铺轨基标后该导线就被道床掩盖而失去作用;同时;铺轨基标的精度下降了一个等级,使后期基于铺轨基标的轨道精调质量提高受到局限性,竣工后轨道的平顺性还存在较大的不足。为了进一步提高旅客乘车的舒适性,提高轨道的几何线性参数,使轨道在建设阶段达到高平顺性,本工程首次将高铁精密测量技术引入12号线建设与运营管理中,并融合、改进和再创新传统的城市轨道交通的测量方法与轨道施工工艺,形成了一套新的城市轨道交通轨道精密工程测量体系。基于轨道基础控制网的调线调坡测量设计是这一体系中重要组成部分。相比既有的城市轨道交通测量技术体系,新的体系采用了更合理的分级布设方式,保证了各阶段控制精度的统一性与整体性。在调线调坡阶段建立的轨道基础控制网实现了一网多用的目的,主要为调线调坡、轨道的铺设与运营维护服务,同时还可以为施工放样、建设期间变形监测以及运营后的结构变形监测服务。

(4) 增设道岔转辙机基坑排水装置。12号线采用9号曲线型尖轨道岔,设置2台侧式转辙机,采用角钢固定安装。在道岔整体道床上为转辙机的安装预留基坑和沟槽。但是基坑和沟槽内容易积水,影响转辙机正常工作。为了排除基坑内的积水,在道岔转辙机区域结构底板增设专用集水坑(500 mm×500 mm×500 mm),通过排水沟与基坑相连,并在集水坑内设置小型自动潜水泵,当积水达到一定高度潜水泵会自动运行,将坑内收集水就近排入道床纵向排水沟,保证转辙机基坑和沟槽不积水。

(5) 埋入式杂散电流端子。优化采用新型埋入式端子替代传统的扁铜端子作为整体道床杂散电流连接端子、排流端子和测试端子,这不仅提高了整体道床的美观,更有效降低了端子被盗的风险。埋入式端子由铜端子和圆钢采用放热焊接组成,铜端子应为热锻工艺制造,铜含量不低于98%。

3 设计总结和改进建议

上海轨道交通12号线轨道结构形式与已运营线路轨道结构形式统一,采用了通用性和标准化设计的扣件、道岔、挡车器、线路及行车标志等,借鉴了以往线路轨道设计的成功经验;同时总结了以往线路轨道设计的不足,采用优化设计使其得以改进;并引入了我国高速铁路和国内其他城市的轨道交通的先进技术,提升了轨道设计的标准和整体水平。但是,在施工配合过程中还是暴露出一些设计不完善、不精细的地方,总结如下,并提出改进的建议。

(1) 针对工程特点开展精细化设计。“细节决定成败”。在抓住工程特点和设计重点的同时,还需做好轨道结构方方面面的细节设计,如:道床排水横截沟设置盖板,可方便运营后养护维修以及疏散通畅;道岔前端安装绝缘轨距杆时在整体道床上预留安装槽;三开道岔尖轨跟端道床预留后期养护作业空间,等等。开展以上细节设计,能更好地为轨道系统的供货、施工以及运营服务。

(2) 根据环境保护的要求做好轨道减振降噪设计。轨道结构减振降噪设计是轨道设计的重点,也是难点。根据环评报告书中预测的结果,对沿线敏感点进行现场踏勘,结合工程经验,进行包容性设计;选择技术成熟、经济合理的减振降噪轨道结构;并且要随时掌握沿线房屋的拆迁和地块规划实施情况,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结构的整改。

(3) 加强设计联络处理好接口设计。轨道是土建与机电相互紧密联接的专业,既与线路、限界、车辆、建筑、结构等专业存在接口,也与通信、信号、供电、给排水等系统专业有关联,而且情况多变,接口设计处理不好将影响各专业使用功能,比如埋设在道床内的过轨管,存在线缆不穿管直接在道床面过轨的情况;钢轨上连接线焊接要求不明确,存在焊错位置和造成钢轨损伤的现象。建议各工点、系统专业密切配合,做好接口设计的输入输出,保证上下工序的衔接和整个工程的功能合理。

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Key Points in the Main Line Track Design for Shanghai Rail Transit Line 12

LI Junxi, QU Ming, CAO Liang, WANG Jing

Professional design of the main track for Shanghai rail transit Line 12 is systematically summarized, the general situation of track design, technical standard, track structure and so on are introduced comprehensively. In which, the technical innovations of turnout steel truss long sleeper and the use of prefabricated switch board are mainly described. Also, the adoption of the separate drainage wells and the submersible pumps in the turnout area, as well as the optimization design of the new embedded terminal stray used in current terminals are introduced. Finally, the design experiences and shortcomings in practical projects are summarized, suggestions are put forward to make the professional track design of the follow-up projects more perfect, precise and reasonable.

Shanghai rail transit Line 12; track structure; design points

U 213.2: U 231.2

10.16037/j.1007-869x.2017.01.036

2016-09-20)