现代有轨电车轨道结构系统设计及体会

张亚爽

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 前言

现代有轨电车作为城市轨道交通的重要组成部分，相比地铁，具有建造成本低、难度小、安全环保等优点，并且可以根据周围环境需求进行特殊设计，与道路混行或与城市风景文化完美契合，成为城市建设中一道靓丽的风景线。因此，有轨电车成为越来越多尤其是旅游城市的首要选择[1]。

轨道系统作为直接承受列车荷载的重要结构，影响行车的安全平稳性，因此，轨道系统设计在整个有轨电车设计中具有至关重要的作用。本文对现代有轨电车轨道结构系统设计进行介绍和总结，为后续现代有轨电车轨道系统设计提供参考。

2 轨道系统设计原则

有轨电车轨道系统设计参考国铁及地铁设计经验，需满足安全适用、经济合理、技术先进的要求，并且具有良好的耐久性和绝缘性，尽量减少后期养护维修工作，设计时，还应根据沿线环保要求，设置相应的减振降噪措施[2]。

但由于有轨电车速度低、轴重轻、线路与市政道路混行、景观要求高等特点，轨道设计仍有别于国铁或地铁轨道结构设计，有其特殊性。

3 轨道结构系统设计

3.1 钢轨

现代有轨电车年通过总质量一般小于25 Mt，按钢轨类型来分，目前可供选择的有轨电车钢轨主要有槽型轨和50 kg/m钢轨[3]。如图1所示。

图1 槽型轨与50 kg/m钢轨

3.1.1 槽型轨

相比工字轨，槽型轨设置了轮缘槽，一方面在混行路段，实现了线路与路面交通无缝衔接，保证有轨电车车轮的通过空间，在小半径曲线地段还可防止车辆脱轨，保证行车安全；另一方面可对线路进行大面积绿化铺装，保证沿线的景观效果[4]。

由于有轨电车线路多为地面敷设，与既有道路共享路权，且小半径曲线地段较多，从保证行车安全、方便绿化铺装等角度，建议有轨电车线路正线及配线采用槽型轨。

据调研，目前槽型轨在大连、沈阳、苏州、广州、珠海等地在建或已建的有轨电车中均有所应用。

3.1.2 50 kg/m钢轨

50 kg/m钢轨是我国常用型号钢轨，其技术成熟、应用广泛、养护维修经验充足。

车场线因速度低，且空车运行，除有特殊要求外，一般参考国铁及地铁车场，采用50 kg/m钢轨。

3.2 扣件

扣件是联结钢轨与轨枕或其他轨下基础的重要部件，直接影响轨道结构整体功能的安全与稳定。

扣件应力求结构简单，具有适量的弹性、轨距及高低调整量，具有良好的绝缘、防腐性能[5]。

对于槽型轨，由于其尺寸与普通钢轨差异较大，相应的扣配件与国铁或城轨系统扣件也有所不同。

有轨电车多采用埋入式结构[6]，埋入环境对扣件系统的防腐和耐久性要求高，国内有轨电车扣件多以非金属基体为主，对于金属紧固件采用防腐工艺处理，使其在地下能够耐湿热、耐酸碱性，保证扣件系统的整体寿命，该种类型扣件重量较轻，施工方便。

目前国内应用较多的与槽型轨配套使用的基板式扣件如图2所示。

图2 基板式扣件

3.3 钢轨、扣件防护

与国铁或地铁相比，有轨电车轨道受景观绿化及道路混行硬化的要求，需采用埋入式结构。钢轨及扣件将长期被埋在地表以下，存在维修困难、金属部件锈蚀严重等问题，因此，需对钢轨及扣件采取防护措施。

钢轨防护可采用在钢轨上包裹橡胶材料的方式，如图3所示。该措施可有效防止路基表面的杂物、积水等流入轨底及扣件部位，从而引起钢轨、扣件等部位的锈蚀。此外，还具备减振降噪功能，绝缘性能良好。设计时，可根据线路铺装要求，选择不同形式的防护产品。

图3 钢轨防护措施

为防止绿化铺装过程中扣件被混凝土或其它材料完全覆盖，造成扣件部位难以调整甚至影响扣件性能，需设置扣件罩将扣件与其他填充物隔开。如图4所示。

3.4 道床

有轨电车道床设计需满足安全行车要求，并且考虑到道路混行及沿线较高的景观需求，一般应采用埋入式、维修量小的道床结构。基于以上原因，有轨电车正线地段一般采用整体道床。

图4 扣件罩

目前国内有轨电车正线主要采用短枕式、无枕式整体道床及预制板式整体道床。

（1）短枕式整体道床

短枕式整体道床结构由钢轨、扣件、支承块、钢筋混凝土道床、混凝土支承层组成，如图5所示。支承块预制、道床板及支承层现浇，该结构适用于全覆盖绿化轨道，在广州等现代有轨电车项目中应用。

短枕式整体道床在国铁隧道内和地铁工程中有大量应用，取得了成功的施工和运营经验[7]，技术成熟，道床稳定性及整体性好，排水顺畅，扣件可调高量大，后期更换扣件方便。但造价高，且施工复杂，对施工工艺要求高。

（2）无枕式整体道床

图5 短枕式整体道床

无枕式整体道床结构由钢轨、扣件、钢筋混凝土道床、混凝土支承层组成，如图6所示。道床板及支承层现浇，该结构适用于全覆盖绿化轨道，在苏州、北京亦庄等现代有轨电车项目应用。

无枕式整体道床扣件直接埋入道床中，取消了轨枕，构造简单，可简化施工工序，降低轨道工程造价，减少后期运营维修工作。但由于轨下空间有限，排水性能稍差。并且由于扣件直接埋入道床中，调高量有限，如后期基础下沉，调高量较大，需要拆卸扣件，凿开道床，加入基板下调高垫板后，再重新浇筑道床，施工繁琐，维修麻烦。

（3）预制板式整体道床

预制板式整体道床由钢轨、扣件、预制轨道板、隔离层、自密实混凝土及支承层组成，预制板式整体道床在国铁中应用较多，目前在上海城市轨道交通中大面积应用，并在多个城市进行试用及推广。

图6 无枕式整体道床

该种类型道床可适用于不同线下基础及地质条件，施工便捷，效率高，精度高，道床稳定性好，后期维修方便，但造价较高[8]。目前在有轨电车项目中应用实例较少，三亚有轨电车采用该种类型轨道结构，使用效果良好。

此外，有砟道床造价较低，减振降噪效果好，可调性强，养护维修方便，能很好适应各类基础类型[9]。对于无混行及景观要求地段，可综合经济、施工、后期运营养护维修等各方面因素采用有砟道床。

3.5 道岔

道岔选型应根据车辆的运行条件、线路设计速度、折返能力，按照后期养护维修方便及节约用地的原则，尽可能选用标准化产品[10]。

有轨电车线路由于运行速度低，可采用小号码道岔。

据调研，6＃道岔是国外有轨电车常用正线道岔，苏州、武汉等有轨电车项目正线均采用6＃道岔。

车场线速度低，为了减小占地，宜采用小号码道岔。车场线一般采用3号系列道岔。

4 体会与建议

4.1 钢轨

现代有轨电车正线一般采用槽型轨，车辆段采用50 kg/m钢轨。

据调研，50 kg/m钢轨与有轨电车车轮的匹配度不如槽型轨，既有有轨电车项目正线50 kg/m钢轨地段配套采用护轨装置。车场一般受用地限制，采用的曲线半径小，相比50 kg/m钢轨，槽型轨自带轮缘槽起到了护轨的作用，更能适应小半径曲线地段。因此，建议钢轨选型时，可考虑车场采用与正线一致的槽型轨。统一全线钢轨类型，方便后期养护维修。

有轨电车曲线半径较小地段，铺轨前，应根据线路曲线情况，提前预弯钢轨，避免施工困难。

4.2 扣件选型

国内有轨电车项目采用的扣件形式种类较多，主要分为两大类，铁垫板式扣件和基板式扣件。

铁垫板式扣件延续了国铁及地铁的扣件设计理念，产品成熟，但对于有铺装要求地段，铁垫板式扣件长期埋入地表以下，容易锈蚀。因此，为尽可能提高扣件防腐性能，采用基板代替铁垫板，该种形式既满足承载力要求，又可有效地防止锈蚀，绝缘性能好。

对于无铺装地段，扣件直接裸露在外。由于扣件基板材料一般采用尼龙66，耐久性差，在太阳辐射下，易老化，并且老化后扣件更换困难，因此对于无铺装地段，建议仍采用铁垫板式扣件。

综上所述，轨道设计时，建议根据不同的线下工程及铺装要求选择不同类型扣件。

4.3 道床及支承层设计

有轨电车正线一般采用钢筋混凝土道床，位于素混凝土支承层上。道床与支承层间设连接钢筋。参考既有国铁设计经验，建议道床及支承层设计进行如下优化:

（1）雨水充沛地区，建议采用有枕式整体道床结构

无枕式整体道床为扣件直埋式结构，扣件埋入道床深度有限，轨底与道床表面间空间较小，道床表面不设或设置很小的横向排水坡。因此，在雨水充沛地区，建议采用有枕式整体道床，轨下空间大，排水顺畅，避免道床上积水，影响行车安全。

（2）减小支承层宽度

既有有轨电车项目，支承层设计与路基表层等宽，起到密封作用，防止水渗入路基中。采用该种结构形式，首先，支承层过宽，浪费资源；其次受温度力影响，支承层容易开裂；最后，实际施工过程中，路堤边坡支模及浇筑混凝土困难，混凝土成型后外观质量差。

鉴于以上情况，参考国铁经验，建议取消支承层与路基表层等宽设计，仅比道床宽20～30 cm，两线间及两线外侧支承层高度范围内采用碎石+混凝土抹面[11]。既可节省成本，结构受力合理，密封性好，又可加快施工进度。

（3）采用钢筋混凝土底座

支承层素混凝土容易开裂，严重情况下，裂缝反射至道床，引起道床开裂，影响道床稳定性与耐久性。因此，建议采用钢筋混凝土底座代替支承层，既可防止开裂，也方便道床与底座间连接钢筋施工。

4.4 钢轨、扣件防护设计

调研既有有轨电车项目，路口混行段出现路面凹陷、钢轨防护与路面接触位置开裂等现象。

分析其原因，一方面因为路口处扣件罩强度不足，过车时容易被压溃，造成扣件上方路面凹陷。另一方面，道路沥青较软，摊铺沥青时，靠近钢轨防护边缘处沥青难以压实，过车时，钢轨外侧受到冲击，容易开裂。

考虑到以上问题，轨道设计时，混行路口处扣件罩应进行加强设计或采用特殊防压溃材料。轨道施工完，道路摊铺沥青前，在钢轨防护与沥青间设一层钢隔板或混凝土梁，或改进沥青摊铺工艺，做好接触面压实工作。

4.5 道岔设计

正线可采用有缝道岔或无缝道岔，为减小噪声振动及接头养护维修工作量，建议尽量减少正线接头数量，采用无缝道岔。

岔区可采用有枕式及无枕式整体道床，其中无枕式道岔道床节省成本，施工方便，但道床排水性能差，并且铝热焊焊接施工难度大。因此，建议道岔区均采用有枕式整体道床。

4.6 排水设计

排水设计作为轨道设计中非常重要的一环，应给与充分的重视。

轨道排水应进行系统性设计，保证积水可以顺利排出。其中，地面线整体道床排水设计复杂，应与路基和给排水专业做好接口工作。

地面线整体道床中积水主要来源于轨槽积水、道床及支承层上积水。槽型轨中积水通过在轨槽底部开孔排入路基横截沟中。道床设置横向排水坡排至支承层表面，路基通过设置线间集水井及横截沟拦截地表水、两线外侧及线间支承层上积水，统一排入市政排水系统中[12]。

此外，道岔转辙机坑及预留排水槽中积水均需通过在道床中预埋排水管将水引至路基水沟或散排至结构面。

4.7 接口设计

轨道与各专业接口较多，应注重接口设计工作。前期研究方案时，应与各接口专业进行充分有效的沟通及资料互提。

其中，下述轨道与路基、桥梁、站后等专业间接口复杂，内容关键，工作繁琐，设计时，应予以高度重视。

（1）路基:排水设计。

（2）桥梁:排水设计、桥上无缝线路及钢轨伸缩调节器设计。

（3）信号:信号手孔、转辙机坑设计。

（4）站后:过轨管线。

5 结论

通过对现代有轨电车轨道系统设计进行分析总结，得出以下结论:

（1）建议有轨电车全部采用槽型轨，有铺装地段采用基板式扣件，无铺装地段采用铁垫板式扣件。

（2）正线地段可采用有枕式和无枕式整体道床，道岔区建议采用有枕式整体道床。

（3）建议对目前普遍采用的道床结构形式进行优化，道床下设底座，底座线间及两线外侧采用碎石填充+混凝土抹面。

（4）对混行路口处扣件及钢轨防护进行特殊设计，防止后期运营过程中路面凹陷、钢轨防护与路面接触位置开裂。

（5）轨道系统与其他专业接口众多，应注重接口设计工作。