上海軌道交通11號線北段一期工程軌道結構設計

李俊璽

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

上海軌道交通11號線是構成上海市線網骨架的4條市域線之一，在上海交通網絡中具有重要的地位。線路采用主線和支線組合運營模式，把嘉定老城區和安亭地區與市中心連接起來，線路全長44.573 km，設車站21座，設計最高速度100 km/h，采用A型車，6列編組，架空接觸網供電。

11號線采用了成熟、先進的軌道結構和施工工藝。軌道結構形式有:高架線采用WJ-2型扣件、短軌枕、縱向承軌臺整體道床;地面線和U形槽地段采用彈條Ⅰ型扣件、新Ⅱ型軌枕、碎石道床;地下線采用DTⅢ2型扣件、長軌枕埋入式整體道床;道岔及軌下基礎采用申通集團通用圖系列60 kg/m鋼軌9號和12號道岔、短軌枕、整體道床;減振地段采用LORD扣件、軌道減振器扣件、梯形軌道、鋼彈簧浮置板道床。軌道附屬設備主要有擋車器、高架橋防脫護軌。整體道床采用軌排架軌法施工，碎石道床采用散鋪架軌法施工，鋼彈簧浮置板道床采用鋼筋籠法施工，無縫線路采用直鋪法和換鋪法施工。

2 主要技術標準

(1)軌距:1 435 mm;

(2)軌底坡:1∶40;

(3)曲線超高:地下線采用半超高，地面線和高架線采用全超高;最大超高值為120 mm，最大欠超高值為61 mm，超高順坡率不大于2‰。

(4)軌道結構高度:高架橋540 mm，地面線和U形槽地段691 mm，盾構隧道735 mm，明挖隧道560 mm。

(5)軌枕間距:一般地段 625 mm，加強地段600 mm。

(6)根據環境保護的要求，采取軌道綜合減振和分級減振措施。

3 軌道結構設計

3.1 鋼軌

鋼軌是軌道結構最重要的部件，其主要功能是直接承受來自列車的動荷載，并引導列車安全運行。本線采用60 kg/m、U75V鋼軌。

3.2 扣件

扣件是聯結鋼軌與軌下基礎的重要部件，要求具備足夠的強度和扣壓力、良好的彈性、絕緣性能以及充足的調整能力。根據不同的敷設方式，采用與其相適應的上海軌道交通通用的扣件形式，方便運營備料和養護維修。本工程地下線、高架線和地面線扣件類型如下。

(1)DTⅢ2型扣件:DTⅢ2型扣件(圖1)為有螺栓彈性分開式扣件，采用國鐵 B型彈條，調高量可達40 mm，能很好適用下部結構的不均勻沉降，與無擋肩混凝土軌枕配套使用，用于地下線整體道床。

圖1 DTⅢ2型扣件

(2)WJ-2型扣件:WJ-2型扣件(圖2)為有螺栓彈性分開式扣件，鐵墊板上設置1∶40軌底坡，用于高架線整體道床。本工程對小阻力區段軌下墊板進行了優化，采用高分子復合墊板代替原設計的不銹鋼墊板，解決了不銹鋼墊板銹蝕帶來的阻力增大等問題，并延長了使用壽命。

圖2 WJ-2型扣件

(3)彈條Ⅰ型扣件:彈條Ⅰ型扣件(圖3)是我國鐵路通用的彈性不分開式扣件，技術成熟，與有擋肩混凝土軌枕配套使用，用于碎石道床地段。

3.3 道床

道床是軌道的基礎，根據線下結構的特點，選用相適應道床形式。本工程在高架線和地下線采用整體道床，在地面線和U形槽地段采用碎石道床。

3.3.1 地下線長軌枕埋入式整體道床

圖3 彈條Ⅰ型扣件

采用與DTⅢ2型扣件相配套的無擋肩預應力鋼筋混凝土長軌枕，軌枕長2.1 m，側面設置鋼筋穿孔，承軌面設置1∶40軌底坡。道床布設雙層鋼筋，混凝土強度等級為C30，設置合理的伸縮縫，兩側設置縱向排水溝。隧道長枕整體道床見圖4。

圖4 隧道長枕整體道床

3.3.2 高架線短枕式縱向承軌臺整體道床

采用與WJ-2型扣件配套的短軌枕，短軌枕底部伸出鋼筋加強和道床混凝土的聯結。承軌臺寬800 mm，布設雙層鋼筋，混凝土采用C40。整體道床分塊布置，一般每隔5個軌枕設置1道伸縮縫，伸縮縫寬100 mm，從梁一端向另一端布置道床塊，根據梁跨的不同，最后一塊為調整用道床塊。高架線短枕式縱向承軌臺整體道床見圖5。

圖5 高架橋上短軌枕承軌臺整體道床

3.3.3 地面線和U形槽地段碎石道床

在地面線土質路基和U形槽地段采用彈條Ⅰ型扣件、新Ⅱ型軌枕、碎石道床，采用一級道砟，道床頂面寬度3.3 m，肩寬0.4 m，砟肩堆高150 mm，道床邊坡為1∶1.75。隧道洞外U形槽地段碎石道床見圖6。

3.4 道岔及其整體道床

3.4.1 道岔

圖6 U形槽地段碎石道床

根據行車組織和運營要求，采用申通集團標準圖系列道岔。11號線北段一期工程主要采用的60 kg/m鋼軌9號道岔，在支線和出入段線與主線相接處采用60 kg/m鋼軌12號道岔，以提高側向通過速度。

本工程標準圖系列道岔的主要結構特點如下:彈條Ⅱ型分開式扣件、60AT曲線型尖軌、兩點牽引、高錳鋼整鑄轍叉、分開式H形護軌;道岔不設置軌底坡;電務轉換設備采用分動外鎖閉裝置，轉轍機采用軌枕式和側式兩種。9號、12號單開道岔主要形式尺寸見表1。

表1 單開道岔主要形式尺寸

3.4.2 道岔整體道床

道岔軌下基礎采用短軌枕式整體道床，如圖7所示。道床分塊布置，設置伸縮縫，設置雙層鋼筋，混凝土強度等級、水溝形式等同相鄰道床;道岔道床軌道結構高度:高架線為540 mm，地下線為560 mm。9號單開道岔整體道床全長為34.8 m;12號單開道岔整體道床全長為45.185 m。

圖7 道岔短枕式整體道床

3.5 軌道減振降噪設計

在線路振動和噪聲超標的敏感建筑地段，高架車站、換乘車站、有開發車站范圍內、地下線路交叉地段、線路和重要管線交叉(或者平行)地段、泵站和旁通道等地段采取軌道減振降噪結構。本工程主要采用的減振軌道結構如下:(1)中等減振地段采用LORD扣件和軌道減振器扣件;(2)高等減振地段的高架線采用梯形軌道，地下線采用中檔鋼彈簧浮置板;(3)特殊減振地段采用高檔鋼彈簧浮置板。

3.5.1 中等減振措施

LORD扣件(圖8)是將承軌板、帶孔橡膠和底板硫化為整體，利用橡膠孔的變形進行減振。扣件的垂直靜剛度為15～22 kN/mm，動靜剛度比＜1.4，用于高架線和地下線中等減振地段。

軌道減振器扣件(圖9)是將橢圓錐形內圈和外圈用橡膠膠結在一起，使鋼軌在車輪荷載作用下有較大的撓曲，從而降低上部建筑的力學阻抗，減小振動的激發。用于地下線減振要求5～10 dB的中等減振地段。

圖8 lord扣件

圖9 軌道減振器扣件

3.5.2 梯形軌道

在高架線減振要求5 dB以上的地段采用梯形軌道，由梯形軌枕、枕下彈性墊層和L形混凝土基座組成，是一種輕量級的“質量-彈簧”系統，軌道剛度約為10 MN/m，鋼軌動下沉2.24 mm，靜下沉為2.45 mm，減振效果可達15 dB。梯形軌枕軌道見圖10。

圖10 高架線梯形軌道

3.5.3 鋼彈簧浮置板

鋼彈簧浮置板軌道主要由浮置式道床板、隔振器、剪力鉸和混凝土基底等組成，是一種“質量－彈簧”體系，參振質量大、剛度小，結構固有振動頻率很低，隔振效果好，最高可達到40 dB。本工程減振在15 dB以下的地段采用固體阻尼隔振器，以降低造價，減振在15 dB以上的地段采用液體阻尼隔振器。

圖11 浮置板道床橫斷面

本工程施工方法由散鋪法改為鋼筋籠法，實現了浮置板道床斷面的標準化，曲線地段采用斜基底，浮置板道床斷面如圖11所示，施工進度由原來的每天5 m提升到25 m。浮置板的鋼筋在洞外基底綁扎成鋼筋籠，然后如同軌排一樣，吊送入洞內，調整好幾何狀態便可澆筑混凝土。綁扎好的浮置板鋼筋籠以及成型的浮置板道床如圖12所示。

圖12 鋼彈簧浮置板道床和綁扎好的鋼筋籠

3.6 軌道附屬設備

3.6.1 擋車器

擋車器是設在線路盡頭的安全裝置，分為滑動式、液壓式和固定式等多種類型。根據不同使用條件和工況需要，本線選用的擋車器類型有4種，見表2。

表2 擋車器類型匯總

3.6.2 防脫護軌

在高架橋上列車可能脫軌的地段設置防脫護軌，本工程一般地段采用上海軌道交通常用的“DPⅡ-60型防脫線護軌裝置”(圖13)，梯形軌道地段采用專線9670《60 kg/m鋼軌用防脫護軌裝置》(圖14)。護軌通過安裝在鋼軌軌底上的支架來固定，一般每2個軌枕間距安裝1個支架，護軌端頭設置緩沖段。

圖13 DPⅡ-60型防脫線護軌

圖14 新型防脫護軌裝置

4 接口設計

軌道交通工程是一個復雜而龐大的系統工程，涉及到很多專業，軌道專業與信號、供電、給排水等專業都有接口設計，處理好與相關專業的接口，是保證整個工程合理、有效、安全的關鍵，在設計和施工全過程都需要協調、配合、控制、管理。

(1)信號專業需要在道岔上安裝轉轍機，道岔整體道床設計需要預留安裝溝槽和基坑，并在施工前取得信號專業同意。

(2)根據供電雜散電流防護對軌道專業的要求，軌道結構采取絕緣和防雜散電流的措施:扣件的絕緣電阻要達到設計要求值;道床鋼筋連通形成雜散電流收集網，并設置連接端子和排流端子，有效減少雜散電流對道床的不利影響。

(3)隧道內道床排水主要是排除結構滲漏水、消防廢水和道床沖洗水等，根據排水專業提供的排水量確定道床水溝斷面，并在泵站的位置設置截水溝和集水坑，通過土建預埋排水管將水泵入地鐵排水系統。

(4)信號、電力、給排水等專業有過軌的要求，其過軌管的位置、數量、孔徑、長度等要由各專業提前提供并落實在設計文件中。

5 體會和總結

本工程是連接郊區與市中心的市域級快速軌道交通線路，具有線路長、環境敏感點多、設計速度高、運營模式新、軌道類型多樣、設計接口和設計配合復雜等特點。

(1)全面了解上海軌道交通運營線路的軌道結構的類型和使用情況，有助于設計選型，對軌道結構使用情況的調研和分析，有助于軌道產品的優化，。

(2)城市軌道交通工程是一項涉及多專業、多工種、關系復雜、技術難度大的系統工程，設計有賴于各專業、各系統的相互配合。接口設計的聯絡協調要由淺入深、由粗到細，并在各個設計階段中逐步完善。

(3)根據規范要求和環評預測的結果，對沿線敏感點進行現場踏勘，結合以往的設計經驗和人們對運營線路振動的反映情況，考慮一定的前瞻性和包容性，梳理出各敏感點的振動和噪聲超標值，劃分出減振等級，采取相對應的軌道減振降噪措施。在工程實施過程中，要隨時掌握沿線的拆遷和規劃實施情況，在工程允許的前提下，及時調整軌道減振降噪設計，盡量減少運營后市民的投訴和軌道減振結構的整改。

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