城市軌道交通軌道系統的設計優化和細化

徐壽偉

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037)

軌道系統作為地鐵工程最重要、最基本的組成部分之一，其基本理論和設計技術已比較成熟，但隨著國內城市軌道交通建設規模的不斷擴大及建設周期的大大壓縮，軌道系統設計與施工之間的一些矛盾也有所顯現，從施工角度來看，目前的軌道系統設計中，仍有一些值得優化和細化的方面。

1 具體問題的分析及建議

1.1 設計工程數量的統計優化

1.1.1 作為工程預算、材料訂貨和工程結算的依據

通常在施工圖設計中，考慮到理論與現場的差異以及施工過程中的各種損耗因素，工程量統計中會考慮適當的材料富余系數:根據個人不同的經驗，將損耗率隱含在構造數量中;在構造數量基礎上考慮一定的富余系數。但實際上，根據GB 50500—2008《建設工程工程量清單計價規范》的相關規定，材料損耗率應由施工企業根據相關定額在投標報價的綜合單價中考慮，詳見以下分析:

綜合單價=工料單價+管理費+利潤

工料單價=人工費+材料費+機械費

其中，材料費 =∑(材料定額消耗量 ×材料單 價)+檢驗試驗費

材料消耗定額量是指在正常條件下，使用合格材料完成單位合格產品所必須消耗的材料數量標準，其中包括主要材料、輔助材料、零星材料和周轉性材料等。

單位合格產品所必須消耗的材料數量，由材料的凈耗量和材料的損耗量兩部分組成。

可見，設計工程數量統計中所給出的材料損耗率或富余系數屬于重復給出，且往往與定額中損耗數量不一致，另外還會給工程結算造成麻煩，如部分施工企業往往把設計給出的材料損耗作為材料結算工程量計算的依據。當然，由于定額具有實踐性，其中規定的損耗率與施工中實際發生的損耗會有差異，定額中的部分損耗率可能不盡合理，但由于定額的法令性特點，其修改需通過一定的程序方可實現，軌道設計并不能隨意將其增加或減少。

1.1.2 以實際施工工程量為難

1)土建施工誤差。土建施工造成的誤差對道床工程量如混凝土、道砟等的影響在設計統計中很難準確計算。

2)調線調坡。鋪軌前一般都需要貫通測量，偏差較大時須調線調坡，軌道設計圖工程量也不能反映調線調坡后工程量的變化。

3)施工材料進場控制。工程材料的進場驗收控制不好，可能導致進料計量與設計數量之間的差異，故是施工企業成本控制的重要一環，設計中不能考慮這種人為因素損耗。

綜上所述，設計工程量統計的準確是相對的，設計在計算時要保證計算的正確及可追溯性即可，而不能在進行軌道材料統計時額外考慮無依據的損耗。實際在工程結算及國家審計時，設計給出的損耗率也不被認可。

為確保工程材料實際計量的準確可靠，設計文件中可強調以經過施工監理審核的實際發生量為準。

1.2 整體道床的優化設計

1.2.1 鋼筋

鋼筋型式的設計除了考慮道床構造要求外，尚應考慮施工方便。采用軌排法施工時，道床兩側需安裝走行龍門吊基礎，故一次澆筑時需單獨支立模板，此時箍筋設計應避免進入二次澆筑的范圍，導致模板無法支立，施工困難(見圖1)。

圖1 軌排龍門吊走行軌、一次澆筑模板與箍筋示意

從道床受力的角度而言，二次澆筑混凝土與軌枕之間有一定的距離，受力較小，采用素混凝土即可滿足要求。

此外，考慮到道床配筋主要在于滿足雜散電流要求以及防止道床開裂的構造需要，而不受道床受力控制，故可盡量減少鋼筋的規格種類。對于曲線地段，可直接將直線地段的鋼筋型式按超高加以旋轉，從而可避免箍筋高度的頻繁變換(見圖2)。

圖2 直線與曲線鋼筋型式

通常，地下線道床分段長度都設計為12.5 m，而道床縱向鋼筋所采用的HRB335鋼筋定尺長度一般為9 m、12 m，若道床分段長度為12.5 m，則所有道床的縱向鋼筋均需進行搭接，費時且費料。若能將道床分段長度縮至12m，則能較好地解決這個問題。

道床鋼筋設計還需考慮防盜問題。在一些工程設計中，為達到更好的雜散電流收集效果，雜散電流專業往往要求連接端子采用扁銅引出，但實際施工中發現，扁銅端子被盜現象特別嚴重，修補工作十分困難，且修補效果較差，反而影響了雜散電流的收集。

因此，建議雜散電流專業連接端子不用扁銅，而采用更適合國情的扁鋼等材料，此外，根據上海地鐵的經驗，可將相鄰道床塊之間的扁鋼在道床澆筑之前即直接焊連，可進一步提高效率、降低成本。

1.2.2 混凝土

從施工的角度來看，道床混凝土方面出現的主要問題是開裂，總結道床出現裂縫在施工方面的原因，主要有:坍落度不合理，很多時候為了便于混凝土的運送，坍落度超過了200 mm，甚至達到了230 mm，道床澆筑后主要由于坍落度過大產生收縮裂縫;個別也會因為坍落度過小，加之振搗不到位，在凝結硬化前沒有沉實或者沉實不夠，當混凝土沉陷時受到鋼筋、模板抑制，產生沉降裂縫;拆模過早、施工荷載作用較早，混凝土未達到設計強度前，施工沖擊荷載過早作用于道床，產生裂縫;養護不當，混凝土表面產生干縮裂縫。

而通常的道床設計中，對混凝土除規定了強度等級、骨料等之外，并無更多要求。為盡量避免道床開裂，設計中應在以下幾個方面加以細化。

1)補充坍落度要求。軌道在以往設計文件中并不規定混凝土具體坍落度，一般由施工單位根據實際情況，綜合天氣、混凝土運輸時間等，靈活調配混凝土的坍落度，使之滿足可泵性要求和澆灌部位要求。

軌道道床施工混凝土尤其是地下施工混凝土坍落度偏大，一是因為軌道施工受城市道路交通及地下線場地狹窄的影響，混凝土運輸、澆筑時間可能很長，坍落度在運輸過程中會有一部分損失;二是由于軌道施工采用小龍門吊吊運料斗澆筑混凝土，混凝土是垂直落下，要求混凝土在立好的模板內要有較好的流動性，才能較容易地保證軌枕底部密實。從設計角度上，宜對混凝土的坍落度進行規定。對于道床而言，混凝土澆筑時的坍落度不宜超過180 mm，施工中應嚴格控制混凝土出機坍落度，從而保證混凝土澆筑質量。

2)強調混凝土養護要求。為保證已澆筑好的混凝土在規定齡期內達到設計要求的強度和耐久性，并防止產生收縮和溫度裂縫，道床澆筑完成后一般需經過一次抹平至二次抹壓兩道工序，并做好養護工作，但實際施工中執行并不好。因此，最好在設計文件的施工技術要求及施工技術交底中對此加以強調，還可提出具體的養生技術要求，包括掌握好松開扣件的時機，也有助于減少混凝土坍落度過大帶來的不利。

很多年輕的設計工程師不熟悉施工環節中的細節，故宜對不同季節、不同環境的混凝土養生方法進行研究和熟悉，方可將設計文件做得更細。

3)補充道床承載要求或提出早強混凝土要求。由于軌道施工連續性的要求，道床需提前承載。施工單位一般要求是:混凝土灌注終凝后(混凝土澆筑完畢12 h后)開始澆水養護，其強度達到5 MPa時拆除鋼軌支撐架，達到設計強度的70%后，軌道上方可載重、行車。

由于如今城市軌道交通工程建設中的鋪軌工期很緊，實際施工中往往在混凝土澆筑完成后2～3 d即開始承載。根據混凝土強度與溫度和齡期的關系曲線圖(見圖3)，顯然不能滿足要求，而極易造成工程質量事故。

圖3 混凝土強度與溫度和齡期的關系曲線

所以，設計文件中應對道床承載要求做出規定，即道床承載時間必須滿足強度要求，若鋪軌工期很緊，設計中則應對道床混凝土的強度齡期加以要求，如采用早強混凝土，可有助于緩解此問題。

1.3 整體道床地段長軌枕的優化設計

長枕式整體道床因其整體性更強，施工速度更快，施工精度更易保證，已在越來越多的城市被采用，然而在傳統地鐵中采用的混凝土長枕皆為預應力枕。

對于整體道床而言，軌枕主要功能在于支撐鋼軌及扣件，將車輛動載分散傳遞至道床及下部基礎。主要表現為受壓特性，預應力枕的最大優點在于其有著良好的抗彎性，其抗彎性能被基本閑置(見圖4)。此外，由于預應力長軌枕存在一個徐變的過程，鋪設后軌枕道床混凝土之間易產生裂隙。因此，整體道床中采用預應力長枕并不盡合理。將預應力長軌枕改為普通鋼筋混凝土軌枕，可以簡化生產工藝，縮短養護周期，提高勞動生產率。

圖4 整體道床地段長軌枕計算彎矩

隨著軌道設計的精細化，建議進行普通長軌枕設計研發，以降低城市軌道交通建設成本。

1.4 車場線鋪軌基標測量的細化要求

1.4.1 車場線基標設置及做法

基標既是軌道施工的基準，也是線路運營養護維修的依據，因此基標的設置至關重要。車場線庫外線軌道一般采用碎石道床，道岔多、小半徑曲線多。然而，對于車場線其基標設置及做法，無論是《地鐵設計規范》還是《城市軌道交通測量規范》都未提及，設計文件中也基本未做要求。為方便車場線軌道施工及運營期間的工務維修，宜在設計文件中對車場線的基標設置加以要求。

基標應根據車場線軌道的特點進行以下設置:

1)單開道岔。碎石道床道岔根據其施工特點，只需在岔頭、岔心及兩岔尾中心線處各設置一個基標即可(見圖5)。

圖5 單開道岔基標布置

2)交叉渡線。交叉渡線的4組單開處基標設置同一般單開道岔，對稱中軸的兩條線路中心、菱形交叉的中心，兩銳角轍叉角平分線兩側應各設置一個基標(見圖6)。

圖6 交叉渡線基標布置

3)曲線。車場線曲線因線路都相對較短，因此一般情況下只在曲線要素點設置基標即可，當曲線要素點距離大于25 m時，加設一個控制基標。

碎石道床軌道因施工現場復雜，基標保存困難，其制作應遵循穩固、明顯、易保存的的原則，圖7為一種建議的方案。對于車場線庫內的檢查坑、無檢查坑等道床，因其線路較短，參照正線方法，一般在股道起、終點各設置一個控制基標即可。

圖7 土路基基標制作示意

1.4.2 車場線鋪軌基標測量

車場線基標測設的工序有:控制網布設，控制基標放樣、埋設，線路調整，控制基標定測等。

通過對以往車場線軌道施工調查，在北京地鐵、南京地鐵等多個城市庫內進行軌道施工時出現兩方面問題:庫內檢查坑的鋪軌中線與結構中線出現偏差;庫內某些股道整體道床應與庫內地面標高一致，卻出現高差。

問題產生的原因主要有:土建施工測量和軌道基標測量分屬不同測量單位，加密控制導線的精度也不同，故實際施工中土建結構中線和鋪軌中線偏差常出現偏差;控制網使用時間跨度大，控制網布設從土建施工進場到軌道施工一般要跨越較長時間，控制點坐標及水準高程均可能發生變化。

現場一般采用的處理方案為:中線偏差的處理方法一是軌道中線按現有土建結構中線調整，庫外線與庫內線順接;二是在保證安全前提下使立柱偏心受壓，維持庫內外中線的貫通，在立柱上偏移;若軌道(或道床)標高高于地面，土建在地面施工時發生變更，則增加建筑地坪處理厚度，反之、則適當降低建筑地坪處理厚度。

為從根本上避免類似問題的出現，宜在設計中增加軌道與土建專業的協調和溝通，提出車場線鋪軌基標的測量方法要求:依據地面精密導線點進行場區內控制導線加密，依據場區內的加密控制導線，采用極坐標法，進行基標放樣。此外，在施工圖設計文件的施工技術要求中，宜明確鋪軌測量單位進場后應與土建單位聯合測量，共同確定控制導線點及水準點，保證結構中線與鋪軌中線的統一。

1.5 鋼軌標識的補充設計

線路標志設計是軌道的附屬設計，除了常見的曲線要素標、坡度標、限速標等設計外，鋼軌標識設計一直缺乏統一的設計規定，致使施工時根據經驗自行噴涂。

鋼軌標識設計包括刷寫要求及編號規則設計，目的都是為了工務養護維修方便，所以力求簡單、清晰、明了。鋼軌標識包括:道岔標識、曲線標識和長軌條標識。其中，道岔標識包括:軌距、支距、查照間隔、護背距離等。曲線標識包括:曲線主點(ZH、HY、QZ、YH、HZ)、軌距、超高(H)、正矢(F)、加寬(S)。長軌條標識包括:長軌條的編號、單元軌節編號、鋼軌焊頭編號。標識設計包括:刷寫要求設計、編號規則設計等。

1)刷寫要求設計。鋼軌標識刷寫要求數據清晰無誤，線路標記應全部統一為紅底白字或白底紅字。

字底:長條形，寬度根據選用鋼軌確定，由于60 kg/m鋼軌軌腰高97 mm，50 kg/m鋼軌軌腰高83 mm，可統一寬度為75 mm。

字體:可統一采用180號字(字高45 mm)，宋體加粗，也可根據工務部門要求采用其他字體。

位置:文字標識一般設在標記點對應的鋼軌內側或外側軌腰上，或是刷寫在對應的道床或軌枕上，其中，正矢標記點一般均標于曲線上股鋼軌工作邊外側，道岔支距標記點標于道岔直基本軌工作邊外側，均用噴涂的▲表示。

2)編號規則設計分以下幾種:

長軌條編號:長軌條起終點鋼軌內側軌腰，編號形式為“線別+長軌條號+起止里程+長度”。

單元軌節編號:每個單元軌節始終點的鋼軌內側軌腰，編號形式為“線別+長軌條編號+單元軌節編號+左右股+單元軌節長度+鎖定溫度”。

焊頭編號:分為兩種方式，一種是在一個單元軌節范圍內順里程方向分左右股分別編號，編號形式為“線別+單元軌節編號+左右股+焊頭序號”;另一種是在1 km范圍內順里程方向分左右股分別編號，編號形式為“線別+公里數+左右股+焊頭序號”。

道岔編號:車輛基地一般按線路圖道岔編號進行編號，正線按信號專業的道岔編號進行編號。

曲線標識:主點編號形式為“主點+正矢+超高+(軌距加寬)”，無加寬的可不標識，例如“YH F=×H=×”。

車場線曲線標識:在曲線頭尾位置的上股內側軌腰刷寫曲線要素。例如“R=×L=×H=×S=×”。

2 結語

對于城市軌道交通工程建設而言，設計是施工的靈魂、施工是設計的延續，二者相輔相成、密不可分。因此，應從施工的角度針對以上所述問題在軌道設計中加以優化和細化，提高軌道系統的精細化設計水平，提高施工的規范性和可操作性，從而更好地實現設計的意圖。

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［3］鐵路工程預算定額基本定額(第四冊):軌道工程［S］.

［4］城市軌道交通工程預算定額(GCG 106—2008):第五冊軌道工程［S］.