上海軌道交通13號線一期工程軌道設計局部優化

段桂平

（中鐵上海設計院集團有限公司，200070，上海∥工程師）

隨著上海市軌道交通線網的逐漸成形，已建成運營的線路越來越多，軌道工程設計方案也逐漸成熟，結合已運營線路，在現有基礎上吸取原來設計優點繼續改進，并積極探索新的設計方案和施工工藝，優化設計，提高施工質量和效率是現階段軌道設計的重點和難點。本文以上海軌道交通13號線一期工程軌道設計為例，對近期上海軌道交通軌道工程設計中有關優化措施進行探討。

1 概況

上海市軌道交通13號線一期工程，西起嘉定區華江路站，東至靜安區南京西路站，正線全長16.468 km（雙線），均為地下線。正線最小曲線半徑為350 m，最大坡度為27‰。采用地鐵A型車6輛編組，車輛軸重160kN，架空接觸網供電制式。軌道工程主要技術標準如下。

（1）軌距：直線地段1 435mm，曲線地段按規定加寬；

（2）鋼軌：正線、輔助線及出入線采用60kg／m、U75V鋼軌，正線鋪設無縫線路；

（3）扣件：采用彈性分開式扣件，具有調高低和調軌距能力；

（4）道床：地下線均采用整體道床，出入線敞開段采用碎石道床；軌枕鋪設標準：正線、出入線為1 680根／km，輔助線為1 600根／km；

（5）道岔：采用60kg／m鋼軌9號單開或三開道岔、60kg／m鋼軌9號道岔渡線；

（6）車擋：采用滑移式緩沖車擋；

（7）軌道結構高度：圓形隧道為735mm，矩形隧道為560mm，敞開段碎石道床地段為738mm；

（8）超高：曲線地段軌道最大超高值為120mm，圓形隧道采用“外軌抬高超高值一半，內軌降低超高值一半”的方法設置，矩形隧道采用“外軌抬高超高值”的方法設置。

2 軌道結構設計優化方案

2.1 道床混凝土標號由C30提高至C35

根據《城市軌道交通設計規范》（DGJ08－109－2004／J10325－2004）和 《地 鐵 設 計 規 范 》（GB 50157—2003），“隧道內和隧道與地面線路過渡段整體道床的混凝土強度等級不宜小于C30”，以往項目地下線整體道床均采用C30混凝土。

目前軌道交通相關規范規程均未明確道床結構設計使用年限，鐵路相關規范中對道床結構設計使用年限的要求如下：《高速鐵路設計規范》（TB 10020—2009）中指明：無砟軌道道床的設計使用年限為60年；《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005—2010）中規定“無砟軌道道床板、底座板設計使用年限一般為100年，無砟軌道道床板、支承層設計使用年限至少為60年基礎上，研究試驗再創新實現與橋梁結構等壽命期”，可見，軌道結構的設計耐久性設計標準有提高的趨勢。

根據已運營線路經驗，地下線道床經常出現的病害有：道床結構下沉、道床與主體結構分離、道床或水溝開裂破損、軌枕松動或拔起等。特別是上海為軟土地基，運營后局部地段不均勻沉降現象較多，道床結構下沉后道床形態與初始狀態發生變化后，其彎曲曲率增加，導致道床混凝土應力增大，超過抗拉強度時將出現拉裂紋甚至開裂。

考慮上述因素，為提高地下線道床結構強度和耐久性，將地下線混凝土等級由C30提高至C35。C30、C35混凝土設計強度及單價如表1所示，C35混凝土設計抗壓和抗拉強度較C30分別增加了16.4%和9.8%，疲勞強度也相應增加同等比例。道床混凝土標號變化后對軌道結構總剛度等參數基本無影響，且C35混凝土較C30混凝土每公里僅增加造價約2萬元，經濟影響也不明顯。

表1 C30、C35混凝土技術指標與價格對照表

2.2 中檔鋼彈簧浮置板采用預制板的設計施工新工藝

鋼彈簧浮置板軌道因隔振效果好，已廣泛應用于城市軌道交通工程。但其施工相對復雜，不適合軌排法施工，施工速度慢，是影響軌道工期的關鍵節點之一。據調查統計，如按常規施工方法，浮置板施工進度僅為5～6m／工天。后經改進提高形成了鋼筋籠法施工工藝，將施工現場綁扎結構鋼筋改為基地綁扎鋼筋，形成鋼筋籠，然后通過軌道平板車運輸至施工現場，吊裝鋼筋籠，現場澆注混凝土。施工速度提高了約5～8倍，即由5～6m／工天提高到30～40m／工天。而采用預制板法施工綜合施工速度可由5～6m／工天提高到50～60m／工天。同時具有一系列的優勢：軌道板工廠化、專業化預制，質量高，減少了現場施工中人的因素、技術因素、環境因素對工程質量的影響；預制廠進行軌道板的預制，現場裝配式施工，具有工廠化、機械化的特點，減少了洞內混凝土的濕作業；洞內的大量作業移至工廠內作業，極大地減少了繁重、復雜的手工勞動，降低了勞動者的現場作業強度。

上海最先在軌道交通10號線選擇一段線路試鋪預制板，運營后經試驗測試，預制板減振效果良好。故在新建設的13號線一期、12號線等線路推廣。13號線一期地下線中檔鋼彈簧浮置板在圓形隧道、曲線半徑大于300m地段采用“工廠預制道床板，現場拼裝”的方式施工。

2.2.1 預制板設計方案

預制板寬2.7m，長3.576m，采用C50混凝土、HRB400級鋼筋，板內部采用傳統圓形隔振器，板端采用方形隔振器，板與板之間采用剪力鉸連接（見圖1）。

圖1 鋼彈簧預制浮置板平面圖

2.2.2 預制板施工方案

預制短板施工，在工廠內進行生產，加工成型的成品后運輸至鋪軌基地存放，經下料口由軌道車運輸至施工作業面，現場采用鋪軌龍門吊進行預制短板鋪設（見圖2、圖3），軌道幾何尺寸調整采用千斤頂進行調整。浮置板軌道基礎混凝土施工提前于預制短板鋪設前完成。

2.2.3 預制板方案優缺點分析

與現澆浮置板方案比較；預制板施工方案具有明顯提高浮置板道床的施工速度。降低現場作業強度、可以養護更換、施工完成后美觀整潔干凈等優點。但在實際操作過程中，也存在一些問題：在緩和曲線地段，由于存在超高和平面曲線曲率的漸變，緩和曲線地段的浮置板隔振器頂升和軌面精調不易控制，需反復調整才能達到要求。另外在土建施工誤差較大地段，存在調線調坡后局部軌道高度仍不滿足預制板鋪設條件即預制板與結構管片沖突的問題，此時該局部地段需改為現澆或采用較小尺寸的預制板；兩塊預制板接縫處存在較大空隙，由于板與板之間的蓋板安裝較晚，軌道專業及交叉施工的其他專業建筑垃圾易通過空隙進入板下水溝，增加了后期清理水溝垃圾的工作量。

圖2 預制板現場吊裝

圖3 鋪設完成的鋼彈簧預制浮置板道床

2.3 浮置板道床地段均用DTⅢ2扣件

扣件是鋼軌與軌枕的重要聯結部件，通過扣件將鋼軌直接固定在軌枕上，以保持軌距和限制鋼軌相對于軌枕的縱、橫向位移。目前我國城市軌道交通建設發展很快，扣件的類型有往多元化發展的趨勢，但一個城市軌道交通扣件型式在滿足使用功能的條件下應盡量統一，以實現標準化，系統化，減少扣件種類。

上海軌道交通1、2號線地下線一般地段采用DTⅢ型扣件，在軌道交通4號線時將DTⅢ型扣件由有擋肩扣件優化為無擋肩扣件，即DTⅢ2型扣件（見圖4）。DTⅢ2型扣件采用國鐵B型彈條，不設軌底坡，為有螺栓扣件，扣壓力穩定，扣件最大調高量為40mm，扣件垂向節點靜剛度為21～25kN／m，橫向靜剛度為25～30kN／m。DTⅢ2型扣件為有螺栓扣件，調高量能適合上海地下線整體道床的要求，扣壓力穩定，所以在上海軌道交通中沿用下來。13號線一期工程的地下線普通道床地段也采用DTⅢ2型扣件。

圖4 DTⅢ2型扣件

上海以往軌道工程項目，浮置板道床地段扣件均采用直埋式，即扣件螺栓直接預埋在浮置板道床板上，由于在現澆混凝土板上設置軌底坡很困難，故在浮置板道床地段較多采用有軌底坡的SD－1型扣件。扣件直埋于道床面上，鋼軌底部距離道床面的距離僅為扣件高度44mm，這一空間過小會導致運營后養護維修時起道機等工務器具操作空間不足，無法使用或使用困難。另外，軌底距離道床面較近，鋼軌與道床面間的絕緣距離較小，如道床表面有金屬物，容易導致鋼軌電擊傷。

在現澆浮置板道床地段增設短軌枕（見圖5、圖6），預制浮置板地段在預制板上預制凸型承軌臺，軌底坡通過短軌枕或凸型承軌臺設置，如此浮置板道床地段即可采用無軌底坡的DTⅢ2型扣件，既減少了地下線扣件種類，也解決了直埋式軌底坡不易控制、軌下空間過小的問題。

2.4 改進軌道減振器配套軌枕

上海自軌道交通1號線開始，地下線普通道床地段一直沿用長軌枕整體道床，它能較好的適應上海軟土地基的地質特性。但在岔區和軌道減振器地段仍采用短軌枕，如7號、8號、9號、10號、11號等線路。

在上述已竣工通車的線路中，軌道減振器短枕整體道床地段，均發現了不同程度的軌底坡不滿足“1／30～1／50”范圍要求和由此導致的線路幾何狀態較差等情況。由于短軌枕整體道床需通過特制的軌排工裝設備，通過短軌枕的傾斜實現軌底坡的設置，如施工過程控制不嚴格，極易出現軌底坡和軌距不滿足要求的情況，為此，13號線一期工程地下線軌道減振器扣件改用預應力混凝土長軌枕，可有效控制上述情況的出現。

圖5 增設短軌枕的浮置板道床斷面圖

圖6 短軌枕浮置板道床預制鋼筋籠

軌道減振器用混凝土長軌枕的長度和高度均與普通地段長軌枕一致，其中長2.1m，高度為0.186 m，頂部寬0.3m、底部寬0.4m，采用C50混凝土，預應力筋采用φ6.25螺旋肋鋼絲，并預留道床縱向筋孔（見圖7）。

圖7 軌道減振器配套用預應力混凝土長軌枕

2.5 道岔岔枕由短軌枕優化為混凝土長軌枕

13號線一期工程正線共采用3種道岔：60kg／m鋼軌9號單開道岔、60kg／m鋼軌9號道岔5m間距交叉渡線和60kg／m鋼軌9號三開道岔，均為曲線尖軌道岔。除三開道岔因為較復雜采用長枕存在一定困難外，9號單開道岔和9號道岔5m間距交叉渡線均采用長岔枕（見圖8）。

道岔結構復雜，要求鋪設精度高，尤其是道岔后端結構寬度較大，軌排運輸困難，普遍采用現場組裝施工方法。短枕式道岔結構輕巧、布置靈活，較利于施工，但是根據已建成線路的運營經驗，短枕式道岔施工精度難以保證，道岔區軌道整體性不好，道岔容易產生病害，養護維修工作量大。而鋼筋混凝土長岔枕有利于提高道岔施工平整度，保證岔區幾何狀態，可減少運營期間的養護維修。為保證軌枕與道床的連接，在長岔枕下設置桁架筋。在岔區道床設計中，可利用兩根縱向鋼筋與軌枕下桁架筋焊接，以確保雜散電流排流通暢。

圖8 長岔枕道岔架設圖

2.6 岔區排水

據統計，目前我國已投入運營的城市軌道交通矩形隧道地下線車站道岔區轉轍機基坑普遍存在道床排水不暢致使轉轍機基坑積水。原因分析如下：道岔轉轍機基坑基底標高一般較軌頂標高低391 mm，而道床側溝溝底標高較軌頂低374～400mm，二者高差較小；另外車站范圍線路縱坡一般為2‰，且道床水溝與道岔轉轍機溝槽和基坑區域均連通，如此當道床水溝排水不暢有積水時，極易導致道岔區轉轍機基坑積水無法排出（見圖9）。

為解決道岔轉轍機基坑區域積水狀況，13號線采取了如下優化方案：

（1）加深道床水溝深度，增加道床水溝與轉轍機基底的高差；

（2）道床表層水主要為隧道滲漏水，為防止單開道岔區轉轍機基坑積水，道岔轉轍機基坑和溝槽區域均要作防水處理；

圖9 既有線道岔轉轍機基坑積水病害

（3）將道岔轉轍機基坑區域作為一個獨立的排水小單元，在轉轍機基坑附近結構底板上預留集水井，井內設置小型潛水泵，轉轍機基坑區域的水匯入積水坑后，通過潛水泵排水道床排水溝后進入道床排水系統，最終排入車站內廢水泵房（見圖10）。

圖10 單開道岔轉轍機基坑區域排水方案

3 結語

在上海軌道交通13號線一期軌道工程設計過程中，對上海已運營線路進行了全面的調研，詳細了解并分析以往軌道結構設存在的缺陷及問題，在總結已運營軌道交通線路經驗基礎上結合自身工程特點進行了優化和提高，以期改善已運營線路出現的各種缺點及病害。

由于國內軌道工程設計已相對成熟，故而軌道設計過程中的細節設計和設計優化及創新越來越重要，通過介紹上海軌道交通13號線一期工程軌道結構設計相較于上海以往工程的變化，尋求更科學的設計方案，使國內軌道交通軌道工程持續發展。

［1］練松良，李向國.軌道工程［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］TB 10621—2009高速鐵路設計規范［S］.

［3］TB 10005—2010鐵路混凝土耐久性設計規范［S］.

［4］STB／ZH－000001—2010上海城市軌道交通工程技術標準［S］.

［5］耿傳智，劉在慶.城市軌道交通彈簧浮置板軌道過渡段設計分析［J］.城市軌道交通研究，2011（2）：39.