市域鐵路軌道關鍵技術標準

左鵬飛

（中國鐵路經濟規劃研究院有限公司，北京 100038）

我國已建成一批市域（郊）鐵路示范線，其中既有新建鐵路，也有利用既有鐵路改建的線路，如北京市郊鐵路S2 線、上海金山市郊鐵路、溫州市域鐵路S1線、臺州市域鐵路等。市域鐵路示范線的建設積累了大量的設計經驗，已有多個團體、地方、企業推出多個版本的市域鐵路設計規范，但是這些設計規范之間存在較大的差異，而且約束力不足。設計人員選用規范時有一定的隨意性，故急需研究總結市域鐵路設計經驗，提高設計水平，制定行業設計標準，以滿足我國市域鐵路建設發展的需求。

市域鐵路軌道系統設計標準必須結合其運營特點、地域特點等綜合研究確定。如果照搬國家鐵路軌道設計標準，則既不經濟，也不能夠滿足其特殊的減振要求；如果照搬城市軌道交通系統設計標準，則不能保證相對高速運營條件下的軌道結構安全性和可靠性。本文結合已建成的和在建的市域鐵路軌道的設計以及既有規范規定，總結分析軌底坡、曲線超高、鋼軌、扣件選型、無砟軌道選型、減振方案、到發線、配線軌道結構等關鍵技術參數或技術方案，并提出具體的建議。

1 軌底坡

軌底坡是軌道系統設計的重要參數之一。軌底坡若選取得當，則：①使輪軌接觸面最大，可降低接觸應力，減少輪軌疲勞損傷；②減輕軌頭及踏面不均勻磨耗，減少鋼軌打磨量，延長鋼軌及車輪的使用壽命；③增大牽引黏著力，獲得最佳的運行效率。TB 10082—2017《鐵路軌道設計規范》［1］規定：國鐵軌底坡應設置為1：40。T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設計規范》［2］和T/CRSC 0101—2017《市域鐵路設計規范》［3］均規定：軌枕或扣件宜設置1：40 軌底坡。GB 50157—2013《地鐵設計規范》［4］規定鋼軌軌底坡宜為1/40～1/30。可知除GB 50157—2013 外，均規定軌底坡采用1：40。實際上，我國地鐵軌底坡一般采用與車輪輪緣踏面更為匹配的1：40，這也與地鐵相關技術條件要求相匹配。因此，建議市域鐵路軌底坡采用1：40。

2 曲線超高

曲線超高計算一般采用均衡超高法，即設置超高后使曲線產生的離心加速度與列車由此產生的向心加速度剛好相平衡。一般有外軌半超高或全超高兩種設置，均能滿足行車平穩性和安全性要求。GB 50157—2013規定：隧道內及U型結構的無砟軌道地段曲線超高的設置宜采用外軌抬高超高值的1/2、內軌降低超高值的1/2；高架線、地面線的軌道曲線超高的設置宜采用外軌抬高超高值。T/CRSC 0101—2017 和 T/CCES 2—2017 均規定曲線地段應采取外軌抬高的方式設置超高。超高設置方式主要由建筑限界、軌道類型等因素確定，應根據線路實際情況選擇。半超高在隧道內不增加隧道凈空，節省投資，還能減小超高順坡的坡度，因此地下線隧道內徑緊湊的情況下建議考慮半超高方式。有砟軌道地段建議采用全超高方式，有利于保持軌道幾何形位，提高控制精度，降低施工難度。

超高值由車輛性能、行車速度、旅客舒適度、軌道結構穩定性等決定，受軌道橫向穩定條件、曲線停車舒適條件、橫向傾覆安全條件等因素控制。TB 10082—2017規定：無砟軌道最大設計超高值為175 mm，有砟軌道為150 mm。GB 50157—2013 規定最大超高值為120 mm。一些國內專家建議把最大超高值改為150 mm，提高車輛通過曲線的速度。廣州地鐵三號線曲線最大超高值為140 mm，日本鐵路線曲線最大超高值為150 mm，巴黎市郊鐵路曲線最大超高值為140 mm，香港機場曲線最大超高值一般為130 mm，困難時為150 mm。由于我國市域鐵路列車主要采用CRH6城際動車形式，比普通地鐵車輛重心低，采用相同曲線超高時，低重心的車輛引起的傾覆翻轉小，車輛行駛更加穩定。參考國內外部分城市軌道交通快線超高設置，建議我國市域鐵路選用比普通地鐵更大的超高值，可按最大超高150 mm考慮。

曲線上未被平衡的超高會使外軌產生偏載，導致內外軌產生不均勻磨耗等問題，乘客舒適度降低，且未被平衡的超高值過大時可能導致車輛傾覆，因此必須限制未被平衡的超高值。我國現場試驗資料表明，當未被平衡橫向加速度達到0.4 m/s2，相應的欠超高為61 mm時，旅客稍有感覺，但不影響舒適度。所以GB 50157—2013 規定曲線運行時，設計容許未被平衡超高值一般情況下最大為61 mm，特殊情況下最大為75 mm。根據TB 10082—2017，客貨共線鐵路欠超高一般取70 mm，困難情況取90 mm。城際鐵路規定的欠、過超高容許值為：優秀40 mm，良好80 mm，一般110 mm。客貨共線鐵路因客貨通過總質量比重的不同，欠、過超高值有較大差異。高速鐵路速度單一，不受通過總質量比重因素的影響，可認為欠、過超高近似。

綜合考慮國內部分市域鐵路欠超高設置和地鐵規范的要求，且因市域鐵路普遍采用的CRH6城際動車舒適性好，與普通列車相比，乘客能承受的離心加速度較大。欠、過超高為70 mm 時，旅客會有輕微感覺但尚能適應。建議市域鐵路欠、過超高取70 mm，特殊情況下不大于90 mm。

3 鋼軌

T/CCES 2—2017規定市域鐵路宜采用100 m 定尺長、60 kg/m 鋼軌，無縫線路采用閃光焊等。根據調研分析，采用長定尺鋼軌時應考慮從鋼軌廠到鋪軌基地之間的運輸以及施工現場的裝卸和鋪設問題。長定尺鋼軌難以實現公路運輸，只能采用鐵路運輸。100 m定尺長鋼軌須采用8 節鐵路平板車運輸，但目前市域鐵路中與國鐵互聯互通的線路較少，100 m 定尺長鋼軌不便于市域鐵路運輸。另外，市域鐵路鋪軌基地一般位于市內，提供存放100 m 定尺長鋼軌的鋪軌基地比較困難。此外，100 m 定尺長鋼軌對于地下線鋪軌下料非常不便，因此市域鐵路中更多采用的是25 m 定尺長鋼軌，與城市軌道交通正線鋼軌定尺長度一致。建議當市域鐵路項目與國鐵互聯互通且具備長鋼軌運輸條件時，可優先采用100 m 定尺長鋼軌，減少無縫線路的鋼軌焊接接頭，降低投資，提高線路質量。若市域鐵路項目獨立成網，考慮到城市內交通擁擠，鋼軌運輸、存儲、工期等問題，宜采用25 m定尺長鋼軌。

目前，城市軌道交通主要采用U71Mn 及U75V 兩種材質鋼軌。綜合考慮鋼軌磨耗和購買成本，不少城市軌道交通全線設計采用了強度較高的U75V 軌。根據各國鐵路的經驗，直線及大半徑曲線地段鋼軌使用壽命一般受疲勞而非磨耗控制，軸重較輕的城軌交通更是如此。而鋼軌硬度太高，加上列車運行過程中對鋼軌如同冷加工的碾壓，鋼軌表面硬度還會提高，使后期打磨十分困難，因此國鐵要求高速鐵路不選用強度過高的鋼軌，小半徑曲線地段鋼軌使用壽命則受側磨控制，可選擇高強度的U75V鋼軌。

考慮到市域鐵路設計時速范圍是100～160 km/h，線路穿過市區，小半徑曲線地段較多，且市域鐵路線路運營具有快起快停、頻繁啟停的特點，因此建議鋼軌選材按曲線半徑劃分，分地段合理選用耐磨性好的U75V材質鋼軌或疲勞韌性高的U71Mn材質鋼軌。

4 扣件

扣件設計或選型時，需要考慮列車動荷載和減振降噪的要求。市域鐵路沒有貨運的大軸重，也沒有高速列車產生的大動載系數，設計荷載和動載系數相對較小。另外，市域鐵路主要用來連接經濟發達地區的城市群，如珠三角城市群、長三角城市群，或連接大中型城市和其衛星城市，因此市域鐵路周圍存在大量醫院、學校、居民區等環境敏感點。例如，按環評要求，溫州市域鐵路軌道減振地段占全線80%以上，中等減振地段占全線70%以上，因此扣件選型及設計應考慮振動、噪聲的影響。

目前，已建成和在建市域鐵路選用扣件情況主要是：溫州市域鐵路S1/S2 線選用了與雙塊式無砟軌道配套的WJ?7B型扣件，臺州市域鐵路S1線選用了FC?15A扣件。市域鐵路尚無地下線或高架線的減振等級，可參考城市軌道交通分級模式：對于一般減振要求地段，可采用彈性分開式扣件；對于中等減振要求地段，可采用LORD 黏結墊板減振扣件；對于高等減振要求地段，可采用Vanguard先鋒扣件。

5 無砟軌道

無砟軌道結構總體分為預制板式和現澆混凝土式兩大類，主要有CRTS Ⅰ型板式、CRTS Ⅱ型板式、CRTS Ⅲ型板式、雙塊式、彈性支承塊式、承臺式、長枕埋入式、短枕式等結構形式。CRTS Ⅰ型、CRTS Ⅱ型、CRTS Ⅲ型板式無砟軌道都能滿足市域鐵路技術標準，但造價高，經濟性差。短枕式整體道床只有城市軌道交通低速應用經驗，其在較高速度條件下軌道幾何形位保持能力不足。彈性支承塊式無砟軌道具有較好的彈性和減振性能，但只能應用于非露天區間，使用地段受限。長枕埋入式無砟軌道軌枕側面裂紋難以控制。雙塊式無砟軌道整體性好，軌枕與道床新老混凝土結合較好，保持軌道幾何形位能力強，且具備一定的可維修性。該結構在高架橋、地下線、路基等不同線下基礎上均有成熟鋪設實例，在速度較高的線路上應用經驗也較為豐富［5-6］。

現行規范中，T/CRSC 0101—2017 未規定具體可供選擇的無砟軌道結構形式，T/CCES 2—2017 明確規定市域快速軌道交通宜采用雙塊式、板式等預制結構形式。具體設計時無砟軌道結構形式須結合設計速度、線下工程類型、環境條件等具體情況綜合考慮，建議無砟軌道選型可選擇雙塊式、板式、彈性支承塊式、長枕埋入式、承臺式等結構形式，道岔區采用軌枕埋入式或板式無砟軌道。

6 軌道減振

無砟軌道選型與設計需要考慮減振降噪的要求。城市軌道交通減振已有成熟產品，如軌道減振器扣件、LORD 扣件、雙層非線性壓縮型減振扣件、梯形（縱向）軌枕、減振墊、鋼彈簧浮置板等［7-9］。相對而言，市域鐵路速度更高、軸重更大，目前尚無成熟產品。軌道減振設計和減振結構不能照搬地鐵的經驗和產品。

CRTS Ⅰ型減振板式無砟軌道系統已有很多應用，在我國的贛龍鐵路、遂渝鐵路、武廣高速鐵路、廣深港高速鐵路等線路均有鋪設。與CRTS Ⅰ型板式無砟軌道相比，CRTS Ⅰ型減振板式無砟軌道在CA砂漿調整層下鋪設了彈性墊層，采用隔離式隔振墊，通過圓臺狀橡膠彈簧提供彈性［10］，見圖1。

圖1 橡膠墊層

減振型雙塊式無砟軌道是在雙塊式無砟軌道的基礎上，在道床板和底座之間設置了彈性隔振墊板。該結構在德國和中國臺灣的高速鐵路，以及中國香港地鐵中有所應用。彈性支承塊式無砟軌道本身即為減振型軌道，在中國、瑞士、法國、英國等國的地鐵和鐵路隧道內廣泛應用，軌道結構的垂直彈性由軌下和塊下雙層彈性墊板提供，最大程度模擬了傳統碎石道床的結構承載特性。鋼彈簧浮置板軌道具有良好的隔振效果，它由彈性支承的鋼筋混凝土臺板，以及與臺板澆筑成一體的彈簧隔振器組成，在彈簧隔振器支承面上澆筑臺板，然后由彈簧隔振器抬起。該結構主要應用于地鐵中，如北京地鐵14 號線、上海地鐵16 號線、臺州市域鐵路等。

采用CRTS Ⅰ型板式無砟軌道、雙塊式無砟軌道等國鐵常用無砟軌道結構形式有減振需求時須進行特殊設計及論證。標準中軌道減振主要采取振動源控制措施，比如使用減振扣件、軌枕減振、采用浮置板道床等減振措施。

7 到發線、配線軌道結構

綜合T/CCES 2—2017和T/CRSC 0101—2017的規定，建議對于出入段線路、動態試驗線及與正線緊鄰的到發線軌道類型宜與正線保持一致；對于地下車站、高架車站或站臺范圍架設空層的車站配線宜采用無砟軌道。為方便日后運營維護，且考慮到與正線相鄰的到發線線下基礎與正線相比無本質差別，當正線采用無砟軌道時，與正線緊鄰的到發線宜采用無砟軌道。

8 結論

本文總結了T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設計規范》、T/CRSC 0101—2017《市域鐵路設計規范》、GB 50157—2013《地鐵設計規范》等既有標準的異同，針對市域鐵路軌道建設，給出以下建議：

1）市域鐵路軌底坡采用1：40。

2）曲線超高最大值不得超過150 mm。未被平衡的欠、過超高一般不應大于70 mm，困難條件下不應大于90 mm。

3）正線鋼軌可采用 25 m 定尺長、60 kg/m 鋼軌。當市域鐵路項目與國鐵互聯互通且具備長鋼軌運輸條件時，優先采用100 m 定尺長鋼軌。建議按照曲線半徑分地段合理選用耐磨性好的U75V 材質鋼軌或疲勞韌性高的U71Mn材質鋼軌。

4）目前市域鐵路主要采用 WJ?7B 型和 FC?15A 扣件，直接套用高速鐵路用扣件，既不經濟，也無法更好地適應市域鐵路減振要求。因此，迫切需要根據市域鐵路線路條件、荷載標準、減振等需求，研發適用于市域鐵路各類地段的扣件。

5）市域鐵路軌道結構一般采用無砟軌道，多采用雙塊式無砟軌道，也可選用板式、枕式無砟軌道等其他結構形式。利用既有線路改造的市域鐵路，宜采用有砟軌道結構形式。

6）市域鐵路應采用分級減振措施。可采用減振扣件、軌枕減振、隔振墊道床等，部分特殊情況采用鋼彈簧浮置板減振道床。減振措施與聲屏障配合使用進行降噪。