城市軌道交通整體道床改造工程特點及其實施建議

高偉君 沙金碩 安彥坤 趙澤鵬

(北京市市政工程設計研究總院有限公司，100082，北京 ∥ 第一作者，高級工程師)

隨著城市軌道交通線路運營年限的不斷增長，以及客流量的不斷增加，線路運營過程中軌道結構的各種病害逐步呈現。對軌道結構的不同病害需采取不同的應對方案和措施，對于道床嚴重病害或者振動、噪聲嚴重超標地段需要進行道床改造。軌道結構整體道床改造工程是一項綜合性、系統性的工程，必須采取科學的研究方法，制定合理的設計、施工組織方案，以達到預期效果，并為后續類似工程提供方向選擇。

1 整體道床病害及改造案例分析

軌道結構常見病害主要有以下幾種：

1) 鋼軌病害：鋼軌焊縫和接頭病害，鋼軌波磨及側磨，鋼軌肥邊，鋼軌魚鱗傷。

2) 扣件病害：橡膠墊板破裂，橡膠墊板竄出或失效，軌距擋塊破壞，彈條/鐵墊板銹蝕，彈條斷裂。

3) 道床病害：道床空吊、道床開裂、混凝土剝離[3]。

除常見病害外，振動噪聲超標問題也逐漸顯現，多表現為減振失效、振動噪聲超標。類似問題近年來愈發凸顯。我國各城市的軌道交通運營過程中，均存在著振動噪聲超標問題，影響乘客的乘坐舒適度，甚至影響行車安全。對于振動噪聲超標的治理，采用鋼軌打磨維護及更換扣件等措施起到了一定效果。但由于受改造手段的限制，這些措施往往治標不治本，未能進行整體道床改造，僅能起到緩解效果。

以北京地鐵為例，隨著運營線路規模的增長和線路運營年限的增加，北京地鐵對多條線路進行了軌道結構改造。以下分別介紹機場線、6號線、4號線、大興線的改造案例。

1.1 首都機場線軌道脫空病害治理

首都機場線2號航站樓站至3號航站樓站區間洞體發生沉降(位于航站樓站—三元橋站區間)，通過對兩線道床進行鉆孔測量發現，東線(2號航站樓站至3號航站樓站區間)最大脫空點出現在No.19環管片處，脫空量約為16 mm；西線(2號航站樓至三元橋站區間)最大脫空點出現在No.10環處，脫空量約為15 mm。

治理之前，對此區段一直進行限速處理，限速速度為15 km/h。同時，為了暫時應對隧道結構下沉引起的軌道不均勻沉降，東西兩線在該區段皆通過增加板下調高墊片進行應急處理。在區間封閉施工階段，通過更換扣件鐵墊板、軌道板下注漿填充等方案進行了綜合治理。經過綜合驗收，軌道結構幾何形位穩定、線路平順性滿足運營單位相關條例要求，運營至今線路設備穩定無異常。

1.2 6號線軌道上浮病害治理

2019年8月6日，因受17號線施工影響，6號線隧道整體上浮，軌道結構上浮嚴重超過扣件調高量，導致6號線上行朝陽門站至東大橋站區間限速運營，對線路的正常運營造成了較大的影響。通過緊急搶修，拆除縱形軌枕道床結構，剔除部分道床仰拱混凝土，重新實施整體道床，在較短時間內解決了整體道床上浮問題。因受實施條件限制，遺留了道床開裂等部分問題。

1.3 4號線剪切型減振器改造

從2009年開始，對4號線剪切型減振器地段異常波磨開展了為期6年的整治工作。通過設置試驗段、現場振動測試、鋼軌磨耗測試等技術手段，對4號線部分地段剪切型減振器扣件進行了現場改造。至今，共改造剪切型減振器異常波磨地段6.761 km，采用的措施為原位更換北京市政總院專利產品——彈條II-3型扣件[4]。通過對剛度阻尼系統進行調整，有效抑制了鋼軌異常波磨情況，達到了預期的改造目的。但由于僅進行了扣件更換，受當時施工條件和復雜施工環境限制，沒有解決軌底坡實際狀態不合理、板下混凝土不密實等問題。

1.4 大興線振動超標問題治理

在大興線試運營后期中，多次接到高米店北站—高米店南站區間青島嘉園居民有關振動擾民的投訴。青島嘉園距離大興線線路中線最近約12. 5 m，區間隧道結構為馬蹄形復合式襯砌結構，結構覆土深度為8.0～9.6 m。

通過現場調研、振動測試等一系列手段分析振動擾民的原因，采取了限速及改造扣件措施。改造后的線路振動噪聲滿足GB 10070—1988《城市區域環境振動標準》中的“特殊住宅區”標準要求。

1.5 小結

軌道結構作為直接承載列車的重要結構，其狀況直接影響列車運行的安全性、穩定性和乘坐舒適度。因整體道床的改造實施復雜，以往涉及整體道床的改造，往往“避其鋒芒”，通過采取限速、鋼軌打磨、扣件改造等措施，臨時性解決道床病害問題。隨著線路運營時間的不斷增加，對整體道床進行改造的需求日益增長，改造量逐漸增大，改造的徹底性要求越來越高。整體道床改造已成為城市軌道交通運營中不可回避的問題。

綜合以上案例及國內其他改造案例分析，可將城市軌道交通整體道床改造需求分為應急搶修、病害治理和環保升級三類。這三類改造需求的主要適用情況如下：

1) 應急搶修適用情況：特殊地質段，存在較大運營風險，易導致緊急情況發生；沿線的重大工程施工，屬于潛在風險源，易導致緊急情況發生。

2) 病害治理適用情況：軌道結構病害，造成運營維護工作量增大，嚴重時影響行車安全。

3) 環保升級適用情況：振動噪聲超標問題，給沿線居民和乘客帶來不便。

2 整體道床改造工程施工特點和實施原則

2.1 整體道床改造工程施工特點

1) 安全性要求高。軌道的穩定性和平順性直接影響列車運行安全，軌道結構的改造勢必對軌道的穩定性和平順性造成潛在不利影響，因此對整體道床改造實施方案有極高的要求。

2) 施工時間短。為減少對線路運營的影響，整體道床改造施工多在夜晚天窗點進行，施工時間短。

3) 施工環境復雜。運營線路區間的工作面狹小，同時設有供電、通信、信號、暖通、消防等專業的多種設備，復雜的施工環境給施工組織造成了極大困難。

2.2 整體道床改造工程實施原則

1) 安全第一。整體道床改造工程的實施應確保運營線路的安全。

2) 改造方案應“因線制宜，因事施策”。因受線路條件、線路取得、道床型式、病害類型、預期目標、運營管理等多種因素影響，整體道床改造方案應“因線制宜，因事施策”。

3) 設計方案要兼具安全性和可實施性。通過充分研判現場條件，以問題為導向制定改造方案。既要保障方案的合理性、安全性和可靠性，又要充分考慮方案的可實施性。

4) 施工方案要兼顧安全和效率。以確保施工安全和提高施工效率為目的，提高施工的機械化、自動化、智能化程度，充分滿足天窗施工條件，確保設計理念落地。

3 整體道床改造工程實施建議

1) 整體道床改造方案受多種因素影響，方案的制定應“因線制宜,因事施策”。

2) 對于特殊地質段、臨線大型工程重要節點，應編制整體道床應急搶修預案，以最大程度降低緊急事故造成的不利影響。

3) 搭建合理的城市軌道交通運營維護體系。建議將針對病害治理的整體道床改造納入該體系的“狀態修”范圍，而不是“故障修”，通過應急搶險搶修方式進行處理。

4) 隨著我國社會主要矛盾轉換化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，城市軌道交通面臨環保升級需求，而現行環評標準較低，已難以滿足人民的需要。針對以振動噪聲投訴為特色的環保升級，建議從日常運營維護、常規改造、整體道床改造、產品升級等多個方面研究建立分級應對處理系統。

5) 隨著整體道床改造需求的不斷增長，為確保城市軌道交通的正常運營，提供高品質的城市軌道交通服務，開展整體道床改造成套關鍵技術及設備的研究已十分緊迫，建議積極開展相關技術的研究工作。