市郊鐵路軌道關鍵技術標準研究

趙青

（1.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037；2.北京市軌道結構工程技術研究中心，北京 100037；3.城市軌道交通綠色與安全建造技術國家工程研究中心，北京 100037）

1 引言

目前，我國已經進入了從交通大國轉向交通強國發展的戰略階段，為建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強國，必須堅持創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念。與普通鐵路相比，新建市郊鐵路的主要特點在于列車運營的高速度及高密度，其目標是高安全性和旅客乘坐的高舒適性。從創新發展方面來看，改建既有鐵路的市郊鐵路在最大限度地保留既有鐵路可用資源的基礎上，通過增建二線、運輸組織優化、信號改造等方面的創新，實現了市郊鐵路適應化改造，在承擔國鐵基本聯絡功能的基礎上，做到了市郊列車公交化開行，最大可能滿足了城市交通功能，具備較強的創新性。

我國已建成一批市郊鐵路示范線，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、上海金山市郊鐵路等。

截至2021年，北京 市運營有S2線（黃土店至延慶站）、城市副中心線（良鄉站至喬莊東站）、懷柔—密云線（北京北站至古北口站）、通密線（通州西站至密云北站、懷柔北站）4條市郊鐵路線路，營業總里程364.5 km。

市郊鐵路軌道關鍵技術標準必須結合其項目特點、運營要求、地域條件等綜合研究確定。本文對比既有規范技術指標，綜合總結分析并提出相適應的建議[1-2]。

本文主要通過對比TB 10623—2014《城際鐵路設計規范》[3]、TB 10082—2017《鐵路軌道設計規范》[4]、T/CRS C0101—2017《市域鐵路設計規范》[5]、T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設計規范》[6]、TB 10624—2020《市域（郊）鐵路設計規范》[7]等既有標準的異同，給出軌道關鍵技術參數或技術方案的設計建議。

2 技術標準研究

2.1 鋼軌選型

市郊鐵路由于車速較快，為了提高鋼軌的平順性，鋼軌定尺長度宜采用100 m長鋼軌。60 kg/m鋼軌主要有兩種廓型：標準60 kg/m鋼軌（簡稱“60”）和60N kg/m鋼軌（簡稱“60N”）。60N鋼軌是在60鋼軌廓型的基礎上，按照盡量少改動原鋼軌幾何尺寸的原則，在輪軌接觸面進行局部改進。60N與60鋼軌廓型最大的差異即鋼軌軌頭廓型的不同。60N鋼軌具有以下優勢：（1）有效改善輪軌接觸，降低接觸應力；（2）減少預打磨量；（3）有效提高經濟效益。60N與60鋼軌廓型對比如圖1所示。

圖1 60N與60鋼軌廓型對比

考慮到市郊鐵路多臨近主城區，規定曲線半徑小于或等于2 800 m地段采用熱處理鋼軌，將導致全線熱處理鋼軌比例偏高，車輪磨耗加劇，半徑小于或等于800 m的曲線地段采用熱處理鋼軌，將導致全線熱處理鋼軌比例偏低，鋼軌磨耗加劇。因此，建議折中考慮半徑小于或等于1 800 m的曲線地段采用熱處理鋼軌。

綜上所述，正線宜采用100 m定尺長60N鋼軌，困難條件下可采用25 m定尺長，但應設置臨時焊軌基地，將鋼軌焊接成100 m或以上的長軌條；建議半徑小于或等于1 800 m的曲線地段應采用同材質的在線熱處理鋼軌。

2.2 軌底坡

軌底坡選用合適可使輪軌接觸面最大，可降低接觸應力，減少輪軌疲勞損傷；減輕軌頭及踏面不均勻磨耗，減少軌道打磨量，延長鋼軌及車輪的使用壽命；增大牽引黏著力，獲得最佳的運行效率。對比各本規范可知軌底坡均一致。因此，市郊鐵路軌底坡采用1∶40。

2.3 曲線超高值

各部規范中超高值的對比如表1所示。

表1 最大超高值、欠、過超高允許值對比表

實際設置超高需根據安全條件允許最大超高值、舒適條件要求的最大超高值、實際運營養護條件下最大超高值，綜合考慮分析：市郊鐵路最大超高值采用150 mm。

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。基于既有鐵路增建復線兼顧貨運功能的市郊鐵路曲線超高設置應根據通過曲線的客、貨列車運行速度，綜合考慮優先滿足旅客舒適性，其次滿足貨物列車對鋼軌磨耗的影響。市郊鐵路建議采用：欠、過超高一般條件下不應大于60 mm，困難條件下不應大于90 mm。

2.4 軌距加寬

在小半徑曲線地段，為使列車順利通過，并減少輪軌間的橫向水平力，減少輪軌磨耗和軌道變形，一般需要對軌距進行適量加寬。

曲線軌距加寬值需要考慮不同類型車輛轉向架的結構尺寸，按車輛曲線通過性能的要求進行檢算。市郊鐵路常用車輛一般為市域D型車或CRH型車，軌距加寬值應結合車輛類型確定。

2.5 道岔型式

各部規范中道岔型式的對比見表2所示。

表2 道岔型式對比表

道岔是控制行車速度的關鍵設備，道岔號數的選擇，一般應根據列車的運行方式、列車設計速度以及要求的道岔側向允許通過速度來確定。

可動心軌轍叉可以有效提高道岔的直向容許通過速度，延長道岔的使用壽命，改善旅客乘坐舒適度，但與固定轍叉相比，現場養護維修難度大，投資大。根據國內的使用經驗，固定型轍叉的單開道岔，直向容許通過速度最高可達160 km/h，正線通過速度不小于160 km/h的路段，不應采用交叉渡線，道岔應采用可動心軌轍叉，道岔號數應不小于9號；車站一體化開發的地段，減振要求高，從減振降噪的角度考慮，也可采用可動心軌轍叉。

2.6 軌道結構選型

軌道結構形式主要分為有砟軌道和無砟軌道兩大類，如圖2所示。

圖2 不同軌道結構形式對比

對于有砟軌道，現有規范規定均一致。道床肩寬不應小于400 mm。曲線半徑小于800 m時，曲線外側道砟肩寬應加寬100 mm。道床邊坡應采用1∶1.75，鋪設無縫線路的有砟軌道砟肩應堆高150 mm。有砟軌道對基礎的適應性較好、容易實現沉降的調整；造價低、維修方便；道床彈性較好，減振降噪性能相對較好；但會產生道砟及粉塵污染且維修量大。利用既有鐵路開行市郊鐵路，如既有線采用的是有砟軌道，且存在貨運車輛走行的前提下，如條件許可，既有鐵路增建復線應優先考慮軌道結構采用有砟軌道。

無砟軌道結構總體分為預制式和現澆式兩大類。板式無砟軌道能滿足市郊鐵路技術標準，但造價較高，對板下基礎要求較高；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接合較好，保持軌道幾何行為能力強，且具備一定的可維修性。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、經濟性、產業化需求等具體情況綜合考慮。

2.7 無縫線路設計方案

各部規范中對無縫線路設計方案的對比見表3所示。

表3 無縫線路設計方案對比表

無縫線路設計應根據線路條件、運營條件、氣候條件及軌道類型等因素進行強度、穩定性、斷縫安全性等檢算，并確定設計鎖定軌溫。無縫線路設計應符合TB 10015—2012《鐵路無縫線路設計規范》[8]等相關規范的規定。

市郊鐵路相對于地鐵而言，速度高、軸重大、旅客乘坐時間長、舒適性要求高，采用跨區間無縫線路具有明顯的技術經濟優勢。線路一次鋪設跨區間無縫線路，道岔內部焊接或膠結，與長軌條焊接。正線道岔不應跨越梁縫，道岔始端、終端至梁縫的距離應符合下列規定：溫暖地區10 m，寒冷地區18 m。橋上鋪設無縫線路及無縫道岔時，軌道和橋梁應系統設計[9]，并盡量減少鋼軌伸縮調節器的設置。

3 研究結論

綜上所述，根據市郊鐵路的功能定位“充分保障市郊鐵路公交化運營、保障鐵路干線聯絡功能”的要求，經過對多部相關規范的對比研究，市郊鐵路軌道的關鍵技術標準建議采用如下。

1）選用100 m定尺長60N鋼軌，有砟軌道及無砟軌道相匹配的扣件系統及軌枕數量，并符合彈性連續、結構等強及合理匹配的原則。

2）軌底坡采用1∶40。

3）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60 mm，困難條件下不應大于90 mm。

4）軌距加寬值應結合具體車輛類型確定。

5）直向容許通過速度不大于160 km/h，可采用固定轍叉道岔；直向容許通過速度大于160 km/h，應采用可動心軌道岔。

6）市郊鐵路利用既有鐵路線路改造的，應優先考慮采用有砟軌道。新建市郊鐵路一般采用無砟軌道，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。

7）市郊鐵路具有短站距、小編組、高速度、高密度、線路主要經過發達地區等特點，軌道線路應優先考慮采用一次鋪設跨區間無縫線路，減少振動及降噪。