北京城市鐵路軌道專業(yè)設計總結

【摘要】系統(tǒng)總結城市鐵路軌道結構設計狀況,主要介紹為解決工程急需及以提高軌道設備質量為目的的軌道彈性扣件系列、道岔系列、地面線預應力混凝土軌枕等新產品的開發(fā)和地面線一次鋪設無縫線路、鋼彈簧浮置板道床等新技術的應用。【關鍵詞】城市軌道交通　軌道　扣件　無縫線路　道岔　設計總結
1 　設計過程
北京城市鐵路(西直門—東直門) 是全國第一條集地下線、高架線和地面線于同一工程的城市快速軌道交通線路。在全線軌道結構的設計過程中,遇到了很多新的課題,為適應這種立體線路的鋪設方式,設計的重點是把地下線、高架線和地面線的軌道配置統(tǒng)一起來,根據本工程的特點開發(fā)新型軌道產品。同時,將國鐵近年來的軌道施工、設計新技術靈活地應用于本工程,使北京城鐵的軌道設計技術含量高、結構合理,達到少維修、低振動、環(huán)保的總設計目的。
在各軌道部件設計開發(fā)過程中,參考了國鐵近年來的先進技術,并就其技術可行性、制造工藝等問題反復研究。對特別重要的部件,進行了工廠試制、試驗及設計驗證工作。所采用的新技術諸如地面線一次鋪設無縫線路技術、鋼彈簧浮置板道床等,均分專題舉行了專家評審會,逐項落實。就全線減振方案等重大問題及時與建設單位溝通,確定設計原則。本工程完成設計文件30 冊,包括軌道部件產品圖、工程圖、設計說明及施工細則等。
2 　主要技術標準
本工程是標準軌距雙線全封閉、全立交線路。
(1) 采用60 kgΠm 鋼軌,地面線R ≥600 m , 地下線及高架線均鋪設無縫線路。
(2) 地下線采用彈性分開式DT Ⅵ2 型扣件及短軌枕、鋼筋混凝土整體道床。
(3) 高架線采用彈性分開式DT Ⅶ2 型扣件及短軌枕、鋼筋混凝土整體道床,在線路平縱斷面的薄弱地段鋪設防脫護軌。
(4) 地面線及過渡段采用彈性不分開式DT Ⅵ3 型扣件、DT1 型預應力混凝土枕、碎石道床; 碎石道床與整體道床之間設過渡段。在兩段整體道床間的地面線很短時設土質路基整體道床,以減少整體道床與碎石道床的交替次數。
(5) 采用60 kgΠm 鋼軌9 號單開道岔及單渡線、交叉渡線。
(6) 根據沿線環(huán)境,采取分級減振措施。
3 　軌道結構設計
3.1 　扣件與軌枕簡介
全線共有五種扣件類型,不同扣件與相應的軌枕配套使用。在直線及半徑大于400 m 的曲線地段,鋪枕根數為1 680 根Πkm , 其余均為1 760 根Πkm 。扣件及軌枕明細表見表1 。
表1 　扣件及軌枕明細表

3.1.1 　地下線DT Ⅵ2 型扣件及短軌枕DT Ⅵ2 型扣件是為本工程新設計的無擋肩彈性分開式扣件,用于地下隧道內及U 形結構地段。扣件垂直靜剛度為20～40 kNΠmm , 一組扣件的防爬阻力不小于1115 kN , 軌距調整量為+8-12mm , 高度調整量一般為0 ～15 mm 。短軌枕無擋肩,長450 mm , 鋼筋混凝土結構,橫斷面下部為楔形,伸出鋼筋鉤以加強與道床混凝土的聯結,采用C50 混凝土,在工廠預制。

3.1.2 　高架橋DT Ⅶ2 型扣件及短軌枕
DT Ⅶ2 型扣件為無擋肩彈性分開式,用于高架線及加固路基地段。扣件垂直靜剛度為50～70 kNΠmm ; 扣件軌下墊板分橡膠墊板和復合膠板兩種,即扣件的縱向阻力可以調整。具有較大的軌距、高度調整量:軌距調整量為+8-16mm , 高度調整量為40 mm 。該扣件的主要特點是可以減少梁軌縱向阻力。
短軌枕為無擋肩式,長560 mm , 鋼筋混凝土結構。橫斷面下部為楔形,下部伸出鋼筋鉤以加強與道床混凝土的聯結。短軌枕采用C50 混凝土,在工廠預制。

3.1.3 　地面線DT Ⅵ3 型扣件及DT1 型預應力混凝土軌枕DT Ⅵ3 型扣件為無螺栓彈性不分開式,用于土質路基混凝土枕碎石道床地段。扣件垂直靜剛度為40 ～60 kNΠmm , 軌距調整量為+4-8mm , 不能調高。該扣件的零部件少,養(yǎng)護維修量小。
DT1 型預應力混凝土軌枕為無擋肩式,預應力混凝土結構,長215 m(A 型) 。為連接接觸軌,設計了長2155 m 的B 型枕,該軌枕采用C60 混凝土,工廠預制, 軌枕內預埋DT Ⅵ3 型扣件的4 個預埋鐵座。根據接觸軌的安裝要求,A 型與B 型軌枕數量的比例為5∶1 。

3.1.4 　地面線道岔兩端部位DT Ⅵ1 型扣件及木枕該扣件為彈性分開式,用于木枕碎石道床。軌下橡膠墊板、軌距墊、彈條等部件均與DT Ⅵ2 型扣件的相同,與木枕相連的鐵墊板、螺紋道釘等與DCZ311 道岔扣件相同。采用Ⅰ 類防腐木枕,技術條件按GB 154 —84 《防腐枕木》執(zhí)行。

3.1.5 　D Ⅰ 軌道減振器扣件及短軌枕
高架車站的軌道按較高減振要求地段設計,力求減少振動和噪聲。采用國內成熟的D Ⅰ 軌道減振器扣件,上海地鐵一、二號線、廣州地鐵一號線均采用了這種扣件,該扣件為彈性分開式、無擋肩,其承軌板、底座與橡膠圈硫化為一整體,較充分地利用了橡膠的剪切變形、動彈性好,目前該扣件的制造工藝、原材料品質及配方經改進后,產品質量得到改善,疲勞壽命及減振持久性能得到進一步提高。

3.2 　道床
3.2.1 　地下線短枕式整體道床
道床混凝土強度等級為C30 , 道床內布設單層鋼筋網,縱向鋼筋兼作雜散電流的排流筋。軌道建筑高度(兩軌頂連線與線路中心線的交點至隧道底的最小厚度) 為550 mm ; 曲線超高采取外股鋼軌抬高超高值的一半、內股鋼軌降低超高值一半的辦法設置;道床設中心水溝,軌下部分道床面比短軌枕頂面低30 mm , 道床面向中心水溝設3%的向下橫坡; 整體道床每隔1215 m 左右設置道床伸縮縫一處,用20 mm 厚瀝青板設置。

3.2.2 　高架線短枕式整體道床
每跨梁上整體道床分塊布置,一般道床塊長519 m(Z6 型) 。為避讓梁縫,梁端道床塊實際長度為5185 m(ZD6 型),梁中部有適應各種梁長而配置的短道床塊(Zn 型, n < 6 m) 。ZD6 型道床塊的間隔,梁縫處為200 mm , 其余均為100 mm 。道床混凝土強度等級為C40 , 道床內設兩層鋼筋網,縱向鋼筋兼作雜散電流的排流筋。軌道建筑高度(內軌頂面至梁面的最小厚度) 為500 mm 。為加強道床混凝土與梁面的聯結,梁面上要預埋豎向鋼筋鉤,道床混凝土施工時,應先將豎向鋼筋鉤扶正,并將位于道床塊縫隙間的豎向鋼筋鉤去掉。曲線超高采取抬高外股鋼軌設置。

3.2.3 　地面線碎石道床
本工程碎石道床包括混凝土枕碎石道床、木枕碎石道床、單體橋碎石道床、整體道床與碎石道床的過渡段等。土質路基上的道床采用雙層碎石道床,道床厚45 cm , 其中道碴層厚25 cm , 底碴層厚20 cm 。道床邊坡1∶1.75 , 道床肩寬40 cm , 軌道建筑高度(內軌頂至路肩坡腳) 為99.5 cm 。單體橋碎石道床采用單層碎石道床。混凝土枕在道床中的埋深為165 mm , 木枕在道床中的埋深為130 mm 。道碴采用TBΠT 2140 —90 《鐵路碎石道碴》中的一級道碴。底碴應符合TBΠT 2897 《鐵路碎石道床底碴》的規(guī)定。
3.3 　道岔及其道床
本工程采用60 kgΠm 鋼軌9 號單開道岔及5 m 間距交叉渡線。在西直門、立水橋等站,道岔鋪設于高架橋上;東直門站的道岔鋪設于隧道內;回龍觀等其余有岔站的道岔均鋪設于地面線上。全線共設計道岔圖四冊,以適應不同線路鋪設方式,見表2 。

3.3.1 　高架橋上道岔整體道床
單開道岔采用60AT 直線型尖軌、固定型高錳鋼轍叉,一般部位采用彈性分開式DT Ⅵ2 型扣件。道岔全長291329 m(前長131599 m , 后長15173 m) 。交叉渡線轉轍器與單開道岔相同,轍叉均為高錳鋼整鑄式,一般部位采用DT Ⅵ2 型扣件。

表2 　道岔明細表道岔編號標等。

與工務有關的信號標志有限速標、停岔枕為無擋肩鋼筋混凝土短岔枕。短岔枕內預埋尼龍?zhí)坠?孔位依據道岔鐵墊板釘孔確定。單開道岔中除采用DT Ⅵ2 型扣件的地段用短軌枕外,其余地段采用截面均相同、長度分別為400 、670 、780 mm 的短岔枕。
高架橋上道岔整體道床的基本型式與區(qū)間高架橋整體道床相同,只是由于道岔軌線變化帶來道床寬度的變化。單開道岔整體道床分為6 個道床塊,整體道床全長331899 m ,即道岔道床前、后端距岔心分別為131599 m 和2013 m。5 m 間距交叉渡線整體道床除采用單開道岔整體道床的道床塊外,在對稱軸線處有兩個特殊道床塊。

3.3.2 　地面線木枕碎石道床道岔
單開道岔結構與DCZ211 相同,交叉渡線道岔結構與DCZ311 相同。道床的型式尺寸及材質要求同區(qū)間碎石道床。單開道岔道床全長371379 m ,即道岔道床前、后端距岔心分別為131599 m 和23178 m。

3.4 　橋上護軌
本線僅在高架橋上車輪可能爬軌的地段設防脫護軌。防脫護軌是一種安裝方便、價格適中、可預防脫軌的裝置,安裝在鋼軌內側,與軌底連接。根據線路平縱斷面的特性,確定防脫護軌的設置地段為:
(1) 對半徑R ≤400 m 曲線的緩圓點、圓緩點前后50 m(圓曲線部分20 m ,緩和曲線部分30 m) ,在下股鋼軌內側設防脫護軌。
(2) 對高架橋跨越北三環(huán)、北四環(huán)、八達嶺高速公路等主要道路地段,在靠近橋梁中線一側的兩股鋼軌內側設置防脫護軌。

3.5 　線路及信號標志
線路標志有百米標、坡度標、曲線標、圓曲線和緩車標、終點停車標、警沖標和車擋表示器等。標志采用兩種型式,一種用于碎石道床,一種用于整體道床,以適應不同限界及安設方式。碎石道床地段用標志主要參考專線8028《線路及信號標志圖集》進行編制,根據本工程具體情況對采用標志進行了局部修改,并增加了百米標及道岔編號標。
整體道床地段用標志力求與北京已運營地鐵的標志統(tǒng)一。為確保行車安全、增加標志的顯示距離,行車用標志均采用反光材料作為標志面,反光材料為Ⅰ、Ⅱ 級逆反射材料,其余標志均采用搪瓷板。

4 　新產品開發(fā)
4.1 　新型鋼軌扣件系列的設計開發(fā)

4.1.1 　DT Ⅵ型系列扣件
該系列扣件適用于除高架橋之外地段的60 kgΠm 鋼軌,包括DT Ⅵ1 型、DT Ⅵ2 型及DT Ⅵ3 型扣件。地鐵用扣件應有足夠的扣壓力和耐久性,以確保軌道結構的穩(wěn)定性;應具有方便地調整鋼軌水平、軌距的能力;應具有較高彈性并滿足電氣絕緣的要求;同時應力爭達到零部件少、安裝調試方便及減小維修工作量的要求。為適應城鐵軌道結構的多樣性,本線共設計采用五種扣件,見表1 。對于本工程而言,更應減少各種扣件零部件的種類,以方便通用互換。
(1) 彈性分開式DT Ⅵ2 型扣件的設計開發(fā)
該扣件用于地下線短枕式整體道床,應具有良好的彈性、較大的軌距和高度調整能力,以適應整體道床軌道彈性差、施工后很難調整的特點。我院曾為復八線設計了有擋肩彈性分開式DT Ⅵ型扣件,該扣件采用類似英國Pandrol 扣件的無螺栓彈條,使扣件扣壓力均勻、零部件少,省去傳統(tǒng)扣件螺栓復擰、涂油等工序,大大地減少了養(yǎng)護維修工作量。
本工程扣件設計結合近年來國鐵扣件的發(fā)展,以有擋肩DT Ⅵ型扣件為基礎,取消其擋肩,通過提高螺旋道釘的強度提高扣件抗橫向力的能力,形成新設計的無擋肩DT Ⅵ2 型扣件。通過這一改進,取消了扣件及配套使用的鋼筋混凝土短軌枕的擋肩,簡化了扣件及軌枕的制造工藝,減少了扣件零部件數量,方便了軌道軌距和高度的調整。
(2) 彈性不分開式DT Ⅵ3 型扣件的設計開發(fā)
以往地鐵的地面線較短,均采用木枕碎石道床。在北京地鐵復八線洞口U 形結構外至終點四惠東站間的木枕上, 采用DT Ⅵ型扣件系列 —DT Ⅵ1 型扣和曲線始終點標、橋號標、涵洞標、水準點標、水位標、件,兩者的扣壓鋼軌形式一致,只是將鐵墊板與木枕的連接方式改為螺紋道釘。本線在木岔枕兩端的過渡用木枕上也采用DT Ⅵ1 型扣件。
北京城鐵的地面線占全線的5513 % , 是全國城市軌道交通中第一條以地面線為主的線路。用于地面線的扣件是影響全線施工工藝、養(yǎng)護維修方法的關鍵,也是實現地面線能否一次鋪設無縫線路的關鍵。因此, 本工程開發(fā)設計了地面線碎石道床混凝土枕用DT Ⅵ3 型扣件。該扣件設計主要參考了國鐵“彈條Ⅲ 型扣件” 的設計經驗,采用D1 彈條,將扣件鐵座直接預埋于混凝土枕中。其主要結構特點如下: ① 結構簡單,最大限度地減少了扣件零部件數量; ② 扣壓力均勻; ③ 保持軌距和抗橫向力能力強; ④ 扣件保持安裝方便,基本無維修; ⑤ 不使用傳統(tǒng)的硫磺錨固技術,可消除熱硫磺錨固產生的殘余應力,并避免了環(huán)境污染。
通過本工程在扣件設計方面的技術開發(fā),使我院在北京地鐵復八線項目中開發(fā)的DT Ⅵ 型扣件系列得到進一步完善和補充,并形成主要零部件可通用互換。分別用于木枕及預應力混凝土枕碎石道床、鋼筋混凝土短枕式整體道床的扣件系列為DT Ⅵ1 型、DT Ⅵ3 型和DT Ⅵ2 型扣件系列。

4.1.2 　DT Ⅶ2 型扣件
DT Ⅶ 型扣件適用于鋪設高架橋整體道床地段的60 kgΠm 鋼軌,是在我院為上海地鐵二號線東延伸線高架橋設計的DT Ⅶ 型扣件基礎上,考慮與本工程DT Ⅵ 型扣件系列零部件盡量統(tǒng)一而進行的改進設計。
高架橋上扣件的設計主要解決兩個特殊問題: 一是如何減小扣件的縱向阻力。高架橋隨溫度變化而伸縮,無縫線路長鋼軌由于扣件縱向力有阻止橋梁伸縮的趨勢,梁軌間產生縱向附加力,使墩臺和鋼軌的受力均加大。因此在保證鋼軌基本扣壓力的前提下,應盡量減少扣件的縱向阻力;二是要有足夠的軌距、高度調整能力以調整由于橋梁上拱和墩臺工后沉降引起的軌面變化。DT Ⅶ2 型扣件的主要特點是:
(1) 采用特殊設計的彈條,通過加大彈條受力點至扣壓鋼軌點的距離,減小彈條的扣壓力。
(2) 軌下采用復合膠板(橡膠墊板上表面粘貼不銹鋼板) 以減小鋼軌縱向摩擦系數。
(3) 采用軌下、鐵墊板下雙調高的結構,可使扣件調高量達40 mm , 以滿足橋上調高量的要求。

4.2 　DT1 型預應力混凝土枕的設計開發(fā)
北京地鐵復八線地面線采用219 m 長的木枕。由于本工程地面線占全線的55 % , 若仍采用木枕,則木材成本高、壽命短、道床及路基需加寬等問題變得十分突出。若采用國鐵目前使用的預應力混凝土枕,則無法解決接觸軌安裝等問題。為此, 我們開發(fā)設計了DT1 型預應力混凝土枕,設計過程如下: ① 確定外荷載:列車荷載按軸重140 kN 、最高速度80 kmΠh 確定, 接觸軌作用在軌枕上的力除其自重外還計入斷電相斥力215 kN ; ② 設計軌枕的外形并計算外荷載彎矩; ③ 進行結構設計。軌枕采用C60 混凝土、8 <7 mm 螺旋肋預應力鋼絲,預應力鋼絲的總張拉力為325 kN 。該軌枕的結構承載能力與國鐵Ⅱ 型預應力混凝土枕相當。軌道強度檢算結果表明,DT1 型預應力混凝土枕的道床、路基頂面應力等比國鐵Ⅱ 型預應力混凝土枕的相應值均有所減小。

DT1 型預應力混凝土枕設計的重點是,在不加長軌枕的前提下,滿足接觸軌與軌枕可靠連接的要求:接觸軌與走行軌的相對位置固定,即接觸軌需固定于混凝土枕上。除在接觸軌彎頭局部加密與混凝土枕的連接外,其余均為每6 根設1 個接觸軌的固定點,即混凝土枕上需連接接觸軌的大致比例為5∶1 。DT1 型軌枕分A 、B 兩種長度:A 型枕長215 m , 只安裝走行軌;B 型枕在A 型枕的一側加長50 mm , 預埋兩個<24 的尼龍?zhí)坠?以與接觸軌的懸臂脫架相連及平衡接觸軌外荷載。因兩種長度軌枕采用相同的截面,從而方便了軌枕的工廠化制造,使大型機械化鋪軌成為可能。更主要的優(yōu)越性是不需要像219 m 木枕那樣,加寬道床和路基、加大用地界。
軌枕的橫截面采用國鐵最新使用的雙坡截面,使軌枕在外形控制尺寸相同的情況下,能加大有效截面, 合理布置結構預應力筋,加大道床縱、橫向阻力,從而提高無縫線路的穩(wěn)定性。
該軌枕的特點如下: ① 采用無擋肩外形,可與DT Ⅵ3 型扣件配套使用, 外形簡潔; ② 采用雙坡外形設計,結構受力合理,道床縱橫向阻力大,軌道穩(wěn)定性好; ③ 固定接觸軌B 型枕只單邊加長50 mm , 不加寬道床及路基,可降低初期投資; ④ 可實現鋪軌機械化; ⑤ 采用預應力混凝土枕,大大地提高了軌道的穩(wěn)定性,延長了維修周期。
DT1 型預應力混凝土枕于2000 年10 月開始試制并進行了各種試驗檢測,檢測結果表明,結構設計合理、制造工藝可行。2000 年11 月9 日,建設單位和設計、監(jiān)理單位組織了對軌枕設計及試生產的驗收。
實踐證明,DT1 型預應力混凝土枕與DT Ⅵ3 型扣件配套使用,大大加強了地面線的軌道結構,減小了養(yǎng)護維修工作量。
4.3 　60 kgΠm 鋼軌9 號道岔系列的設計開發(fā)
在北京地鐵、上海地鐵等幾條國內已運營的地鐵中,采用了我院與鐵道部專業(yè)設計院聯合開發(fā)的曲線型尖軌60 kgΠm 鋼軌9 號道岔系列。在本工程的設計任務書中,建設單位根據在道岔安裝和運營管理中的經驗,明確要求應采用直線型尖軌單開道岔。道岔轉轍器采用直線型尖軌的優(yōu)點是: ① 道岔轉換只需用一臺轉轍機,運營管理的值班定員只需一人,從而可節(jié)省投資和管理費用; ② 道岔轉換所需時間短,左右開道岔的尖軌可互換,尖軌更耐磨,道岔安裝調試較簡便,工電配合較容易。因此,對于城市軌道交通而言,道岔采用直線型尖軌更有利。我們在設計開發(fā)這套直線型尖軌60 kgΠm 鋼軌9 號道岔時,以國鐵同型號道岔為基礎,根據本工程車輛的單一性并考慮道岔與區(qū)間軌道的一致性,設計了一套四冊道岔圖紙,詳見表2 。本線道岔系列的主要設計特點如下:
(1) 尖軌、高錳鋼轍叉等易損件采用國鐵標準件, 以便定貨和降低造價。
(2) 直線型尖軌使用一臺轉轍機轉換。
(3) 道岔扣件均為彈性分開式,D1 彈條、軌距墊等均與區(qū)間DT Ⅵ2 型扣件一致,實現了道岔扣件全彈性化設計。
(4) 道岔各部軌距加寬,最大加寬量5 mm , 軌距變化率降低至2 ‰,使車輛通過道岔時的游間減小,輪軌沖擊力減小,行車穩(wěn)定。
(5) 軌枕間距更均勻。
(6) 同時開發(fā)了混凝土整體道床、碎石道床上鋪設的兩種道岔,且兩種道岔的鋼軌件完全一致,只是與軌枕的連接方式不同。2000 年4 月,我院組織了鐵路道岔專家對新開發(fā)的60 kg/m 鋼軌9 號系列道岔進行了階段設計審查,與會專家一致認為這是第一次針對城市軌道交通而設計的道岔系列,零部件設計采用了許多國鐵提速道岔的先進技術,彈性好,維修量小。2001 年7 月、9 月又通過了建設單位組織的對單開道岔、交叉渡線的廠內制造組裝驗收。
60 kg/m 鋼軌9 號系列道岔的開發(fā)設計,是由我院獨立設計完成的。由于我們熟悉地鐵軌道設計、對地鐵行車條件、各專業(yè)接口十分了解,新型道岔系列設計成功是一個必然的結果。這套道岔開發(fā)設計成功,也標志著我院已具有獨立設計地鐵道岔的實力。
5 　城鐵軌道結構采用的新技術簡介
5.1 　地面線一次鋪設無縫線路技術的應用
地面線碎石道床的設計與其施工方法密切相關。城市軌道交通中鋪設20 km 多地面線還是第一次。以往國鐵的施工方法,是新線建設時鋪設25 m 標準軌, 待運營至路基和道床穩(wěn)定后再換鋪成無縫線路。這種施工方法照搬至城市軌道交通將產生很多問題,如城市軌道交通夜間維修困難、因軸重輕而延長了換鋪無縫線路的時間間隔、運營初期輪軌振動和噪聲比較大、今后換下的有螺栓孔軌無應用場所等。
近兩年國鐵針對京滬高速和秦沈客運專線進行了地面線一次鋪設無縫線路技術的研究,為我們的設計創(chuàng)新打下了技術基礎。通過多方位收集資料,充分研究了將國鐵的科研成果應用于城鐵的可行性,并逐漸形成了適應城鐵特點和工程實際需要的本線施工方案,即不采用國鐵一次鋪設長鋼軌軌排方法,而是采用機械鋪設工具軌排,在運營之前一次換上長鋼軌,再進行機械化養(yǎng)路作業(yè)。建設單位十分重視這一新技術的采用,于2000 年12 月28 日組織召開了“ 北京城市鐵路地面線一次鋪設無縫線路專題論證會”。通過充分論證一次鋪設無縫線路的必要性、可行性、存在難點、施工工藝等問題之后,會議形成結論性意見:本線應采用一次鋪設無縫線路技術。目前通過施工單位的嚴密施工組織以及對其工裝的改造,施工進展順利,西線已試運營。
本工程采用的一次鋪設無縫線路技術,是城市鐵路地面線設計與施工技術的有益嘗試,解決了夜間維修困難、運營初期輪軌振動與噪聲較大、今后換下的有螺栓孔軌無應用場所等問題,節(jié)省了初期投資,使線路交付運營之初就具有高平順性和穩(wěn)定性。

5.2 　鋼彈簧浮置板道床的應用
本工程的起終點站西直門、東直門均處于交通樞紐之中,且與周圍商業(yè)開發(fā)區(qū)相鄰,緊鄰城鐵西直門站西側有三棟已立項開發(fā)的寫字樓。環(huán)評報告中明確要求西直門站應采取更有效的減振隔振措施。另外,東直門地下暗挖段的隧道從兩座22 層的Y 型居民住宅樓基礎之間穿過,現場勘測結果是城鐵左右線結構分別距兩座Y 型居民住宅樓基礎的距離約為116 m , 垂直方向近一半高度的隧道與樓房基礎重疊,預測地鐵運營時將使該地段的振動超標。
根據這幾個工點的具體情況,與國外的相似工程進行類比,并與德國隔而固公司進行了技術交流后,按采用隔而固公司鋼彈簧浮置板道床進行施工圖設計。鋼彈簧浮置板道床由彈簧阻尼隔振器(鋼彈簧、阻尼劑、外筒) 、鋼筋混凝土道床組成,各道床間以鉸連接。該道床的固有頻率低(5～7 Hz) ,可有效地減振和消除固體聲。其減振效果為: 傳遞損失可達40～60 dB(道床面到隧道壁),差落損失最小可達25 dB 。該結構的減振元件具有三維彈性,結構簡單,鋼彈簧疲勞壽命長(一般超過50 年),易檢查更換。維修更換無需中斷行車,同時可用于調整結構的下沉。該結構已用于德國、英國、巴西、韓國等國家。
為盡可能降低成本,在滿足其減振功能的前提下, 根據實際情況,靈活地選用了鋼彈簧隔振器的應用形式:在西直門車站采用側置式的鋼彈簧浮置板道床;在東直門兩座Y 型樓下采用嵌入式的鋼彈簧浮置板道床。2001 年8 月建設單位組織了對該項技術的專題審查會,并順利通過審查。
6 　施工圖設計小結
本工程進行了三個系列的新產品設計開發(fā): 一是設計了技術先進的地下線用無擋肩彈性分開式DT Ⅵ2 型扣件、地面線用無擋肩彈性不分開式DT Ⅵ3 型扣件、高架線用無擋肩彈性分開式DT Ⅶ2 型扣件,使我院開發(fā)的城市軌道交通用彈性扣件自成體系,形成了較完整的技術系列;二是完成了第一冊地面線用預應力混凝土枕的設計;三是完成了城市軌道交通60 kgΠm 鋼軌9 號道岔系列的設計,使我院已具備獨立設計地鐵道岔的能力。本工程設計開發(fā)的新產品,進一步提高了本專業(yè)的通用技術儲備,為后續(xù)各項目順利開展打下了技術基礎,提高了設計效率。
本工程在應用新技術方面也有很大突破。在城市軌道交通領域首次提出并采用了地面線一次鋪設無縫線路技術,使城市軌道交通地面線的設計與施工技術上了一個臺階。在軌道減振降噪方面采用鋼彈簧浮置板道床方案,解決了有特殊減振要求地段的隔振型軌道結構的設計,形成了以高彈性扣件、軌道減振器、鋼彈簧浮置板道床為主要技術手段的減振軌道結構系列。

雖然結合本工程進行了許多產品開發(fā),但這種開發(fā)還有許多待完善的地方。在設計之初,我們曾申請了“地面線用彈性不分開式扣件及混凝土枕的研究”、“小間距單渡線的研究”等6 項工程科研,但由于未批
準立項,一些新開發(fā)產品的試制、試驗等必要過程及采用新技術對本工程的針對性試驗研究等項目未能進一步開展,從而使工程設計存在一定的風險性。
7 　設計體會
(1) 應盡快掌握新技術。本線的橋上無縫線路設計是高架橋軌道結構的技術難點,計算過程中需考慮的參數多,并需進行反復試算,只有用專業(yè)化的計算程序才能在工期緊的情況下按時完成設計。目前只有鐵科院在這方面研究工作較深,因此將此部分分包給鐵科院,但分包單位對工程的全面情況不十分清楚,存在配合工作量大、設計質量一般、后期施工配合量大等問題。如果自己掌握計算方法,則可減少配合環(huán)節(jié),明顯提高設計質量。只有技術全面才能減少失誤。
(2) 應力爭加大程序化設計的比例。本工程的鋪軌綜合圖是采用“鋪軌綜合圖計算程序”進行計算機輔助設計的,全冊圖紙實現程序繪圖,大大地降低了圖紙復核及審核的工作量、降低了出錯率、提高了工作效率。因這一計算程序是我院自行開發(fā)設計的,出現新問題可通過修改源程序很容易地進行補充和完善。今后應該將設計工作進一步程序化和格式化。
(3) 應加大新技術開發(fā)力度。由于我院在地鐵設計方面有著豐富的設計經驗及技術積累,使得本次設計得以順利完成。通過結合工程進行適用于地面線和高架線軌道技術的開發(fā),使我院軌道專業(yè)的技術實力進一步增強。但是,由于軌道新技術的發(fā)展很快,設計市場競爭激烈,我們應放眼于長遠利益,緊跟技術發(fā)展形勢,注重前期開發(fā),加大技術儲備。工程需要是我們進行技術創(chuàng)新的直接動力,技術創(chuàng)新與新技術應用將促進我院設計綜合實力的提高。只有在完成設計的同時不斷創(chuàng)新,打下雄厚的技術基礎,才有實力和能力讓用戶滿意,才能去開拓新的設計領域。