城市軌道交通軌道工程接口設計分析

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摘要:軌道工程作為城市軌道交通設計及建設中的重要環(huán)節(jié)，起到了承上啟下的作用。軌道工程設計中，與其他相關專業(yè)接口眾多，例如結構、給排水、工藝等。結合深圳地鐵10號線的設計及施工配合經驗，對預制軌道板設計與結構、線路、綜合管線專業(yè)的接口問題，區(qū)間軌道排水設計與給排水專業(yè)、結構專業(yè)的接口問題，車輛段立柱式檢查坑道床與工藝專業(yè)的接口問題進行了探討，并就已出現(xiàn)的接口問題提出了優(yōu)化設計建議。

關鍵詞:軌道；接口設計；預制軌道板；排水；立柱式檢查坑

近年來，我國城市軌道交通建設處于蓬勃發(fā)展當中。據統(tǒng)計，2011年—2020年，城市軌道交通新增運營里程將達到6560km，預計到2020年，我國城市軌道交通累計運營里程將達到7395km［1］。地鐵設計工作一般分為前期工程設計、土建工程設計及站后工程設計，其中軌道工程介于土建工程與站后工程之間，是土建與站后極其重要的銜接專業(yè)［2］。軌道工程的施工圖設計工作一般滯后于土建工程設計，但稍微先于站后設備工程設計。因此，在土建工程展開施工圖設計前，做好相關的接口控制，是確保后期軌道工程設計及施工順利推進的關鍵。在軌道工程設計開始前，梳理清楚相關站后設備工程的接口要求，是確保站后設備工程設計順利推進的關鍵。因此，接口設計在整個地鐵工程設計過程中是十分重要的一個環(huán)節(jié)。本文將結合深圳地鐵10號線的軌道工程的設計經驗及施工配合經驗，提出部分典型的接口問題，并就相關問題提出優(yōu)化處理建議。

1預制軌道板接口問題

為適應深圳地鐵預制裝配式建造要求，積極踐行“綠色建造”理念，深圳地鐵積極推廣預制軌道板在深圳地鐵中的應用。從工程實體的施工質量、建設項目全壽命周期成本及后期的養(yǎng)護維修便利性等方面綜合考慮，預制軌道板明顯優(yōu)于現(xiàn)澆整體道床軌道［3］。根據深圳地鐵10號線的施工統(tǒng)計，在鋼彈簧浮置板道床地段，預制軌道板的施工效率可達60m/作業(yè)面/d，相較于傳統(tǒng)的鋼筋籠法25m/工作面/d的施工效率有極大提升。預制軌道板雖然有其優(yōu)勢，但是其施工靈活性相比于現(xiàn)澆道床差。因為地鐵施工相關專業(yè)設計接口眾多，為確保接口準確，在前期預制板設計中，必須予以提前考慮。

1．1預制軌道板與土建設計接口

地鐵軌道施工與國鐵的一個重要區(qū)別在于施工環(huán)境。地鐵軌道主要鋪設于地下，施工空間狹小，極大的制約了施工效率［4］，因此預制軌道板的尺寸設計除了應該考慮受力條件外，還應考慮與車站設計尺寸、隧道設計尺寸的匹配性，否則將導致預制軌道板安裝困難甚至無法安裝。深圳地鐵10號線盾構隧道內徑為D5400mm，隧道結構限界為D5200mm，隧道施工誤差允許值為100mm。為確保減振性能，10號線高等減振地段預制軌道板設計斷面尺寸為2400mm×260mm，預制軌道板下黏貼有30mm厚的減振墊。設計要求土建結構預留軌道結構高度為820mm(軌面至限界圓)。軌道板與隧道結構的相對位置關系如圖1所示。以上尺寸設計在工程實踐中出現(xiàn)了以下兩個問題:1)在不考慮隧道施工誤差的情況下，軌道板下自密實混凝土調整層厚度能夠滿足100mm的設計要求。但是在實際施工中，盾構施工誤差是不可避免的，一旦盾構發(fā)生上浮，將使得自密實混凝土層厚度無法達到設計要求。2)預制軌道板下角與隧道壁距離過近，在施工過程中，軌道板的精調是通過精調爪(如圖2所示)來實現(xiàn)的，過小的空間致使精調爪安裝存在諸多困難。為解決上述困難，線路調線調坡對高等減振地段開展了大量的調線調坡設計工作，無形中增大了設計工作量。針對上述出現(xiàn)的問題，提出如下建議:1)調整盾構選型尺寸。為適應預制軌道板的安裝需求，建議在初步設計階段，結構設計與軌道設計即穩(wěn)定接口要求，盾構內徑按照不小于5．5m進行設計;2)優(yōu)化預制軌道板設計。預制軌道板的優(yōu)化設計有以下兩種思路。一是減小軌道板斷面寬度，將軌道板斷面寬度縮小為2．2m(見圖3);二是對軌道板下角處進行倒角設計(見圖4)。以上兩種設計均能在滿足減振性能的前提下，有效應對盾構施工誤差對自密實混凝土土層厚度及軌道板安裝帶來的困難。深圳地鐵10號線鋼彈簧預制板設計斷面尺寸為2700mm×340mm，如圖5所示。當該預制板在車站地段安裝時，需通過小型鋪軌龍門吊調運至現(xiàn)場，再對照線路中心線落入準確的位置。在實際施工時發(fā)現(xiàn)，因線路中心線距離站臺板邊緣為1600mm，因此軌道板邊緣距離站臺板邊緣的距離僅250mm，該寬度小于龍門吊走行軌安裝寬度及龍門吊自身寬度，因此軌道板運輸至現(xiàn)場后，無法直接落至設計中心線位置，需要再人工橫向推動約200mm，增加了施工難度(見圖6)。從施工角度來看，預制軌道板寬度越小，施工越便利。但是浮置板設計不能僅考慮施工便利，還需要滿足預制軌道板受力以及浮置板的減振要求。根據相關線路的既有設計經驗，在車站地段將預制板寬度縮小至2500mm，能夠滿足車站地段的減振要求，且有利于施工便利。優(yōu)化方案如圖7所示。

1．2預制軌道板與過軌管設計接口

地鐵工程軌道結構高度范圍內的過軌管線多、預留管溝多、涉及專業(yè)多［5］。在地鐵10號線中，考慮到預制軌道板采用工廠標準化預制，埋設過軌管對于標準化生產存在諸多不利，因此本線在設計中，將存在過軌管的位置均將預制軌道板調整為現(xiàn)澆道床。圖8為深圳地鐵10號線某區(qū)間的鋼彈簧浮置板道床設計圖。為滿足過軌管設置要求，板554為現(xiàn)澆道床。據施工反饋，因預制板地段中現(xiàn)澆道床的存在，施工中在推進到現(xiàn)澆道床部分，存在調整施工工藝、龍門吊邊跨等工作，嚴重制約施工進度。且通過工程完工后的設計回訪發(fā)現(xiàn)，全線有大量預留的過軌管并未使用，大量過軌管仍然直接從道床面敷設穿過。鑒于以上的實際情況，建議:1)嚴格控制道床范圍內的過軌管數量及管徑，在前期設計中，即提出要求，要求過軌管應盡量從結構設計范圍內過軌;2)根據預制板工廠方面的反饋信息，過軌管直接在預制板工廠預制時進行埋設是可行的，因此建議設計中采用預制板直接埋設過軌管的方式進行過軌管設置，盡量減少預制板段出現(xiàn)現(xiàn)澆道床的數量。1．3預制軌道板與線路設計接口在城市軌道交通中，為降低預制軌道板的制造成本，布置在曲線地段的預制軌道板承軌臺仍然按照直線布置，即曲線地段采用“以直代曲”的設計思路。在該設計思路下，曲線地段預制軌道板的設計長度就是必須要考慮的要點。根據相關經驗，軌道板設計不宜過短，過短的軌道板將降低線路的整體性，在浮置板道床地段軌道板長度的選取尚需考慮動力效應及振動衰減。從受力角度方面分析，我國高速鐵路常用軌道板長度在3．6m～6．5m［3］，也即每塊軌道板布置6對～11對承軌臺。在曲線地段軌道板設計中，下限按照布置6對承軌臺考慮。同時，曲線地段軌道板長度也不宜過長。在城市軌道線路中，正線線路最小設計曲線半徑為350m，困難情況下不小于300m［6］。過長的軌道板長度將使得曲線地段軌道板矢距加大，扣件偏離線路中心線的距離均需通過扣件自身來調整，這就無形中減小了后期運營階段的扣件可調整量(見圖9)。曲線地段軌道板基于“以直代曲”原則，采用半矢法布板，即按軌道板第2組扣件中心線處線路中心線與軌道板中心線偏離值為0布置，其余扣件中心線處矢距通過扣件調整［2］。并以2mm的矢距作為極限控制值確定曲線地段軌道板的長度。以下對一塊軌道板布置6對承軌臺以及7對承軌臺2種方案進行比選，承軌臺中心線間距均為600mm。2種方案下各曲線半徑條件時的承軌臺矢距如下。由表1，表2可知，一塊軌道板上布置6對承軌臺時，軌道板能夠適應350m以上曲線半徑的工況;一塊軌道板布置7對承軌臺時，軌道板能夠適應450m以上曲線半徑的工況。因此，建議城市軌道交通中，曲線地段軌道板按照布置6對承軌臺的方案進行長度設計，即軌道板長度在3．6m左右較為合適。

2軌行區(qū)排水接口問題

軌行區(qū)的排水主要通過道床排水溝來解決。道床排水溝起到了軌行區(qū)積水的引流作用，將區(qū)間水引至廢水泵房處，以順利排出區(qū)間水。城市軌道交通中，受減振影響，一般存在多種道床型式，其水溝類型也不一樣。以深圳地鐵10號線為例，共存在6種道床類型，分別為普通地段現(xiàn)澆道床、減振扣件地段現(xiàn)澆道床、普通地段預制板道床、梯形軌枕道床、預制板式道床墊浮置板道床、預制板式鋼彈簧浮置板道床。各類型道床的水溝溝底標高如表3所示。不同道床間的排水過渡，屬于軌道設計內部接口問題，一般做法是通過設置中心水溝排水過渡段來解決。中心水溝過渡段的設計長度為:其中，L為中心水溝排水過渡長度，mm;C2為上游浮置板地段水溝溝底至軌面的高差，mm;C1為下游普通道床地段水溝溝底至軌面的高差，mm;i為水溝過渡段處的線路縱坡。與土建等外部專業(yè)存在的主要接口問題有以下兩個:1)廢水泵房接入口管底高程高于道床排水溝溝底高程。該情況主要出現(xiàn)在浮置板道床地段，因浮置板道床水溝溝底高程相較于普通道床更低，如果接口管理不到位，極有可能出現(xiàn)廢水泵房接入管管底高程高于道床水溝溝底高程的情況。過往的接口管理中，軌道專業(yè)往往會針對不同的道床類型，提出不同地段的廢水泵房接入管管底高程要求。根據實踐經驗，該提法極易造成相關接口專業(yè)誤解，不易做到接口管理的準確性。因此建議:在初步設計階段，軌道專業(yè)在對給排水、結構專業(yè)提出廢水泵房接入管管底高程的統(tǒng)一要求，可要求在盾構區(qū)間，廢水泵房接入口管底高程不得高于－750mm(相對于軌面)，在車站及礦山法地段，廢水泵房管底應緊貼結構底板或仰拱回填層設置。只要廢水泵房接入管管底高程足夠低，軌行區(qū)積水排入廢水泵房也越容易。2)當出現(xiàn)區(qū)間在上游、車站在下游，上游區(qū)間設計為浮置板道床、下游車站設計為普通道床，且浮置板道床設計終點正好截止于離車站端頭不遠處時，容易出現(xiàn)區(qū)間水溝無法順接至車站內廢水泵房處的情況。如果上游為預制板式鋼彈簧浮置板道床，中心水溝溝底高程為－750mm。車站地段為普通道床，結構底板高程為－580mm(相對于軌面)，為使得上游區(qū)間的中心水溝能夠順接至車站，則在浮置板道床設計終點至車站端頭的這段距離內，中心水溝至少應抬升至不低于車站結構底板高程，也即－580mm，抬升高度至少應為170mm。假設上游水溝過渡段線路縱坡為19‰，參考上述式(1)，浮置板設計終點至車站端頭的距離至少應為10m。當該段距離不足10m時，則將發(fā)生水溝無法順接至車站的情形，如圖10所示。為避免該情況的發(fā)生，建議:凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車站為普通道床的情況，且浮置板道床設計終點距離車站端頭較近、可能發(fā)生排水過渡段長度不足的時候，建議將下游車站的軌道結構高度統(tǒng)一加大至不小于750mm。由此造成的軌道工程數量的變動，應在設計概算里加以考慮。

3立柱式檢查坑道床接口問題

車輛段庫內停車列檢庫地段，一般采用立柱式檢查坑整體道床。立柱凈距是確保車輛維修人員正常維修作業(yè)的保證，因此一般設計中，工藝專業(yè)會對立柱凈距提出要求。在深圳地鐵10號線涼帽山車輛基地中，按照工藝要求，立柱橫向凈距為1200mm。受該凈距要求影響，扣件無法布置于立柱中心位置，致使立柱處于偏心受壓狀態(tài)。更為不利的是，扣件錨固螺栓距離立柱邊緣較近，理論上僅有約41mm的保護層厚度，考慮到施工誤差，有時甚至不足41mm?，F(xiàn)場施工也發(fā)現(xiàn)，在立柱式檢查坑地段，立柱出現(xiàn)了部分開裂情況，影響軌道結構使用壽命及安全(見圖11～圖13)?；谏鲜鲆殉霈F(xiàn)的問題，建議:在前期土建設計中，協(xié)調工藝專業(yè)將立柱間距調整為1100m。根據調研情況，在相關線路車輛基地中，已有部分車輛基地注意到該問題，已將立柱間距由原設計1200m調整為1100m，該間距同樣能夠滿足車輛檢修人員的正常檢修作業(yè)。

4結語

本文結合筆者在深圳地鐵10號線當中的設計經驗，提出了軌道工程設計與土建設計、工藝設計、線路設計、給排水設計等相關專業(yè)存在的接口問題。同時結合施工配合經驗，對設計中不利于施工的方面，提出了相關的設計優(yōu)化建議。相關建議總結如下:1)為提高預制軌道板對盾構區(qū)間的適應性，在內徑5200mm的盾構區(qū)間中，建議預制板寬度按照2200mm設計，或對預制板角點進行倒角設計;2)在車站地段的浮置軌道板寬度，在滿足減振需求的前提下，建議按照寬度不超過2500mm進行設計，以避免現(xiàn)場軌道板吊裝運輸到位后的二次橫向移動;3)為避免頻繁的預制板段、現(xiàn)澆段的交叉設計，建議過軌管在預制板內預埋;4)為提高預制軌道板對曲線的適應性，同時考慮到軌道板不宜過短，建議曲線地段軌道板按照3．6m長(即6對承軌臺)進行設計;5)為避免區(qū)間排水受阻的問題，凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車站為普通道床的情況，且浮置板道床設計終點距離車站端頭較近、可能發(fā)生排水過渡段長度不足的時候，建議將下游車站的軌道結構高度統(tǒng)一加大至不小于750mm;6)車輛段庫內立柱式檢查坑地段，建議立柱橫向凈距按照1．2m進行設計，已保證扣件能位于立柱中心，避免扣件套管保護層厚度過小的問題。

參考文獻:

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作者：黃河山 單位：中國鐵路設計集團有限公司