蔡向輝

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

截至2018年12月，我國(guó)已開通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路的城市包括北京、上海、廣州、南京、重慶、武漢、成都、西安、烏魯木齊等共計(jì)35個(gè)，185條運(yùn)營(yíng)線路總里程達(dá)5 761.4 km。其中北京、上海、廣州、深圳等城市已邁入“網(wǎng)格化”運(yùn)營(yíng)時(shí)代。

作為地鐵列車運(yùn)行的直接支撐基礎(chǔ)，軌道是一個(gè)無(wú)備份系統(tǒng)，并且具有土建和設(shè)備的雙重屬性[1]。軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)的好壞關(guān)系著列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性、旅客乘車舒適性及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修工作量等[2]。

軌道交通工程是一項(xiàng)包含眾多不同專業(yè)的系統(tǒng)綜合性工程，軌道系統(tǒng)的不同設(shè)備如鋼軌、扣件、軌枕等，不同結(jié)構(gòu)之間如減振墊道床、鋼彈簧浮置板道床等應(yīng)相互配合設(shè)計(jì)，使標(biāo)準(zhǔn)一致、質(zhì)量均衡、彈性連續(xù)、設(shè)備種類統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)軌道系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性[3]，同時(shí)，軌道系統(tǒng)還與線路、車輛、行車、結(jié)構(gòu)、路基、給排水、信號(hào)、牽引供電等專業(yè)有密切聯(lián)系，牽涉專業(yè)多，接口關(guān)系復(fù)雜，接口區(qū)域成為地鐵施工過(guò)程中易出現(xiàn)問(wèn)題的部位[4]。

就城市軌道交通工程中軌道專業(yè)同其他專業(yè)接口易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行思考，通過(guò)對(duì)規(guī)范條文的探討，闡述對(duì)這些問(wèn)題的理解，并結(jié)合軌道系統(tǒng)和相關(guān)接口專業(yè)的特點(diǎn)給出合理化建議。

1 岔區(qū)接口問(wèn)題

作為地鐵軌道的重要組成部分，道岔可實(shí)現(xiàn)線路的連接、交叉、連接與交叉的組合[2]。因此，正線、存車線、折返線、聯(lián)絡(luò)線、出入線、場(chǎng)段咽喉區(qū)鋪設(shè)了大量的9號(hào)、7號(hào)單開道岔或交叉渡線。但是，由于轉(zhuǎn)轍部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轍叉部位存在有害空間，導(dǎo)致軌線不連續(xù)，限制了列車的側(cè)向通過(guò)速度，因此，成為軌道三大薄弱環(huán)節(jié)之一[5-7]。其運(yùn)營(yíng)狀態(tài)直接關(guān)系到地鐵運(yùn)輸效率和行車安全，也是線路養(yǎng)護(hù)維修工作的集中區(qū)[8-10]。

在地鐵設(shè)計(jì)中常見的岔區(qū)接口問(wèn)題包括：道岔兩端與平面曲線的距離不足、岔間插入鋼軌過(guò)短、轉(zhuǎn)轍基坑積水等。

1.1 道岔兩端與平面曲線的距離不足

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.4條規(guī)定場(chǎng)段設(shè)計(jì)時(shí)，道岔兩端距離平面曲線或者豎曲線的最短距離不小于3 m，7.2.2條規(guī)定小于250 m半徑的曲線地段應(yīng)進(jìn)行軌距加寬，其中A型車在200 m>R≥150 m地段加寬值為10 mm[3]。國(guó)內(nèi)地鐵工程站場(chǎng)專業(yè)在布置場(chǎng)段時(shí)，為控制場(chǎng)段面積，減小用地規(guī)模，大量使用了150 m半徑的曲線且不配設(shè)緩和曲線，軌距加寬在直線地段遞減，遞減率需滿足規(guī)范中不大于2‰的要求。按此規(guī)定得到直線順坡段的長(zhǎng)度為10 mm/2‰=5 m。因此，曲線半徑小于200 m時(shí)，道岔兩端距離平面曲線的最短距離3 m已不滿足軌距加寬遞減長(zhǎng)度的要求。以某市地鐵所用7號(hào)道岔為例，若道岔后端接曲線，采用的7號(hào)道岔岔后有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度為6 132 mm，見圖1。

圖1 某市地鐵7號(hào)道岔岔后布置示意(單位： mm)

在道岔有枕無(wú)軌地段將鋼軌工作邊一側(cè)13號(hào)軌距塊與17號(hào)軌距塊調(diào)換，鋼軌非工作邊一側(cè)11號(hào)軌距塊與7號(hào)軌距塊調(diào)換，可實(shí)現(xiàn)最大加寬值8 mm，達(dá)不到加寬10 mm的要求，而彈條I型扣件通過(guò)更換擋板座號(hào)碼和軌距擋板號(hào)碼可以達(dá)到加寬12 mm。因此，一般情況下岔后接平面曲線的最小距離宜為岔后有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度與加寬順坡長(zhǎng)度之和，即：(6 132+5 000) mm=11 132 mm；困難情況下，岔后接平面曲線的最小距離為順坡長(zhǎng)度且需滿足岔后直股及側(cè)股軌枕錯(cuò)開，岔枕更換為新II型枕，配套采用彈條Ⅰ型扣件。以圖1為例，則為：(5 000+600) mm=5 600 mm(岔后直股及側(cè)股錯(cuò)開時(shí)，50號(hào)～52號(hào)岔枕更換為新Ⅱ型枕，配套彈條Ⅰ型扣件)。

若道岔前端接曲線，則所需最小長(zhǎng)度為5 000 mm，并且在順坡地段完成軌距加寬和軌底坡過(guò)渡，如圖2所示。

圖2 某市地鐵7號(hào)道岔岔前布置示意(單位：mm)

1.2 道岔間插入鋼軌長(zhǎng)度不足

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.2.4-3道岔間插入鋼軌長(zhǎng)度中規(guī)定場(chǎng)段兩組道岔間對(duì)向、前后順向及根端對(duì)向布置時(shí)，插入最短鋼軌長(zhǎng)度一般地段不小于4.5 m，困難地段不小于3 m[3]，考慮到道岔前后有枕無(wú)軌地段的影響，插入的最短鋼軌長(zhǎng)度有待具體分析。

(1)當(dāng)兩道岔前段對(duì)向布置時(shí)，道岔前有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度為1 470 mm，故困難情況下3 m可滿足要求。

(2)當(dāng)兩道岔前后順向布置時(shí)，鑒于道岔前有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度為1 470 mm，道岔后有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度為6 132 mm，故一般情況下插入短軌長(zhǎng)度為：(6 132+1 470+580) mm=8 182 mm；困難情況下岔后岔枕分開后即可接另一股的岔前，為(3 848+1 470+580) mm=5 898 mm。

(3)當(dāng)兩道岔根端對(duì)向布置時(shí)，鑒于道岔后有枕無(wú)軌地段長(zhǎng)度為6 132 mm，故一般情況下插入短軌長(zhǎng)度為：6 132 mm×2+600 mm=12 864 mm；困難情況為3 817 mm×2+600 mm=8 234 mm，如圖3所示。

圖3 道岔根端對(duì)向布置示意(單位：mm)

由于不同城市的道岔長(zhǎng)度、布置不同，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，場(chǎng)段設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合本線加寬要求和道岔布置圖，確定道岔距離曲線的最小距離，切不可僅滿足規(guī)范中困難條件最小長(zhǎng)度的要求。

建議根據(jù)道岔的不同布置形式，對(duì)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.2.4-3道岔間插入鋼軌長(zhǎng)度進(jìn)行修訂。

1.3 轉(zhuǎn)轍基坑積水

通常信號(hào)系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)轍機(jī)坑深度的要求(軌面下460 mm)大于排水溝的深度(軌面下450 mm)，為防止側(cè)溝中的水流入轉(zhuǎn)轍機(jī)坑槽中，進(jìn)而滲入轉(zhuǎn)轍機(jī)箱盒內(nèi)，影響轉(zhuǎn)轍機(jī)的正常動(dòng)作，一般信號(hào)專業(yè)要求道岔鋪設(shè)時(shí)禁止拉通轉(zhuǎn)轍機(jī)連桿槽，導(dǎo)致轉(zhuǎn)轍機(jī)坑形成低洼區(qū)，坑內(nèi)積水無(wú)法通過(guò)兩側(cè)水溝排出，見圖4。雖然有些道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)坑可以設(shè)置在軌面下400 mm，但為防止水溝內(nèi)的水倒灌，不宜將轉(zhuǎn)轍機(jī)坑和兩側(cè)水溝聯(lián)通[11]。

圖4 轉(zhuǎn)轍機(jī)坑積水

國(guó)內(nèi)地鐵在轉(zhuǎn)轍機(jī)坑區(qū)域排水的通用設(shè)計(jì)做法是在轉(zhuǎn)轍機(jī)坑內(nèi)順坡，使積水流向基坑的其中一角，待天窗期，運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員上道后人工舀出。但是此方案不能及時(shí)將基坑內(nèi)水排出，轉(zhuǎn)轍機(jī)仍處于隱患中，特別是南方地下水位較高區(qū)段，白天運(yùn)營(yíng)期間轉(zhuǎn)轍機(jī)坑內(nèi)積水嚴(yán)重[12]。

建議在新線設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合信號(hào)需求，在轉(zhuǎn)轍基坑內(nèi)采用變坡的方式，使積水流向基坑的一角，后匯入兩轉(zhuǎn)轍機(jī)坑間設(shè)置的小型集水井[13]，集水井中安裝小型自吸式泵，排水示意如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)轍機(jī)坑排水示意

結(jié)構(gòu)專業(yè)結(jié)合給排水專業(yè)提供的自吸式水泵設(shè)置要求(一般大于軌道結(jié)構(gòu)高度)，在集水井位置局部降低結(jié)構(gòu)底板或減少回填高度，這樣當(dāng)積水達(dá)到一定深度，水泵自動(dòng)啟動(dòng)啟停，排除積水，消除轉(zhuǎn)轍機(jī)箱進(jìn)水隱患。

2 人防門檻接口問(wèn)題

為使軌道交通工程在戰(zhàn)時(shí)具有人民防空防護(hù)的功能，在地鐵工程設(shè)計(jì)中一般一個(gè)車站與一個(gè)相鄰區(qū)間形成一個(gè)防護(hù)單元[14]。兩個(gè)防護(hù)單元間的分界處需要設(shè)置一道防護(hù)密閉隔斷門，即人防門。為保持人防門門檻的高程與軌面一致，一般需要在軌道鋪設(shè)完成后再施工人防門檻[15]。但現(xiàn)場(chǎng)存在以下問(wèn)題。

(1)人防門檻前后軌枕間距普遍超過(guò)設(shè)計(jì)要求(0.65 m)，個(gè)別車站甚至達(dá)到1.5 m，導(dǎo)致鋼軌承受彎矩較大，列車通過(guò)時(shí)鋼軌動(dòng)位移過(guò)大，易形成局部三角坑，影響行車平順性。

(2)人防門檻內(nèi)鋼軌下未設(shè)橡膠膠墊，個(gè)別車站門檻輪緣槽內(nèi)缺少橡膠塊，導(dǎo)致鋼軌與門檻間剛性接觸，影響鋼軌回流通路，增大了列車通過(guò)時(shí)的輪軌沖擊力，加速鋼軌的傷損疲勞。

建議在新線設(shè)計(jì)時(shí)核實(shí)人防門檻處軌道有無(wú)超高，特別是對(duì)于人防門檻位于緩和曲線地段，需核實(shí)門檻處的排水溝位置和埋設(shè)深度。

軌道施工承包商在門檻的影響范圍內(nèi)留出一定寬度的道床后澆帶，后澆帶內(nèi)的鋼軌、扣件、軌枕及鋼筋綁扎好，待土建施工承包商及人防門設(shè)備承包商布設(shè)完人防門檻內(nèi)的鋼筋及預(yù)埋構(gòu)件設(shè)備經(jīng)相關(guān)單位各方確認(rèn)無(wú)誤，軌道施工承包商確保門檻方形水管與前后道床水溝銜接順暢，軌枕支撐間距滿足設(shè)計(jì)要求后，統(tǒng)一由軌道施工承包商完成后澆帶軌行區(qū)內(nèi)的道床及人防門門檻的混凝土澆筑，同時(shí)，人防門設(shè)備承包商安裝軌下絕緣墊板和軌腰橡膠塊。

3 過(guò)軌管線接口問(wèn)題

地鐵工程軌道結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)的過(guò)軌管線多、預(yù)留管溝多、涉及專業(yè)多。一般軌道專業(yè)完成施工圖較早，通信、信號(hào)、給排水及消防、動(dòng)照等專業(yè)由于設(shè)計(jì)階段及精度的限制，無(wú)法準(zhǔn)確提供預(yù)埋管線的位置及數(shù)量，后續(xù)施工中易出現(xiàn)差、錯(cuò)、漏、碰、費(fèi)的問(wèn)題。

(1)某市地鐵工程地下線整體道床內(nèi)按各系統(tǒng)要求預(yù)埋的過(guò)軌管線，在開通運(yùn)營(yíng)前將近一半的預(yù)埋過(guò)軌管廢棄，管線內(nèi)積水、淤泥嚴(yán)重，削弱了整體道床的強(qiáng)度，易形成道床開裂、壓潰、脫空、分層等病害。

(2)各系統(tǒng)設(shè)備承包商在設(shè)備安裝過(guò)程中，為圖便利，大量的過(guò)軌纜線直接從鋼軌下直接穿越，未從設(shè)計(jì)預(yù)留的管線中穿越，且未采取固定措施。

(3)設(shè)備承包商對(duì)于道床表面過(guò)軌的纜線未采用絕緣材料包裹防護(hù)而是采用鋼管保護(hù)，導(dǎo)致鋼軌距離鋼管過(guò)近，出現(xiàn)電流燒蝕鋼軌、鋼管。

建議在過(guò)軌管線設(shè)計(jì)時(shí)，各系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)留、預(yù)埋要求的精細(xì)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)與軌道專業(yè)間的協(xié)調(diào)，精簡(jiǎn)道床內(nèi)預(yù)埋過(guò)軌管線數(shù)量；軌道施工承包商對(duì)于廢棄的過(guò)軌管線應(yīng)采用C35素混凝土填充封閉；對(duì)于未預(yù)留或特殊軌道結(jié)構(gòu)無(wú)法預(yù)留，需要從鋼軌下方直接穿過(guò)的線纜采用鋼管外敷設(shè)絕緣材料防護(hù)。

4 柱式檢查坑接口問(wèn)題

立柱式檢查坑道床是場(chǎng)段運(yùn)用庫(kù)和檢修庫(kù)內(nèi)常見的道床形式。常見專業(yè)分工中軌道專業(yè)設(shè)計(jì)軌道結(jié)構(gòu)高度為500 mm，500 mm以下由土建專業(yè)負(fù)責(zé)[16]。為加強(qiáng)軌道道床與下部柱體及底板間的可靠連接，結(jié)構(gòu)專業(yè)需要在軌下500 mm的分界處預(yù)留伸出鋼筋。但鋪軌單位與土建施工單位可能不在一個(gè)標(biāo)段，因?yàn)閳?chǎng)地、時(shí)間等原因，兩單位無(wú)法確保同時(shí)進(jìn)場(chǎng)，等土建施工完，鋪軌單位進(jìn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)預(yù)留的鋼筋達(dá)不到軌道連接需求；部分立柱中心線與軌道中心線存在偏差，導(dǎo)致扣件錨固螺栓套管偏斜，部分預(yù)埋套管位于立柱邊緣而缺少鋼筋混凝土保護(hù)層，影響扣件的使用壽命和立柱結(jié)構(gòu)的耐久性[17]。

(1)對(duì)于新線設(shè)計(jì)，建議業(yè)主單位在場(chǎng)段施工招標(biāo)時(shí)可將土建與軌道納入同一個(gè)施工標(biāo)段內(nèi)，避免兩家施工單位進(jìn)場(chǎng)時(shí)間不統(tǒng)一而難同步實(shí)施的問(wèn)題，可以最大限度地避免土建預(yù)留不符合軌道連接要求的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)降低立柱檢查坑范圍內(nèi)的軌道結(jié)構(gòu)高度，只取鋼軌和扣件安裝高度，這樣立柱結(jié)構(gòu)施工采用架軌法施工，立柱統(tǒng)一由土建專業(yè)設(shè)計(jì)，軌道專業(yè)負(fù)責(zé)提供扣件釘孔處套管預(yù)埋要求。施工時(shí)，先用鋼軌支承架將鋼軌架好，吊裝扣件及塑料套管，依據(jù)測(cè)量資料調(diào)整好軌道幾何形位，后灌注立柱混凝土，把施工誤差消除在土建結(jié)構(gòu)中，避免軌道與土建間的接口隱患。

(3)為避免板下膠墊澆入立柱混凝土中，施工中扣件暫不安裝板下橡膠墊，用長(zhǎng)、寬、厚尺寸與所使用扣件的橡膠墊板尺寸相同的木板或兩個(gè)4 mm平墊圈代替橡膠墊來(lái)預(yù)留位置，待澆筑混凝土后再用原來(lái)的橡膠墊板更換至鐵墊板下，這樣利于柱頂表面混凝土密實(shí)、找平，同時(shí)，在鐵墊板T型螺栓口位置粘貼一層塑料膠帶，防止混凝土污染T型螺栓。

(4)澆筑完的立柱混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)松開鋼軌扣件，防止因鋼軌熱脹冷縮帶動(dòng)扣件位置變化，引起混凝土的開裂。

5 遠(yuǎn)期預(yù)留工程接口問(wèn)題

由于要結(jié)合城市總體規(guī)劃、軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、城市路網(wǎng)規(guī)劃以及城市待建區(qū)域的近期重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目等情況，線路建設(shè)存在時(shí)序[18]，軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在與預(yù)留遠(yuǎn)期工程接口的問(wèn)題，如同一條線二期與一期的接口、不同線路間預(yù)留聯(lián)絡(luò)線的接口等。后序工程可能在前序線路實(shí)施多年后才實(shí)施，待建設(shè)時(shí)，線路敷設(shè)方式、路由可能與預(yù)留的接口條件存在差異[19]。如某市地鐵1號(hào)線一期工程實(shí)施時(shí)，為二期工程預(yù)留了向西延伸轉(zhuǎn)高架敷設(shè)的條件，一、二期工程分界接口處剛好位于爬坡的豎曲線上。二期工程在實(shí)施階段，受限于沿線所經(jīng)區(qū)域規(guī)劃調(diào)整和既有周邊條件限制，敷設(shè)方式從規(guī)劃預(yù)留的高架敷設(shè)方式調(diào)整為地下敷設(shè)方式，導(dǎo)致一、二期工程分界接口處，一期軌面高程較二期設(shè)計(jì)軌面高413 mm，需要對(duì)既有一期線路進(jìn)行改造，對(duì)既有軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑿除并重新澆筑處理。

為滿足站后專業(yè)的安裝要求，對(duì)于侵限地段，多采用降低軌道結(jié)構(gòu)高度的方案，不僅造成工程浪費(fèi)，重新澆筑的道床整體性、耐久性也受到影響，同時(shí)施工還會(huì)影響既有線的運(yùn)營(yíng)安全[20]。另外，既有線經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，下部結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生沉降、上拱等情況，造成與原有設(shè)計(jì)線路軌面高程不一致的情況，后續(xù)線路與既有線軌道連接時(shí)，需要重新結(jié)合既有實(shí)測(cè)軌面數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理。

因此，建議在遠(yuǎn)期預(yù)留工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)全局把控，考慮充分，不僅需對(duì)兩線建設(shè)時(shí)序、后線路由規(guī)劃、城市規(guī)劃進(jìn)行調(diào)研，還要考慮土建沉降、運(yùn)營(yíng)后線路條件變化等條件，尤其是在后建線路還存在許多不明確因素時(shí)，充分預(yù)留接口段的限界，有利于后建工程對(duì)預(yù)留節(jié)點(diǎn)的利用。

6 結(jié)語(yǔ)

從設(shè)計(jì)的角度，在系統(tǒng)梳理軌道系統(tǒng)與站場(chǎng)、給排水、信號(hào)、人防等專業(yè)復(fù)雜接口關(guān)系基礎(chǔ)上，針對(duì)既有城市軌道交通設(shè)計(jì)中的一些不足和已運(yùn)營(yíng)線路的病害情況，通過(guò)對(duì)規(guī)范條文、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例等內(nèi)容的探討，結(jié)合地鐵設(shè)計(jì)特點(diǎn)，給出常見軌道設(shè)計(jì)接口問(wèn)題在設(shè)計(jì)、施工等方面的合理化建議，供設(shè)計(jì)人員參考。