无锡地铁2号线轨道系统设计研究

丁静波,王　菁,曹　亮,刘　玮

(中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院,北京　100055)



无锡地铁2号线轨道系统设计研究

丁静波,王菁,曹亮,刘玮

(中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院,北京100055)

摘要：无锡地铁2号线是一条东西走向的主干线路,穿越无锡市5个区,线路曲线半径小,坡度大。结合工程特点和调研分析,确定无锡地铁2号线轨道系统方案,内容涉及地下线、高架线及停车场和车辆段。重点介绍扣件选型、道床排水、各种减振类型、无缝线路等设计方案,通过分析不同轨道结构形式的技术性能、适用性,细化了各专业配合设计内容,提出技术优化方案。

关键词：轨道系统；轨道减振；梯形轨枕；隔离减振垫；钢弹簧浮置板；无缝线路

1概述

无锡地铁2号线为东西向交通主干线路，西起梅园，东至安镇，线路全长26.3 km，其中高架线6.73 km，地下线19.56 km(含U形槽)。全线共设车站22座，其中高架站4座，地下站18座，平均站间距约1235 m。线路西端设青龙山停车场，东端查桥地区设查桥车辆段。主要承担中心城区和新区、蠡湖新城以及对外交通枢纽的东西向交通，使中心城的功能得到进一步提高。无锡地铁2号线走向示意见图1。

本工程设计最高运行速度80 km/h，采用B型车6辆编组，DC1500V接触轨供电方式。工程预计2014年底梅园至无锡东站通车试运行，无锡东站至安镇西1站1区间晚半年开通。本工程有以下3个方面的特点。

(1)减振降噪。无锡是一座江南古城，南邻太湖，背靠惠山，历史悠久，自然条件极好。古运河穿城而过，有着极为丰富的水网体系。无锡地铁2号线沿线多次下穿古运河，途径了梅园、阿炳故居、崇安寺等历史古文化建筑，因此轨道系统设计时必须采取减振降噪措施。

(2)雨水充沛。无锡地区全年降水量大于蒸发量，属湿润地区。特别夏季5、6月份雨季较长，属梅雨季。轨道应加强排水设计，对U形槽敞开段、道岔区等地段应进行特殊设计，并对水患引起的不均匀沉降等地质问题加以预防，加强道床配筋设计。

(3)曲线半径小、坡度大。无锡地铁2号线全线共计84条曲线，占全线长度的34.3%，其中有2处“S”弯曲线半径为300 m，且位于23‰大坡道区段。小半径是轨道薄弱环节，轨道状态差，钢轨侧磨也较大，严重时发生异常波磨，引发二次噪声扰民问题；还有列车通过此地段时轮轨驱动力加大，容易导致弹条和螺栓断裂，影响行车安全。因此，轨道应有针对性选择轨道标准，确保强度及稳定性，以满足运营安全。

图1　无锡地铁2号线走向示意

2轨道主要技术标准

(1)轨距：1 435 mm；

(2)轨底坡：1∶40；

(3)曲线最大超高值：120 mm；

(4)钢轨：正线及辅助线、试车线采用60 kg/m钢轨；车辆段采用50 kg/m钢轨；

(5)扣件：地下线采用DTⅢ2扣件，高架采用WJ-2A扣件；

(6)正线扣件(对)数：一般地段按1 600对/km铺设；

(7)道岔：正线采用9号道岔，车辆段采用7号道岔；

(8)道床：地下线采用整体道床；高架线采用纵向承轨台式道床；

(9)按环评要求，采取综合和分级减振措施；

(10)铺设跨区间无缝线路。

3正线轨道系统设计

3.1扣件型式

本线工程扣件选型主要考虑2个方面因素：一是地区特点；二是应与无锡既有地铁统一。无锡地区地下水资源丰富，结构容易发生沉降，应选用调高量大的有螺栓扣件。通过调研周边城市轨道交通地铁情况，确定无锡地铁2号线选用DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件。这2种扣件调高量均可达40 mm，已有多年运营经验，也与在建的无锡地铁1号线基本统一。

针对目前有些地铁曲线地段的钢轨异常波磨发生比例要高于直线地段问题，实践表明，加密扣件铺设对数，可提高线路纵横向约束，减缓波磨发展速度。无锡地铁2号线在曲线半径300 m

图2　无锡地铁2号线的DTⅢ2型扣件、WJ-2A型扣件

3.2道床选型设计

无锡地铁2号线地下线采用长枕埋入式整体道床，其整体稳定性好，施工速度快，有利于防止结构的不均匀沉降。高架线采用纵向承轨台式整体道床，可减轻轨道二期恒载，也是国内地铁普遍采用的道床型式之一。无锡地铁2号线地下线和高架线整体道床，见图3。

图3　地下线及高架线整体道床

地下长枕埋入式道床采用C35混凝土，表面设不小于3%的排水横坡，纵向设置双侧排水沟，其坡度与线路坡度一致。高架纵向承轨台式整体道床，采用C40混凝土，道床分块布置，每块之间设置100 mm道床伸缩缝。道床结构均按双层钢筋网设计，纵向钢筋以φ16 mm为主，结合防迷流设计要求，部分地段采用了φ20 mm钢筋，钢筋截面达到4 500 mm2。为加强高架整体道床与桥面间的连接，在桥梁上预埋4根φ14 mm的L形钢筋，埋入桥内深度不小于150 mm[2]。

3.3道床排水设计

道床排水主要用于排除结构渗漏水、消防废水和道床冲洗水等。无锡地区地下水充沛，若设计不当，容易导致轨道绝缘降低，诱发道床与结构间剥离、不均匀沉降、翻浆冒泥等一系列的问题，严重时危及行车安全。无锡地铁2号线对道岔区、洞内外U形槽等区域，基本措施是将水沟由200 mm加宽至300 mm。在洞口U形槽泵房位置，考虑雨季雨水量较大，水流湍急，设置了2道横截沟，见图4。一方面加强横向水沟排水能力，另一方面也避免道床水过快过多地流入下游而淹没道床。

道岔转辙机坑排水是设计的难点。目前部分地铁道岔转辙机坑不管是否与水沟连通，均出现积水问题。转辙机坑积水易对信号、轨道设备造成氧化腐蚀、绝缘失效，严重时会造成轨道“打火”问题[3]。调查发现，季节性变化的结构渗漏水是导致道岔转辙机坑排水问题主要原因之一。水位高时，道床两侧水沟比较满，往转辙机坑内倒灌或基坑内渗水；枯水时，基坑内的水又无法排出。无锡地铁2号线为了应对这种季节性的水位变化，在每组道岔转辙机横向沟槽位置埋设φ50 mm PVC管，并设置软木塞。在水位高季节堵上防止倒灌，冲洗道床或渗水较多时，取出木塞将积水排出。现场实施表明，效果良好，见图4。

图4　U形槽敞开段及道岔转辙机坑排水设计

3.4轨道减振设计

根据无锡地铁2号线工程环境影响报告书，将全线减振分为中等、高等及特殊3个减振等级。其中，振动超标0 dB10 dB，采用钢弹簧浮置板。

3.4.1压缩型减振扣件

早期国内地铁整体硫化压缩减振扣件是以洛德(LORD)扣件为主，澳大利亚DELKOR公司也有研发产品，主要供应国内高铁。在满足轨道部件互换通用的前提下，研发与DTⅢ2、WJ-2A型扣件的型式尺寸通用的整体硫化压缩型减振扣件，在国内尚属首次，见图5。经测试表明，扣件静刚度18.2 kN/mm，经300万次疲劳试验后，轨头横向位移量小于2.0 mm[4]。其轨头横向位移量小于减振器扣件[5]，可缓解轮踏面在钢轨上形成横向前进型滑移磨耗，利于提高轨道平顺性。

图5　无锡地铁2号线设计研发的压缩型减振扣件

3.4.2梯形轨枕设计

梯形轨枕是由纵向PC轨枕、横向联接钢管和减振部件构成，适用于振动超标5～10 dB的高等减振地段[6]。无锡地铁2号线梯形轨枕有5 900 mm及5 900mm-B 2种型号，断面规格为(580×185) mm。5 900 mm-B型在每相邻缓冲垫板空档中部均增加1块(200 mm×185 mm×12 mm)缓冲垫，主要适用于R≤500 m小曲线半径地段。减振垫和缓冲垫均由奥地利Getzner进口，通过简单工装可方便实现抽换，并可进行高度及减振刚度的调整。

本工程的梯形轨枕设计与DTⅢ2、WJ-2A型扣件配套，在梯形轨枕上设承轨台和轨底坡，攻克了不规则断面偏心设计、生产脱模等方面的技术难关，是地铁预制件技术上的突破。不仅避免了增加扣件类型，也保证了轨底与枕顶的高差≥70 mm，利于防迷流、排水和养护维修，见图6。

图6　地下和高架线的梯形轨枕

3.4.3道岔区隔离减振垫道床

无锡地铁2号线仅在道岔区采用隔离减振垫道床，它主要由基底层、道床板、弹性橡胶减振垫组成。结合本工程具体废水泵房的位置，在设计范围内完全实现了以两侧排水沟为主，基底中心水沟为辅排水的方式，解决了中心水沟排水能力不足的问题。减振垫道床按分块设计，每块长度约6 m。一般采用USM 1000-W型弹性垫层，其静力地基模量为0.019 N/mm3，过渡段采用USM2030型弹性垫层，其静力地基模量为0.03 N/mm3，弹性垫层厚度均为30 mm。其中青龙山停车场出入段50 kg/m钢轨7号5 m交叉渡线位置，按环评要求，首次采用合成轨枕的减振垫道床[7]。

道岔区隔离减振垫道床，其特点是结构简单，施工方便，难点是排水和侧向挡墙设计复杂，先施工基底层与侧向挡墙，最后施工道床板，分2次浇筑完成，细节部分应注意橡胶垫应用弹性橡胶密封条，再用橡胶膨胀止水条封顶。

3.4.4钢弹簧浮置板设计

根据环评要求，针对下行穿越敏感点及振动超标大于10 dB地段，采取钢弹簧浮置板减振。本工程有1段300 m双向“S”弯曲线的钢弹簧浮置板，下穿居民楼，设计为国内罕见。在钢弹簧浮置板上设置凸台，增加浮置板的参振质量，以满足预期的减振效果；还能起到一定防止列车脱轨功能，增强列车运营安全和稳定性，见图7。另外，针对小半径磨耗问题，在加密扣件基础上，设置了涂油器润滑系统，也建议运营期间应合理控制行车速度，以减缓初始波磨不平顺，防止在列车持续的激振作用下，发生异常波磨问题。

图7　钢弹簧浮置板道床结构

3.5无缝线路设计

无锡地铁2号线正线(含道岔)按跨区间无缝线路设计。为便于运营后道岔的养护维修及更换，地下线在道岔前后设1根插入轨，采用冻结接头，并设置合适的轨端片[8]。高架线为避免长钢轨位移向道岔内传递，在道岔前后均设置钢轨伸缩调节器(简称调节器)，道岔与调节器间插入轨也均冻结，减少轨缝，提高平顺性。

本工程无缝线路设计重点是特大跨桥上无缝线路设计。无锡地铁2号线最大跨度桥是跨沪宁高速公路(80+136+80) m连续梁，温度跨达到250 m，需设置小阻力扣件，以降低梁轨作用力，释放梁端位移。根据桥梁的跨度、支座布置、桥墩线刚度、线路纵向阻力等资料，建立有限元模型计算钢轨附加力[9]。经计算，跨沪宁高速公路(80+136+80) m连续梁单股钢轨伸缩力T1结果见图8。

图8　跨沪宁高速公路(80+136+80) m连续梁钢轨伸缩力

按《铁路无缝线路设计规范》(TB10015—2012)要求，对跨沪宁高速公路(80+136+80) m连续梁的钢轨应力进行检算，包括动弯应力、温度力、伸缩应力或挠曲应力等各项应力之和均未超出钢轨容许应力，且理论计算的断缝值也小于10c m[10]，确定本桥不设钢轨伸缩调节器。

4车辆段及停车场轨道设计

无锡地铁2号线车辆段和停车场内涉及专业众多，重点是加强专业间设计配合，做好接口设计[11]。本工程重点加强了以下几个方面：(1)库内轨道与土建施工界面。考虑土建的施工误差难以满足轨道铺设的要求，库内柱式、壁式整体道床，轨道结构高度500 mm范围内均由轨道单位施工；(2)信号专业配合设计。轨道配轨应满足信号轨道电路绝缘要求，尽量使用标准轨；库内整体道床应预留波导管安装空间。(3)供电专业配合设计。在车辆段及停车场接触轨支架通过化学锚栓安装在预应力混凝土枕上。混凝土枕上预留4个φ18 mm的孔，垂直于线路方向孔间距为120 mm。轨道铺设时，应按照接触轨专业要求，布设预留有孔预应力混凝土枕。

5结语

系统介绍了无锡地铁2号线轨道系统设计方案，针对不同的轨道结构型式，提出了一些优化措施，现场实施后基本有效可行。目前无锡地铁2号线轨道正在工程竣工验收，已完成冷滑、热滑，已具备空载试运营条件。

参考文献：

[1]北京城建设计研究总院.GB50157—2003地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003．

[3]张立国，丁静波.城市轨道交通轨道结构与杂散电流接口设计研究[J].铁道标准设计，2013(5):14-15．

[4]中国铁道科学研究院金属及化学研究所.压缩型减振扣件检验报告(2013)JHC字第970号[R].北京：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，2013．

[5]北京市轨道交通建设管理有限公司，北京交通大学，等.北京轨道交通减少异常波磨的综合减振技术研究中间报告(编号Z101106000410004)[R].北京：北京市轨道交通建设管理有限公司，北京交通大学，等，2011．

[6]姜坚白.北京城市铁路振动与噪声控制对策[J].铁道建筑，2003(S)：64-65．

[7]杨新民，张庆，张立国.合成树脂轨枕的应用研究[J].铁道标准设计，2009(6):22-23．

[8]蔡炳华.提速道岔接头冻结技术与铺设运营效果分析[J].铁道标准设计，2002(3)：7-8．

[9]丁静波，刘玮.北京轨道交通房山线高架无缝线路设计研究[J].地下工程与隧道，2011(S):52-53．

[10]刘华，韩启孟.《铁路轨道设计规范》编制的主要内容及特点[J].铁道标准设计，2006(3)：11-12．

[11]丁静波，曹亮.珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线轨道工程设计[J].铁道标准设计，2012(4)：25-26．

The Design of Wuxi Metro Line 2 Track SystemDING Jing-bo, WANG Jing, CAO Liang, LIU Wei

(Track Engineering Design & Research Institute, China Railway Engineering

Design & Consultant Group, Beijing 100055, China)

Abstract：Wuxi Metro Line 2 is an east-west trunk line, passing through 5 districts in Wuxi. The curve radius is small with steep slopes. Based on the analysis of engineering characteristics and investigations, system plan of the line 2 of Wuxi metro rail system is drawn out, covering underground lines, viaduct lines, parking lot and the depot. This paper focuses on fastener selection, bed drainage, various vibration types, seamless steel line and design scheme. Through the analysis of technical performances of different track structures, the design details are addressed and technical optimization scheme is proposed.

Key words：Track system; Track vibration; Ladder sleeper; Rubber pad; Spring floating slab; CWR

中图分类号：U231； U213.2

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.007

文章编号：1004-2954(2015)01-0029-04

作者简介：丁静波(1979—)，男，高级工程师，2002年毕业于西南交通大学土木工程学院土木工程专业，工学学士，E-mail:dingjbo@163.com。

收稿日期：2014-04-19； 修回日期：2014-04-30