珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线轨道工程设计
2012-08-02丁静波
丁静波,曹 亮
(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)
1 广佛线工程概况及主要技术标准
珠江三角洲城际轨道交通广州至佛山线(简称广佛线)是连接佛山、广州两地区的重要交通线路,具有推动珠江三角洲区域城市发展和提升广佛都市区城市管理功能和中心地位的作用。线路起于佛山市魁奇路站,终点沥滘站,全长32.16 km,均为地下站,共21座车站,其中佛山市境内线路长14.79 km,设11座车站,广州市境内线路长17.37 km,设10座车站,在线路中部的南海区夏南村,设车辆段一处。首期段魁奇路至西朗,线路长度20.7 km,于2010年11月3日正式开通。
广佛线车辆采用B型车,列车最高运行速度80 km/h,初、近、远期按4节编组,以接触网方式供电。轨道主要技术标准如下。
(1)轨距:1 435 mm,按《地铁设计规范》B型车标准加宽轨距。
(2)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。
(3)扣件:弹性分开式扣件。
(4)道床:地下线采用整体道床;地面线采用碎石道床。
(5)道岔:正线采用9号道岔,车辆段采用7号道岔。
(6)轨底坡:1∶40。
(7)轨枕根数:正线按1 600根/km铺设;车辆段按1 440根/km铺设。
(8)曲线最大超高值:120 mm。
2 广佛线正线轨道设计
2.1 轨道扣件选型设计
广州地铁1号线使用了香港地铁的3670型弹条,又称为单趾弹条,它与国铁Ⅲ型弹条相似,属于“e”型弹条。该弹条扣压力适中,单个弹条扣压力为5.6 kN,适用于地下及高架线路。扣件的调高量比有螺栓的“ω”型扣件小,调距量经优化设计后,可达到14 mm,均能满足运营维修要求。与在建及运营广州地铁一致,广佛线主要采用单趾弹簧扣件,但在曲线半径R≤400 m或坡道i≥20‰时,采用扣压力更大的ZX-3型扣件,以增强薄弱地段的抗纵、横向阻力,提高轨道的强度和稳定性。
2.2 地下线整体道床选型设计
目前广州已开通运营7条地铁线路,早期开通的广州地铁1、2号线均为地下线,采用短枕式整体道床。后期开通的地铁4号线为与直线电机车辆相匹配,在广州地铁内首次采用了长枕埋入式整体道床。
广佛线最初方案与地铁1、2号线一致,采用短枕式整体道床结构,该结构简单,施工技术成熟,且造价低。最早开通的地铁1号线已运营满10年,通过对运营线路的初步调研,该结构中的短轨枕常与周边道床混凝土剥离、松动,且出现破损掉块问题。此外,短枕式道床常采用支撑架施工工艺,支撑架对保持轨道几何形位精准较差。地铁4号线运营至今已5年,采用长枕埋入式整体道床,轨道几何状态保持良好。由于长轨枕整体性能好,能克服施工误差,利于保持轨道几何状态,从而降低道床病害,提高轨道全寿命周期,减少维修成本。因此,广佛线与同期建设2/8号线、3号线北延段均采用了长枕埋入式整体道床。参照国内地铁设计经验,广佛线埋入式长轨枕长为2.1 m,枕高为160 mm,预应力筋总张拉力为210 kN。
与短枕式整体道床相比,长轨枕每个扣件节点比短枕增加80元,参照广州地铁工程主要项目综合成本指导价,长枕埋入式整体道床每公里铺设道床概算价约360.1万元,比短枕式道床增加25.7万元。
2.3 岔区合成轨枕整体道床设计
合成轨枕是玻璃长纤维强化的发泡聚氨脂成型的枕木,最早在日本应用,技术较成熟,其使用寿命可达50年左右。广州地铁4、5号线采用直线电机车辆,为便于车辆感应板的安装,确保系统安全,4、5号线道岔区首次采用了合成轨枕。合成轨枕耐久性、可修复性好,特别在道岔区使用,有利于调整道岔的几何尺寸,更好保持道岔的几何形位,加快了轨道施工进度。在同等条件下,每组道岔施工可节省约2 d时间,若按一处配线道岔群8组计算,可加快施工进度约10~12 d。鉴于合成轨枕造价较高,广佛线与同期建设的2/8号线、3号线北延段仅在道岔区内采用。
2.4 轨道减振设计
广佛线途经佛山市、南海新区,进入广州市芳村区与广州地铁1号线接驳,沿线有季华园、祖庙、珠江水产研究所、南海金融高新区、广船广钢宿舍、芳村卫生院、真光中学等振动敏感点。按华南环境科研研究院的评估资料,广佛线沿线振动超标均小于8 dB,采用一般中等减振就能达到国家规定的环境标准。
2.4.1 双层非线性减振扣件
早期的广州地铁1、2号线,在振动超标小于8 dB的地段,主要采取弹性短枕、减振扣件2种减振方式,但经过多年运营,弹性短枕存在与道床间分离空吊及减振器扣件橡胶制品老化等问题。为此,广佛线为便于运营更换,与同期建设的2/8号线、3号线北延段均采用了双层非线性减振扣件。该扣件也是在原单趾弹簧扣件基础上改型,可与之互换使用,由缓冲尼龙垫板、上层和下层铁垫板、橡胶减振材料组成,利用缓冲尼龙垫板实现结构自锁,且传递纵、横向力。广佛线双层非线性减振扣件静刚度为12 kN/mm,动静刚度比1.25。
通过对广佛线已实施的双层非线性减振扣件调研表明,这种装配“夹心层”式减振结构,对于小半径曲线的适用能力较弱,钢轨的内外股的磨耗偏大,应对小半径曲线等特殊地段限制使用或进一步优化改进。
2.4.2 下穿物业开发地段的特殊轨道减振
地铁除为市民出行提供便捷外,还有“地铁经济”效应,因此地方政府均比较重视对地铁沿线的物业开发。广佛线金融高新区站(原南海汽车站)位置A30地块,是集商业、居住、公交于一体的综合开发的地段,广佛线下穿A30地块段,里程范围为YDK12+456~YDK13+0.0,见图 1。
图1 金融高新区站A30地段上盖物业开发位置
金融高新区站A30物业开发建筑基础与车站结构合建,列车下行穿过,荷载直接作用于A30地段建筑结构底板上,运营期间对上层建筑振动明显。按照地铁规范,沿线建筑物小于20 m及穿越地段,宜采取较高减振措施。与本工程相似的北京四惠站和西直门站、上海临平路站分别采用了减振器减振和钢弹簧浮置板减振,其中北京四惠站虽然采取了中等减振措施,但振感仍明显。为改善物业开发环境,提升利用价值,决定在金融高新区站A30物业开发地段采用钢弹簧浮置板减振。
3 广佛线车辆段轨道设计
广佛线夏南车辆段地处佛山市南海区境内的夏南村,位于海八路五丫口大桥南侧,车辆段总占地面积约23 hm2,铺轨长度为12.42 km。车辆段主要铺设碎石道床,采用弹条Ⅰ型扣件,新Ⅱ型混凝土轨枕。车场线采用50 kg/m钢轨7号单开道岔,试车线采用60 kg/m钢轨9号单开道岔,均为木枕。库内根据工艺型式,采用短枕式整体道床,弹条Ⅰ型分开式扣件。
车辆段内涉及的专业多,做好与各专业的接口设计是关键。库外车场线碎石道床与路基专业协调,确保排水顺畅及轨道高度;检修和运用库与建筑、车辆段工艺、防弥留、排水等专业协调,以控制轨道结构预埋件设置达标。夏南车辆段库内及平过道整体道床部分基础为软土地基,由于前期处理接口措施不当,引起轨道工后沉降过大,通过采用CT灌浆料和加长扣件预埋螺栓方式基本解决,目前运营状况良好。
4 结语
为迎接广州2010年亚运盛会,广佛线与同期建设的2/8号线、3号线北延段均在2010年底顺利开通,通过调研反馈,广佛线轨道结构状态良好,特别是在小半径曲线等薄弱地段采用了扣压力更大的ZX-3型扣件,较好地控制了曲线磨耗,提高了结构整体强度和稳定性。
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