巴基斯坦拉合尔地铁轨道设计总结与分析

2018-05-30曹宇泽

铁道勘察 2018年2期

曹宇泽

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

1 概述

巴基斯坦拉合尔轨道交通橙线是在“一带一路”中巴经济走廊框架下首个正式启动的大型轨道交通项目，也是巴基斯坦国内首个城市轨道交通项目，正线全长约25.5 km，其中高架线长23.5 km，地下线长1.3 km，路基段长0.7 km；共设车站26座，其中高架站24座，地下站2座，设车辆段、停车场各一处。机车车辆采用中国B1型车，5辆编组，最高运行速度为80 km/h；供电方式为直流750V接触轨受电。根据分工，土建工程的设计、施工由巴方负责(主要参照美国标准)，轨道工程、机电设备由中方负责(采用中国标准)。项目建成后，中方还将承担5年的运营维护工作，提供从建设到运营阶段全方位的支持。

2 项目背景差异性分析

不同于国内城轨项目，当地特定的社会、政治、宗教、地理、文化、经济、法律、环境等因素，对项目的执行过程将产生多方面的影响。

2.1 地理、文化及经济差异性

巴基斯坦拉合尔位于南亚次大陆西北部，处于亚热带地区，气候炎热，雨季气温可高达47 ℃以上，昼夜温差大，雨水充足。

拉合尔是巴基斯坦第二大城市，也是巴基斯坦的文化和艺术中心，是一座有2000多年历史的古城，曾是莫卧儿帝国首都，有“巴基斯坦灵魂”之称。本工程沿线分布着夏利玛花园、Gulabi Bagh Gateway、Chauburji， Zebunnisa’s Tomb， Lakshmi Building and the General Post Office等历史文物建筑。

巴基斯坦为发展中国家，工业基础薄弱，总体规模较小，门类不够齐全。

2.2 当地铁路及轨道交通建设现状的差异性

当前，巴基斯坦国内客货运输以公路为主。其铁路始建于1861年，1947年独立前全国铁路网已初具规模，后由于体制、资金和管理等原因，铁路建设长期停滞不前。目前，铁路铺轨里程为11 658 km，运营里程为7 791 km。其中，412 km为米轨铁路，其余均为宽轨铁路[1]。总体而言，巴铁技术标准陈旧，设备落后，缺乏养护和升级改造，通行速度低，利用率不高。此外，当地尚没有已运营的轨道交通线路。

2.3 建设程序的差异性

工程建设相关的部分程序、法律法规与中国不一致，如对一些关键程序不了解，可能导致投标漏项、缺项、设计方案不合理或对相关费用估计不足等问题。

本项目环评由巴方负责。巴基斯坦有较为完善的环保法规体系，但巴方尚无轨道交通振动评估预测经验，环境评估程序与内容亦不健全，环评编制过程中未提出轨道减振、降噪等需求，当地法律仅针对文物保护建筑提出保护距离要求。

2.4 技术标准的差异性

中国行业标准简洁明了，对多数设计参数给定了取值范围，强制性标准较多。本项目巴方负责的土建部分主要参照美国标准，其由强制性的标准和自愿性的行业标准组成，多数参数取值需根据具体情况通过计算获取[2-5]。强制性标准所涉及的都是直接影响安全性和兼容性的基础性内容，而自愿性的行业标准则是在总结实践经验的基础上提供的建议，不具强制性。

我国城轨技术标准符合我国的设计及工程项目建设管理模式，而在境外采用中国标准时则需结合当地情况，不应照抄照搬国内习惯做法。

该项目背景差异性汇总如图1。

图1 项目背景差异性汇总

3 轨道系统设计

按照合同分工，轨道系统由中方负责设计与施工，采用中国标准，但项目的设计应考虑当地的国情，采用适当、合理、经济的技术和管理模式，确保方案的可实施性。

3.1 设计原则

(1)轨道结构设计应严格执行中国标准，推广中国成熟、先进的技术。

(2)遵循“安全可靠、技术先进、功能完备、经济绿色”的原则，广泛调研、吸收国内外相关轨道工程的先进经验，采用技术成熟、性价优越的轨道结构方案，提高轨道的综合技术性能。

(3)轨道结构应具有牢固、耐久、绝缘、防腐、弹性适当等特性，保证行车安全、平稳和乘客的舒适，养护维修工作量少，使用寿命长。

(4)根据拉合尔地区的地质、气候情况，选择适宜的轨道结构和部件，选用的零部件应具有高可靠性、通用性和互换性。

(5)根据项目实际情况，配备必要的检测和维修设备。

(6)轨道结构应具有合适的刚度和弹性，以减少运营中的振动和噪声污染。

3.2 技术标准

(1)正线、试车线采用60 kg/m钢轨，车场线采用50 kg/m钢轨；采用1 435 mm标准轨距，1/40轨底坡，区间铺设无缝线路。

(2)全线共采用5种类型扣件：WJ-2A型扣件用于高架线整体道床;TSD1型扣件用于地下线整体道床；弹条Ⅰ型扣件用于地面线碎石道床；此外，对应50 kg/m、60 kg/m钢轨，分别采用了两种扣件类型。

(3)正线(除地面线)均采用短枕式整体道床，地下线设置中心水沟；高架线为纵向承台式；地面线为新Ⅱ型枕碎石道床。

(4)正线、车场分别采用60 kg/m钢轨(9号)，50 kg/m钢轨(7号)弹性可弯式曲线尖轨道岔。

(5)全线铺设温度应力式无缝线路，道岔前后各设置1组单向伸缩调节器，以保证无缝线路的稳定。

4 设计优化和技术创新

4.1 地下线采用TSD1新型扣件

传统地下线扣件重量大、零部件多、e形弹条存在易折断和滑退问题且安装不便。TSD1型扣件对铁垫板、弹条、锚固螺栓、轨距块进行了优化。与常用扣件铁垫板相比，厚度优化为16 mm，减轻了重量，降低了造价；相较于普通e形弹条，新型弹条的正向长度为105 mm(增大了5 mm)；侧向宽度为97 mm(增大了2 mm)，且加大了弹条尾部弧度，增大了与铁垫板的接触面，使弹条不容易折断和滑脱，使用寿命更长。弹条穿入孔改为长圆孔，使弹条安装更方便，不会对弹条中趾活动产生影响。螺栓和平垫圈结合成一体，增加了稳定性，减少了组装零件。轨距块立面由33 mm加厚至35 mm，减少了对承轨槽挡肩的冲击力，并且绝缘效果更好。经过优化改进，TSD1型扣件结构更简单，且性能可靠，便于安装更换，减少了养护维修工作量。

4.2 采用聚酯垫板

传统地铁扣件弹性垫板一般采用橡胶制作，耐候性差，质量难以控制，弹性衰减较快，使用寿命一般不超过8年，是整个扣件中最易磨损的部件。拉合尔地区夏季漫长，且环境温度极高，气温可高达47.4 ℃，且浮尘扬沙天气多发。随着新材料推广与工艺进步，由聚酯、聚氨酯等热塑性材料，微孔发泡工艺制造的新型垫板更适用于本项目的自然环境，其使用寿命是橡胶的3～4倍。

4.3 预留减振扣件改造条件

巴基斯坦虽制定了较为完整的《环境影响评估(EIA)程序》，将环评列为对发展项目进行审批的先决条件，并对总体做法做了详细规定，但由于当地无轨道交通建设运营经验，对本项目没有提出具体的减振降噪预测方法及建议。合同文件以及提供的环评报告仅对运营期的噪声进行了预测评估，未对减振降噪提出明确要求[6-9]。为了适应未来的环保要求，中方对沿线轨道振动敏感点进行了提前摸排调查。本项目预留了统一扣件钉孔位置，可用于减振改造。

4.4 小半径曲线设置钢轨涂油设备

车辆在曲线上行驶时，导向轮往往存在两点接触，使接触点上的轮对运行方向与轨距线的切线方向形成一个冲角，导致钢轨轨头侧面的磨耗。根据有关运营经验，曲线半径小于450 mm时，钢轨磨耗明显增加[10]，在轮缘与钢轨轨头侧面之间实施润滑，可有效减缓曲线钢轨侧面磨耗。本线半径小于450 m的曲线占全线长度的14%，为减小钢轨侧磨，小半径曲线地段设置了钢轨涂油设备。

5 施工案例分析

5.1 轨道与土建接口出现的问题及解决

对于轨道(中方设计)与土建(巴方设计)的接口处理，因双方的沟通与理解不充分，使得局部预留预埋部件不满足要求。

(1)巴方桥面预埋道床连接钢筋不合格

是否按要求预埋道床连接钢筋关系到轨道结构的稳定性与行车安全。按有关要求，预埋筋应高出桥面80 mm，横向间距为260 mm，纵向间距为200 mm，高度偏差为±10 mm，横向偏差为±2 cm。部分车站及区间桥面预埋道床连接钢筋未严格按照轨道设计要求进行预埋，高度、间距均不满足要求。通过多次交涉，才使得问题最终得到解决。

(2)车场立柱钢筋与要求不匹配

根据合同，土建方(巴方)负责车场立柱的钢筋绑扎以及轨面500 mm下的混凝土浇筑。铺轨施工前发现部分立柱钢筋未按设计高度预留。此外，由于当地生产的钢筋力学性能较中国标准低，造成钢筋布置过密，导致扣件锚固螺栓套管无法埋设(见图2)。经讨论，决定采用保留角筋，切割掉干涉钢筋并进行补焊来保证立柱的强度。

图2 车场立柱检查坑预埋钢筋

(3)土建未考虑线路贯通

车场特种车库与材料库有一条贯通线路，由于土建方不理解线路需贯通铺设的设计意图，未严格控制施工误差，导致两库的轨道不能贯通。向土建方强调设计意图后，通过整改轨道预留基础，使两库满足贯通铺轨的要求。

5.2 对中国标准认识模糊

本项目土建设计、施工由巴方完成，设计前未能让土建方充分理解中国标准，对部分规范、标准认识存在偏差。

(1)测量标准与铺轨要求不符

测量作为铺轨的一项基础性工作，决定着轨道铺设的进度与质量。对比设计与实测数据，部分桥墩偏差较大(见图3)，桥面水平方向侵限严重，已无法满足铺轨的精度要求。通过补设水平、高程控制点，按照中国标准对既有平面控制网进行优化与升级，提高控制网的测量精度，满足了中国规范的要求[12]。同时，根据建成桥梁的测量数据，进行了调线调坡设计，确保轨道工程的顺利实施以及与土建工程的顺利衔接。土建方对地铁控制网测量的要求认识不足，测量技术尚不能满足城轨施工精度要求。因此，应加强与巴方沟通，使巴方技术人员了解、认可、接受我国标准。