上海浦东国际机场捷运系统轨道结构设计要点及思考*

张 斌 陈睿颖

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司， 200092， 上海∥第一作者, 高级工程师)

1 工程概况

上海浦东国际机场(以下简称“浦东机场”)捷运系统是国际上第1条采用钢轮钢轨制式的空侧旅客捷运系统。该线全长约为7.234 km(全为地下线路)，共设5座车站：T1航站楼站、S1卫星厅站、T2航站楼站、S2卫星厅站以及预留的T3航站楼站(以下简称为“T1站”“S1站”“T2站”“S2站”“T3站”)，并设有1个车辆基地。如图1所示，T2站—S2站、T1站—S1站为双线，采取穿梭运营模式。该捷运系统车辆采用线路等级速度为80 km/h的4节编组A型车。正线和车辆基地分别采用DC 1 500 V第三轨和架空接触网2种不同的授电方式。捷运东线(T2站—S2站—T3站)和捷运西线(T1站—S1站—T3站)独立运营、互为备份，以满足浦东机场捷运系统昼夜不间断运行的运输要求。

在浦东机场T1、T2航站楼建设时分别预留了2段隧道，下文简称为“T1既有段”“T2既有段”。由于规划方案调整缘故，这2段预留隧道的空间较紧张。

2 轨道结构设计要点

2.1 轨道结构主要设计方案

2.1.1 钢轨

浦东机场捷运系统的正线及辅助线的钢轨均采用60 kg/m、U 75 V热轧轨。除道岔区外，地下正线均铺设无缝线路，设计锁定轨温取值为25±5 ℃。

车场线为地面线，采用有缝线路。车场线岔后采用50 kg/m钢轨。

2.1.2 道床

1) 一般区段。采用C35钢筋混凝土现浇整体道床，轨道结构高度为560 mm。道床两侧设排水沟。

尺寸单位：m

2) 高等减振地段。采用钢弹簧浮置板整体道床，轨道结构高度一般按800 mm设计。铺设浮置板道床长约5.4 km，其中：在有条件的区间标准段采用预制板(长约为2.1 km)，在道岔区及T1既有段采用现浇混凝土道床(长约为3.3 km)。

3) T1既有段。受限界控制，轨道结构高度最小仅为560 mm。采用厚度为300 mm的薄型浮置板(见图2)，通过板中设置凸台来增加其参振质量。

4) T2既有段。受限界控制，轨道结构高度仅为360 mm。采用超薄型无枕式整体道床(见图3)，道床混凝土采用掺复合纤维C40混凝土，并采用了植筋方式加强结构的整体性。

5) 车场线。均采用C40钢筋混凝土现浇整体道床。

2.1.3 扣件及轨枕

1) 一般标准地段：采用DTⅢ2A型扣件及其对

尺寸单位：mm

应长轨枕，局部设有中心水沟的过渡段采用短轨枕。

2) 中等减振地段：采用轨道减振器扣件及其对应长轨枕；T2既有段配合无枕式道床采用特殊设计的带轨底坡式、剪切型减振扣件；T1既有段配合凸台式薄型浮置板采用厚度80 mm的薄型轨枕。

3) 车场线：岔前采用DTⅢ2A型扣件及其对应长轨枕，岔后采用DJK5-1型扣件及其对应短轨枕。

尺寸单位：mm

2.1.4 道岔及其道床

正线、辅助线、车场线均选用60 kg/m钢轨9号系列道岔。单开道岔采用上海轨道交通标准图，道岔的直向、侧向允许通过速度分别为100 km/h和35 km/h。

由于本工程车站需满足航空客流与航站楼内流程衔接管理的需求，S1站、S2站采用一岛两侧站型，且岛式站台的宽度较大，故在站后设置了23 m线间距的交叉渡线超大道岔区；结合该捷运四期工程的预留衔接需求，在T3站的站前预留了组合交叉渡线道岔区。车辆基地库前设置了线间距为10.5 m的交叉渡线。此外，道岔区总布置及局部的节点需进行特殊设计。

2.1.5 车挡

正线采用滑移式液压缓冲车挡。库外的车场线采用固定式液压缓冲车挡，库内的车场线采用摩擦式车轮挡。此外，由于T1既有段、T2既有段的端部车挡空间有限，采用了特殊设计的大能力车挡。

2.2 工程设计重点、难点的解决方案

2.2.1 多样化减振降噪措施

考虑到机场对减振降噪的要求较高，本工程因地制宜，基于分级减振降噪原则，根据不同工况配置了多样化的减振降噪措施：在中等减振区段设置如轨道减振器等扣件；在高等减振区段采用钢弹簧浮置板道床。此外，本工程还在T1站、T2站、S1站、S2站4座车站范围内的高等减振区段设置了迷宫式钢轨阻尼器。在实际运营中可知，这些减振降噪措施收效明显。

2.2.2 精细化设计-施工联动

基于T2既有段的预留条件(净高4.5 m、净宽8.6 m的矩形隧道)，本项目在国内首次采用了长距离、薄型轨道的结构型式。针对该结构进行1∶1的轨道板静载和疲劳试验，建立了仿真模型并进行数据分析，提出了采用提高混凝土标号、掺入复合纤维、进行植筋加固、精细化排水设计、超薄压缩型减振扣件特殊设计等技术手段。本项目召开专题评审会并通过了专家评审，确保了薄型轨道结构型式的强度、耐久性、可靠性。此外，本项目还制订了配合超薄型无枕式道床施工的专项方案，以保障该段轨道结构的施工质量。

针对T2既有段空间有限的问题，本项目基于CPⅢ轨道精测网采用了铺轨、中隔墙、设备安装“三位一体”的施工定位方式，使土建施工误差控制在1 cm以内。此外，还开展了“多次进场、多次测量、多次调线调坡”的设计-施工联动工作，设置样板段来模拟实际的安装空间，用以保障限界紧张情况下在土建、铺轨、机电安装的全过程达到精细化设计、施工的目标。

2.2.3 大线间距浮置板道岔

由于道岔区位置(图1的A、B、C处)位于机场卫星厅或航站楼的正下方，与建筑体共用结构。在初步设计阶段，设计单位向浦东机场指挥部的专题汇报会议上，确定了该区段需采用最高等级的减振降噪措施，以尽可能减少因振动和噪声对航站楼及旅客的影响。而在广州地铁的3号线和广佛线、北京地铁房山线、成都地铁2号线、青岛地铁1号线等项目中，都已经有浮置板单开道岔或单渡线道岔的成功应用实例，技术上总体成熟可靠。相比普通的整体道床道岔区域，列车在通过地下线钢弹簧浮置板道岔区域时，需达到以下要求：浮置板的基底振动噪声级不大于75 dB，隧道壁的振动噪声级不大于70 dB。

图4为国内首次采用23 m线间距钢弹簧浮置板交叉渡线道岔区的现场实景图。而根据浦东机场四期工程的预留需求，该项目在三期工程需建设由13.2 m线间距交叉渡线、4.6 m线间距交叉渡线、4.2 m线间距单渡线组合成的钢弹簧浮置板道岔区，这在国内也属首次。这些特殊规格的道岔区浮置板的板块划分、隔振器布置、排水组织都需进行针对性、精细化的设计。

图4 S1、S2站站后的23 m线间距交叉渡线道岔区实景图

该项目对应的施工专项方案主要对道床基底标高、浮置板顶升2个关键点进行质量控制。具体措施主要包括：直/曲线段根据超高情况放样,采用铺轨基标之间拉设纵横向弦线,采用电子水准仪复测标高,每块浮置板设4个测点进行动态监测,分3～4轮顶升板块,采用专用千斤顶等。

在施工工期紧、施工质量要求高、道岔拼装复杂、现浇浮置板难度大等情况下，本项目顺利完成了特殊道岔区的轨道设计和施工。

2.2.4 “免维护”理念在车场轨道结构中的应用

由于本工程的车辆基地规模较小，仅设置3股道，即：轨道车存放线、月检/临修线、检修线。本着“集约化、免维护、少维护”的理念，基地内不采用传统的有砟轨道，而是采用无砟轨道(见图5)，以减少由于碎石道床带来的养护工作量及相关养护维修机具的投资。线路之间的其余区域采用水泥场坪，方便人员走行及物料运输。

图5 浦东机场捷运系统车辆基地内整体道床实景图

3 轨道结构设计的优化建议

3.1 预制道床板的推广与使用

随着工业规模化、标准化时代的来临，上海轨道交通12号线、18号线等线路已推广使用预制道床板。预制道床板具有质量好、施工工期短、规模效益好等特点，技术成熟、可靠。浦东机场捷运系统作为浦东机场内部重要的交通配套工程，位于空侧禁区，施工难度很大，特别是浮置板施工的工序繁多、工艺复杂。因此，在本工程施工单位进场后，在有条件的区段，将现浇道床施工调整为采用预制道床板施工。

标准的预制浮置板宽度为2.90 m，半宽为1.45 m，而铺轨车走行轨中心距为3.28 m，工作半宽需1.80 m，再考虑单侧0.10 m的安全间隙，因此预制轨道板吊装施工需要1.90 m的半宽空间。在车站区段和设有疏散平台的区段，线路中心线距离结构物边缘分别为1.56 m和1.70 m。由于铺轨施工单位进场往往在土建施工单位进场之后，导致了预制板吊装机械作业空间不足，仅能采取现浇方式。另外，该项目的大线间距道岔区浮置板施工为国内首例，板块分块和隔振器布置均为量身订制，无法规模化预制，也只能采取现浇方式。

为增加预制板施工的适用地段，建议在设计上考虑预制拼装的疏散平台结构，在施工顺序上考虑站台板施工后于铺轨施工，保证预制板吊装所需的机械作业空间要求。

3.2 线路平坡段浮置板道床排水方案

由于该捷运系统位于浦东机场航站楼和卫星厅的建筑范围内，为了与楼内地坪标高相适应，在车站及两端400 m的线路范围内设置平坡。该区段恰好设置了浮置板道床，为保证基底排水通畅，纵向坡度满足最小为2‰较佳。为此,结构底板找坡，导致轨面与底板面存在为0.8～1.5 m的高差。

在23 m线间距交叉渡线道岔区，除了道岔两端小范围三角区域可用作设备用房外，道床范围之外均回填素混凝土，使之与道床面齐平，导致本工程回填混凝土量较大。

在后续的类似工程中，为保证排水，建议线路尽量设置2‰的纵坡。若无法避免平坡工况，可采用图6的优化方案：在浮置板基座旁高差大于30 cm的线路区段间隔设置踏步，供维修人员上下走行。取消基底中心沟，改为采用侧沟进行散水、排水，这既能避免隧道渗漏水将隔振器泡坏，也可大大减少混凝土回填量，进而节约工程投资。

尺寸单位：mm

3.3 增加降噪措施

浦东机场作为国际航空枢纽机场，为了保障高品质、人性化的服务，机场捷运系统对乘客舒适度以及减振降噪的要求非常高。除了考虑线路尽量平顺之外，在车站区段设置了迷宫式阻尼钢轨，选用密封性较好的电客车车门。从目前的运营情况看，车内噪声较小，但钢轮钢轨制式系统在进出站刹车减速时发出的轮轨尖啸噪声仍难以避免。

在该捷运系统三期的建设中曾开展过关于铺设吸音板的科研工作，本工程铺设吸音板可达到3～4 dB的降噪效果。另外，在上海轨道交通3号线石龙路站开展过铺设吸音板的试点，研究的实测结论为：对于列车进站时引起的63～200 Hz轨下基础振动低频噪声，道床吸音板可使其降低3～5 dB；对于轮轨接触引起的250～1 000 Hz中高频噪声，道床吸音板可使其降低7～13 dB；对于1 000 Hz以上的高频噪声，道床吸音板则可使其降低2～4 dB。

结合相关研究课题的结论，对于250～1 000 Hz噪声的降噪效果为：半铺吸音板时站台测点的噪声最大降幅约为2.0～2.5 dB；全铺吸音板时站台测点的噪声最大降幅约为4.0～5.2 dB。因此，建议可在车站前后50～100 m范围内增设吸音板。同时可增加浮置板的参振质量，以达到一定的减振降噪效果。

4 结语

本文以上海浦东国际机场三期扩建工程的捷运系统工程为依托，结合机场捷运系统的特点，对轨道结构设计的主要方案进行了介绍。与常规轨道交通线路有所不同，本文针对浦东机场捷运系统设计的重点和难点，提出有针对性的解决方案。最后对该项目的轨道结构设计提出了优化建议，以期为该项目的四期建设或其他机场捷运项目的设计提供参考。