市郊铁路轨道关键技术标准研究

赵青

（1.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037；2.北京市轨道结构工程技术研究中心，北京 100037；3.城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程研究中心，北京 100037）

1 引言

目前，我国已经进入了从交通大国转向交通强国发展的战略阶段，为建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国，必须坚持创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。与普通铁路相比，新建市郊铁路的主要特点在于列车运营的高速度及高密度，其目标是高安全性和旅客乘坐的高舒适性。从创新发展方面来看，改建既有铁路的市郊铁路在最大限度地保留既有铁路可用资源的基础上，通过增建二线、运输组织优化、信号改造等方面的创新，实现了市郊铁路适应化改造，在承担国铁基本联络功能的基础上，做到了市郊列车公交化开行，最大可能满足了城市交通功能，具备较强的创新性。

我国已建成一批市郊铁路示范线，其中既有新建铁路，也有利用既有铁路改建的线路，如北京市郊铁路S2线、上海金山市郊铁路等。

截至2021年，北京 市运营有S2线（黄土店至延庆站）、城市副中心线（良乡站至乔庄东站）、怀柔—密云线（北京北站至古北口站）、通密线（通州西站至密云北站、怀柔北站）4条市郊铁路线路，营业总里程364.5 km。

市郊铁路轨道关键技术标准必须结合其项目特点、运营要求、地域条件等综合研究确定。本文对比既有规范技术指标，综合总结分析并提出相适应的建议[1-2]。

本文主要通过对比TB 10623—2014《城际铁路设计规范》[3]、TB 10082—2017《铁路轨道设计规范》[4]、T/CRS C0101—2017《市域铁路设计规范》[5]、T/CCES 2—2017《市域快速轨道交通设计规范》[6]、TB 10624—2020《市域（郊）铁路设计规范》[7]等既有标准的异同，给出轨道关键技术参数或技术方案的设计建议。

2 技术标准研究

2.1 钢轨选型

市郊铁路由于车速较快，为了提高钢轨的平顺性，钢轨定尺长度宜采用100 m长钢轨。60 kg/m钢轨主要有两种廓型：标准60 kg/m钢轨（简称“60”）和60N kg/m钢轨（简称“60N”）。60N钢轨是在60钢轨廓型的基础上，按照尽量少改动原钢轨几何尺寸的原则，在轮轨接触面进行局部改进。60N与60钢轨廓型最大的差异即钢轨轨头廓型的不同。60N钢轨具有以下优势：（1）有效改善轮轨接触，降低接触应力；（2）减少预打磨量；（3）有效提高经济效益。60N与60钢轨廓型对比如图1所示。

图1 60N与60钢轨廓型对比

考虑到市郊铁路多临近主城区，规定曲线半径小于或等于2 800 m地段采用热处理钢轨，将导致全线热处理钢轨比例偏高，车轮磨耗加剧，半径小于或等于800 m的曲线地段采用热处理钢轨，将导致全线热处理钢轨比例偏低，钢轨磨耗加剧。因此，建议折中考虑半径小于或等于1 800 m的曲线地段采用热处理钢轨。

综上所述，正线宜采用100 m定尺长60N钢轨，困难条件下可采用25 m定尺长，但应设置临时焊轨基地，将钢轨焊接成100 m或以上的长轨条；建议半径小于或等于1 800 m的曲线地段应采用同材质的在线热处理钢轨。

2.2 轨底坡

轨底坡选用合适可使轮轨接触面最大，可降低接触应力，减少轮轨疲劳损伤；减轻轨头及踏面不均匀磨耗，减少轨道打磨量，延长钢轨及车轮的使用寿命；增大牵引黏着力，获得最佳的运行效率。对比各本规范可知轨底坡均一致。因此，市郊铁路轨底坡采用1∶40。

2.3 曲线超高值

各部规范中超高值的对比如表1所示。

表1 最大超高值、欠、过超高允许值对比表

实际设置超高需根据安全条件允许最大超高值、舒适条件要求的最大超高值、实际运营养护条件下最大超高值，综合考虑分析：市郊铁路最大超高值采用150 mm。

曲线上未被平衡的超高会使外轨产生偏载，导致内外轨产生不均匀磨耗等问题，乘客舒适度降低，且未被平衡的超高值过大时可能导致车辆倾覆，因此，必须限制未被平衡的超高值。基于既有铁路增建复线兼顾货运功能的市郊铁路曲线超高设置应根据通过曲线的客、货列车运行速度，综合考虑优先满足旅客舒适性，其次满足货物列车对钢轨磨耗的影响。市郊铁路建议采用：欠、过超高一般条件下不应大于60 mm，困难条件下不应大于90 mm。

2.4 轨距加宽

在小半径曲线地段，为使列车顺利通过，并减少轮轨间的横向水平力，减少轮轨磨耗和轨道变形，一般需要对轨距进行适量加宽。

曲线轨距加宽值需要考虑不同类型车辆转向架的结构尺寸，按车辆曲线通过性能的要求进行检算。市郊铁路常用车辆一般为市域D型车或CRH型车，轨距加宽值应结合车辆类型确定。

2.5 道岔型式

各部规范中道岔型式的对比见表2所示。

表2 道岔型式对比表

道岔是控制行车速度的关键设备，道岔号数的选择，一般应根据列车的运行方式、列车设计速度以及要求的道岔侧向允许通过速度来确定。

可动心轨辙叉可以有效提高道岔的直向容许通过速度，延长道岔的使用寿命，改善旅客乘坐舒适度，但与固定辙叉相比，现场养护维修难度大，投资大。根据国内的使用经验，固定型辙叉的单开道岔，直向容许通过速度最高可达160 km/h，正线通过速度不小于160 km/h的路段，不应采用交叉渡线，道岔应采用可动心轨辙叉，道岔号数应不小于9号；车站一体化开发的地段，减振要求高，从减振降噪的角度考虑，也可采用可动心轨辙叉。

2.6 轨道结构选型

轨道结构形式主要分为有砟轨道和无砟轨道两大类，如图2所示。

图2 不同轨道结构形式对比

对于有砟轨道，现有规范规定均一致。道床肩宽不应小于400 mm。曲线半径小于800 m时，曲线外侧道砟肩宽应加宽100 mm。道床边坡应采用1∶1.75，铺设无缝线路的有砟轨道砟肩应堆高150 mm。有砟轨道对基础的适应性较好、容易实现沉降的调整；造价低、维修方便；道床弹性较好，减振降噪性能相对较好；但会产生道砟及粉尘污染且维修量大。利用既有铁路开行市郊铁路，如既有线采用的是有砟轨道，且存在货运车辆走行的前提下，如条件许可，既有铁路增建复线应优先考虑轨道结构采用有砟轨道。

无砟轨道结构总体分为预制式和现浇式两大类。板式无砟轨道能满足市郊铁路技术标准，但造价较高，对板下基础要求较高；弹性支承块式无砟轨道具有较好的弹性和减振性能，但只能应用于露天区间，使用地段受限；长枕埋入式无砟轨道轨枕侧面裂纹难以控制；双块式无砟轨道整体性好，轨枕与道床新老混凝土接合较好，保持轨道几何行为能力强，且具备一定的可维修性。具体设计时无砟轨道结构形式须结合设计速度、线下工程类型、环境条件、经济性、产业化需求等具体情况综合考虑。

2.7 无缝线路设计方案

各部规范中对无缝线路设计方案的对比见表3所示。

表3 无缝线路设计方案对比表

无缝线路设计应根据线路条件、运营条件、气候条件及轨道类型等因素进行强度、稳定性、断缝安全性等检算，并确定设计锁定轨温。无缝线路设计应符合TB 10015—2012《铁路无缝线路设计规范》[8]等相关规范的规定。

市郊铁路相对于地铁而言，速度高、轴重大、旅客乘坐时间长、舒适性要求高，采用跨区间无缝线路具有明显的技术经济优势。线路一次铺设跨区间无缝线路，道岔内部焊接或胶结，与长轨条焊接。正线道岔不应跨越梁缝，道岔始端、终端至梁缝的距离应符合下列规定：温暖地区10 m，寒冷地区18 m。桥上铺设无缝线路及无缝道岔时，轨道和桥梁应系统设计[9]，并尽量减少钢轨伸缩调节器的设置。

3 研究结论

综上所述，根据市郊铁路的功能定位“充分保障市郊铁路公交化运营、保障铁路干线联络功能”的要求，经过对多部相关规范的对比研究，市郊铁路轨道的关键技术标准建议采用如下。

1）选用100 m定尺长60N钢轨，有砟轨道及无砟轨道相匹配的扣件系统及轨枕数量，并符合弹性连续、结构等强及合理匹配的原则。

2）轨底坡采用1∶40。

3）曲线超高最大值不得超过150 mm。未被平衡的欠、过超高一般不应大于60 mm，困难条件下不应大于90 mm。

4）轨距加宽值应结合具体车辆类型确定。

5）直向容许通过速度不大于160 km/h，可采用固定辙叉道岔；直向容许通过速度大于160 km/h，应采用可动心轨道岔。

6）市郊铁路利用既有铁路线路改造的，应优先考虑采用有砟轨道。新建市郊铁路一般采用无砟轨道，多采用双块式无砟轨道，也可选用板式、枕式无砟轨道等其他结构形式。

7）市郊铁路具有短站距、小编组、高速度、高密度、线路主要经过发达地区等特点，轨道线路应优先考虑采用一次铺设跨区间无缝线路，减少振动及降噪。