地铁车辆基地路基设计标准分析

赵晓华 史小萌 赵毓成

1.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100045

2.北京交通大学土木建筑工程学院 北京 100044

1 车辆基地路基设计现状

2 路基设计指标体系

路基设计内容包括：路基本体、场平及地基处理、边坡及支挡结构、改造河流沟渠及地上地下排水系统、变形监测及验收标准、取土弃土分析及勘察选址、填料及既有材料的利用等[1]。

路基设计参数包括：上部结构荷载、填料及压实标准、承载力、沉降及协调、渗透（地表水、地下水）、稳定性安全系数（水、温度、抗滑移、抗倾覆、边坡滑动稳定性）等。

3 地铁车辆基地路基关键设计标准尚未统一的问题

目前地铁车辆基地无砟轨道路基设计一般按照正线标准进行设计。无砟轨道工后沉降标准正线采用20mm，高铁无砟轨道工后沉降正线标准采用15mm，二者在遇到的车辆基地项目中均有采用的案例，该标准用于车辆基地，存在不合理和地基处理造价较高。该问题与轨道扣件调高量有关，也与沉降协调也相关[2]。如表1所示。

表1 地铁车辆基地路基设计实践中采用的现行参数

考虑到车辆基地与正线在荷载、使用功能、轨道型式、养护维修方面的差异，讨论制定相关的标准成为必要。从造价角度分析，地铁车辆基地平均占地在25～30hm2左右的规模，故全场区的路基结构、填料厚度、沉降标准对造价影响巨大。综上所述，车辆基地路基设计：需要精细化的设计，需要分区、详细而明确的标准。

3.1 车辆基地的特点

3.1.1 地铁车辆基地是大面积单体项目

地铁车辆基地是大面积单体项目，用地面积在25～30公顷左右的规模，如表2所示。图1为郑州某地铁车辆段照片。

大刚惊讶地说：“噫，你还懂得这些？可别瞎蒙啊。”赵大刚是特种部队转业出身，一向对公子哥形象、富二代的刘志武有些看不惯。志武不以为然地说：“我蒙？对这个可是有一定研究的，四肢发达有什么用？干刑警得有知识得有头脑才行。”

图1 车辆基地库内、库外全景图

表2 部分车辆基地用地规模统计

3.2 车辆基地设计的综合性

地铁车辆基地平面总体布置图如图2所示。

图2 地铁车辆基地平面总体布置图

3.3 车辆基地定位

车辆基地定位为主要承担全新配属车辆的停放、运用、列检、月修、定修和架修等任务。具体如下：

车辆基地根据其作业范围可分为定修段和厂、架修段。定修段承担车辆定修、月检、日常检修和停放的任务；厂、架修段除承担定修段的任务外，尚应承担车辆厂修和架修的任务。有条件的城市可集中设置车辆大修厂。停车场承担车辆的月（周）检（周期表如表3所示）和停车、列检的任务；仅承担停车、列检任务的停车场称辅助停车场。停车场隶属于车辆基地。每条运营线路宜设一个定修车辆基地，当车辆基地距终点站超过20km时，宜增设停车场（或辅助停车场）。厂、架修段和综合维修中心，宜结合轨道交通线网和车型情况按多线共用设置。承担全线通信、信号、供电、机电、工务、房建等各专业设备的巡检和检修。承担全线所需的材料、备品配件等的存储和发放。承担全线各专业人员及在职职工的培训[3]。

表3 车辆基地检修周期表

3.4 线路工程

3.4.1 平曲线最小半径

车辆基地线路：A型车150m，B型车110m。正线线路：A型车350m，B型车300m。出入段线或联络线：A型车250m，B型车200m。试车线等同于正线。

3.4.2 车辆速度

库内：不大于5km/h。库外：试车线等同于正线：80km/h。车辆基地道岔区广布，道岔区侧向通过速度不大于25km/h。

3.5 维修规则与差异工后沉降标准

3.5.1 轨道不平顺内容

轨道不平顺是两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差，按照方向主要分为垂向不平顺及横向不平顺，具体内容详见表4：

表4 轨道不平顺按方向分类内容

水平、三角坑、轨向和反向复合不平顺对轮重减载率影响最大，特别是轨向不平顺还促使轮轨横向力、脱轨系数和车体横向加速度等参数增大；高低不平顺主要影响车体垂向加速度及轮轨垂向力[4]。

3.5.2 工务维修规则

碎石道床维修便利，轨道不平顺要求按工务维修规则执行。《铁路轨道设计规范》、《北京地铁工务维修规则(暂行)》及《香港地铁工务维修规则》中对无砟轨道平顺性的规定见表5。

表5 无砟轨道静态平顺度(单位：mm)

3.5.3 工务维修规则与差异工后沉降标准

正线无砟轨道最大运行速度为80km/h，速度比一般国铁及北京地铁运行速度低，故通过对比分析，轨道不平顺的标准可适当降低，结合工程的维修条件，综合考虑，可采用地铁“经常保养”标准作为“计划维修”（即大修）标准，见表6。根据国铁及地铁的多年运营经验，这一标准可保证行车安全，列车运行的平稳性及乘坐舒适度也可得到有效保障[5]。

表6 某工程线路轨道静态几何尺寸“计划维修”标准

在此标准情况下，轨道高低不平顺方面，10m弦测量允许误差为6mm，考虑铺轨过程中2mm允许施工误差，本工程采用10m弦测量允许误差4mm作为路基差异工后沉降的设计控制标准，换算为折角即为1.6‰。

即在正线上，无砟轨道采用1.6‰的差异工后沉降的设计控制标准可满足要求，对于车辆基地采用此标准也可行，若采用1‰的标准，相对较严格。

4 车辆基地基床结构动应力测试

为对基床结构设计理论与实际动应力有充分的掌握，一方面通过在铁炉西车辆基地进行现场试验、动应力测试、数据分析论述车辆基地路基基床结构；一方面通过有限元分析，论述车辆基地路基基床结构。

4.1 动荷载衰减规律（见图3）

图3 动荷载衰减规律

路基的设计方法，现行规范中通常取土的动静应力比为0.2时的深度，为基床的设计厚度。

4.2 路基内部动荷载和静荷载变化规律（见图4）

图4 路基内部动荷载和静荷载变化规律

通过车辆基地路基动应力实测研究，针对地铁车辆基地路基“空载低速”的工况条件，探讨路基内部动应力分布规律，并对路基结构设计进行分析。结论如下：

列车速度对于衰减系数有明显影响，即列车速度越快，动荷载在路基内衰减速度越慢。针对地铁列车车辆基地的工况，采用“0.3 m + 0.9 m”的路基结构，当车速在10 km/h以下时，路基底面处的动静应力之比小于0.2，可以满足设计要求。

5 基床结构标准总论

通过现场试验、动应力测试分析、有限元数值模拟分析、布氏公式及当量模量分析，推荐车辆基地有砟轨道、无砟轨道基床结构可为基床表层0.3m，基床底层0.9m。

6 车辆基地路基设计标准

车辆基地分区按区域分：库内轨道整体道床区、库外轨道碎石道床区、试车线、建筑结构区（上盖开发区）、道路区。不同区域上部结构荷载不同，工后沉降、养护维修标准不同，如表7所示，对地基处理需求不同，路基设计据此进行分区。

表7 地铁车辆基地各区域工后沉降汇总表

7 结束语

无砟轨道维修难度大，其工后沉降要求严格，为此本文暂对无砟轨道不平顺做分析，适用于库内无砟轨道。

国铁对轨道不平顺的研究成果已经在相关规范中有所体现，在2005年开始实施的《铁路轨道设计规范》中，开始对轨道结构的不平顺进行定量的规定。