城市軌道交通軌道工程接口設(shè)計分析

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摘要:軌道工程作為城市軌道交通設(shè)計及建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，起到了承上啟下的作用。軌道工程設(shè)計中，與其他相關(guān)專業(yè)接口眾多，例如結(jié)構(gòu)、給排水、工藝等。結(jié)合深圳地鐵10號線的設(shè)計及施工配合經(jīng)驗，對預(yù)制軌道板設(shè)計與結(jié)構(gòu)、線路、綜合管線專業(yè)的接口問題，區(qū)間軌道排水設(shè)計與給排水專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)的接口問題，車輛段立柱式檢查坑道床與工藝專業(yè)的接口問題進(jìn)行了探討，并就已出現(xiàn)的接口問題提出了優(yōu)化設(shè)計建議。

關(guān)鍵詞:軌道；接口設(shè)計；預(yù)制軌道板；排水；立柱式檢查坑

近年來，我國城市軌道交通建設(shè)處于蓬勃發(fā)展當(dāng)中。據(jù)統(tǒng)計，2011年—2020年，城市軌道交通新增運營里程將達(dá)到6560km，預(yù)計到2020年，我國城市軌道交通累計運營里程將達(dá)到7395km［1］。地鐵設(shè)計工作一般分為前期工程設(shè)計、土建工程設(shè)計及站后工程設(shè)計，其中軌道工程介于土建工程與站后工程之間，是土建與站后極其重要的銜接專業(yè)［2］。軌道工程的施工圖設(shè)計工作一般滯后于土建工程設(shè)計，但稍微先于站后設(shè)備工程設(shè)計。因此，在土建工程展開施工圖設(shè)計前，做好相關(guān)的接口控制，是確保后期軌道工程設(shè)計及施工順利推進(jìn)的關(guān)鍵。在軌道工程設(shè)計開始前，梳理清楚相關(guān)站后設(shè)備工程的接口要求，是確保站后設(shè)備工程設(shè)計順利推進(jìn)的關(guān)鍵。因此，接口設(shè)計在整個地鐵工程設(shè)計過程中是十分重要的一個環(huán)節(jié)。本文將結(jié)合深圳地鐵10號線的軌道工程的設(shè)計經(jīng)驗及施工配合經(jīng)驗，提出部分典型的接口問題，并就相關(guān)問題提出優(yōu)化處理建議。

1預(yù)制軌道板接口問題

為適應(yīng)深圳地鐵預(yù)制裝配式建造要求，積極踐行“綠色建造”理念，深圳地鐵積極推廣預(yù)制軌道板在深圳地鐵中的應(yīng)用。從工程實體的施工質(zhì)量、建設(shè)項目全壽命周期成本及后期的養(yǎng)護(hù)維修便利性等方面綜合考慮，預(yù)制軌道板明顯優(yōu)于現(xiàn)澆整體道床軌道［3］。根據(jù)深圳地鐵10號線的施工統(tǒng)計，在鋼彈簧浮置板道床地段，預(yù)制軌道板的施工效率可達(dá)60m/作業(yè)面/d，相較于傳統(tǒng)的鋼筋籠法25m/工作面/d的施工效率有極大提升。預(yù)制軌道板雖然有其優(yōu)勢，但是其施工靈活性相比于現(xiàn)澆道床差。因為地鐵施工相關(guān)專業(yè)設(shè)計接口眾多，為確保接口準(zhǔn)確，在前期預(yù)制板設(shè)計中，必須予以提前考慮。

1．1預(yù)制軌道板與土建設(shè)計接口

地鐵軌道施工與國鐵的一個重要區(qū)別在于施工環(huán)境。地鐵軌道主要鋪設(shè)于地下，施工空間狹小，極大的制約了施工效率［4］，因此預(yù)制軌道板的尺寸設(shè)計除了應(yīng)該考慮受力條件外，還應(yīng)考慮與車站設(shè)計尺寸、隧道設(shè)計尺寸的匹配性，否則將導(dǎo)致預(yù)制軌道板安裝困難甚至無法安裝。深圳地鐵10號線盾構(gòu)隧道內(nèi)徑為D5400mm，隧道結(jié)構(gòu)限界為D5200mm，隧道施工誤差允許值為100mm。為確保減振性能，10號線高等減振地段預(yù)制軌道板設(shè)計斷面尺寸為2400mm×260mm，預(yù)制軌道板下黏貼有30mm厚的減振墊。設(shè)計要求土建結(jié)構(gòu)預(yù)留軌道結(jié)構(gòu)高度為820mm(軌面至限界圓)。軌道板與隧道結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系如圖1所示。以上尺寸設(shè)計在工程實踐中出現(xiàn)了以下兩個問題:1)在不考慮隧道施工誤差的情況下，軌道板下自密實混凝土調(diào)整層厚度能夠滿足100mm的設(shè)計要求。但是在實際施工中，盾構(gòu)施工誤差是不可避免的，一旦盾構(gòu)發(fā)生上浮，將使得自密實混凝土層厚度無法達(dá)到設(shè)計要求。2)預(yù)制軌道板下角與隧道壁距離過近，在施工過程中，軌道板的精調(diào)是通過精調(diào)爪(如圖2所示)來實現(xiàn)的，過小的空間致使精調(diào)爪安裝存在諸多困難。為解決上述困難，線路調(diào)線調(diào)坡對高等減振地段開展了大量的調(diào)線調(diào)坡設(shè)計工作，無形中增大了設(shè)計工作量。針對上述出現(xiàn)的問題，提出如下建議:1)調(diào)整盾構(gòu)選型尺寸。為適應(yīng)預(yù)制軌道板的安裝需求，建議在初步設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計與軌道設(shè)計即穩(wěn)定接口要求，盾構(gòu)內(nèi)徑按照不小于5．5m進(jìn)行設(shè)計;2)優(yōu)化預(yù)制軌道板設(shè)計。預(yù)制軌道板的優(yōu)化設(shè)計有以下兩種思路。一是減小軌道板斷面寬度，將軌道板斷面寬度縮小為2．2m(見圖3);二是對軌道板下角處進(jìn)行倒角設(shè)計(見圖4)。以上兩種設(shè)計均能在滿足減振性能的前提下，有效應(yīng)對盾構(gòu)施工誤差對自密實混凝土土層厚度及軌道板安裝帶來的困難。深圳地鐵10號線鋼彈簧預(yù)制板設(shè)計斷面尺寸為2700mm×340mm，如圖5所示。當(dāng)該預(yù)制板在車站地段安裝時，需通過小型鋪軌龍門吊調(diào)運至現(xiàn)場，再對照線路中心線落入準(zhǔn)確的位置。在實際施工時發(fā)現(xiàn)，因線路中心線距離站臺板邊緣為1600mm，因此軌道板邊緣距離站臺板邊緣的距離僅250mm，該寬度小于龍門吊走行軌安裝寬度及龍門吊自身寬度，因此軌道板運輸至現(xiàn)場后，無法直接落至設(shè)計中心線位置，需要再人工橫向推動約200mm，增加了施工難度(見圖6)。從施工角度來看，預(yù)制軌道板寬度越小，施工越便利。但是浮置板設(shè)計不能僅考慮施工便利，還需要滿足預(yù)制軌道板受力以及浮置板的減振要求。根據(jù)相關(guān)線路的既有設(shè)計經(jīng)驗，在車站地段將預(yù)制板寬度縮小至2500mm，能夠滿足車站地段的減振要求，且有利于施工便利。優(yōu)化方案如圖7所示。

1．2預(yù)制軌道板與過軌管設(shè)計接口

地鐵工程軌道結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)的過軌管線多、預(yù)留管溝多、涉及專業(yè)多［5］。在地鐵10號線中，考慮到預(yù)制軌道板采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，埋設(shè)過軌管對于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)存在諸多不利，因此本線在設(shè)計中，將存在過軌管的位置均將預(yù)制軌道板調(diào)整為現(xiàn)澆道床。圖8為深圳地鐵10號線某區(qū)間的鋼彈簧浮置板道床設(shè)計圖。為滿足過軌管設(shè)置要求，板554為現(xiàn)澆道床。據(jù)施工反饋，因預(yù)制板地段中現(xiàn)澆道床的存在，施工中在推進(jìn)到現(xiàn)澆道床部分，存在調(diào)整施工工藝、龍門吊邊跨等工作，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。且通過工程完工后的設(shè)計回訪發(fā)現(xiàn)，全線有大量預(yù)留的過軌管并未使用，大量過軌管仍然直接從道床面敷設(shè)穿過。鑒于以上的實際情況，建議:1)嚴(yán)格控制道床范圍內(nèi)的過軌管數(shù)量及管徑，在前期設(shè)計中，即提出要求，要求過軌管應(yīng)盡量從結(jié)構(gòu)設(shè)計范圍內(nèi)過軌;2)根據(jù)預(yù)制板工廠方面的反饋信息，過軌管直接在預(yù)制板工廠預(yù)制時進(jìn)行埋設(shè)是可行的，因此建議設(shè)計中采用預(yù)制板直接埋設(shè)過軌管的方式進(jìn)行過軌管設(shè)置，盡量減少預(yù)制板段出現(xiàn)現(xiàn)澆道床的數(shù)量。1．3預(yù)制軌道板與線路設(shè)計接口在城市軌道交通中，為降低預(yù)制軌道板的制造成本，布置在曲線地段的預(yù)制軌道板承軌臺仍然按照直線布置，即曲線地段采用“以直代曲”的設(shè)計思路。在該設(shè)計思路下，曲線地段預(yù)制軌道板的設(shè)計長度就是必須要考慮的要點。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，軌道板設(shè)計不宜過短，過短的軌道板將降低線路的整體性，在浮置板道床地段軌道板長度的選取尚需考慮動力效應(yīng)及振動衰減。從受力角度方面分析，我國高速鐵路常用軌道板長度在3．6m～6．5m［3］，也即每塊軌道板布置6對～11對承軌臺。在曲線地段軌道板設(shè)計中，下限按照布置6對承軌臺考慮。同時，曲線地段軌道板長度也不宜過長。在城市軌道線路中，正線線路最小設(shè)計曲線半徑為350m，困難情況下不小于300m［6］。過長的軌道板長度將使得曲線地段軌道板矢距加大，扣件偏離線路中心線的距離均需通過扣件自身來調(diào)整，這就無形中減小了后期運營階段的扣件可調(diào)整量(見圖9)。曲線地段軌道板基于“以直代曲”原則，采用半矢法布板，即按軌道板第2組扣件中心線處線路中心線與軌道板中心線偏離值為0布置，其余扣件中心線處矢距通過扣件調(diào)整［2］。并以2mm的矢距作為極限控制值確定曲線地段軌道板的長度。以下對一塊軌道板布置6對承軌臺以及7對承軌臺2種方案進(jìn)行比選，承軌臺中心線間距均為600mm。2種方案下各曲線半徑條件時的承軌臺矢距如下。由表1，表2可知，一塊軌道板上布置6對承軌臺時，軌道板能夠適應(yīng)350m以上曲線半徑的工況;一塊軌道板布置7對承軌臺時，軌道板能夠適應(yīng)450m以上曲線半徑的工況。因此，建議城市軌道交通中，曲線地段軌道板按照布置6對承軌臺的方案進(jìn)行長度設(shè)計，即軌道板長度在3．6m左右較為合適。

2軌行區(qū)排水接口問題

軌行區(qū)的排水主要通過道床排水溝來解決。道床排水溝起到了軌行區(qū)積水的引流作用，將區(qū)間水引至廢水泵房處，以順利排出區(qū)間水。城市軌道交通中，受減振影響，一般存在多種道床型式，其水溝類型也不一樣。以深圳地鐵10號線為例，共存在6種道床類型，分別為普通地段現(xiàn)澆道床、減振扣件地段現(xiàn)澆道床、普通地段預(yù)制板道床、梯形軌枕道床、預(yù)制板式道床墊浮置板道床、預(yù)制板式鋼彈簧浮置板道床。各類型道床的水溝溝底標(biāo)高如表3所示。不同道床間的排水過渡，屬于軌道設(shè)計內(nèi)部接口問題，一般做法是通過設(shè)置中心水溝排水過渡段來解決。中心水溝過渡段的設(shè)計長度為:其中，L為中心水溝排水過渡長度，mm;C2為上游浮置板地段水溝溝底至軌面的高差，mm;C1為下游普通道床地段水溝溝底至軌面的高差，mm;i為水溝過渡段處的線路縱坡。與土建等外部專業(yè)存在的主要接口問題有以下兩個:1)廢水泵房接入口管底高程高于道床排水溝溝底高程。該情況主要出現(xiàn)在浮置板道床地段，因浮置板道床水溝溝底高程相較于普通道床更低，如果接口管理不到位，極有可能出現(xiàn)廢水泵房接入管管底高程高于道床水溝溝底高程的情況。過往的接口管理中，軌道專業(yè)往往會針對不同的道床類型，提出不同地段的廢水泵房接入管管底高程要求。根據(jù)實踐經(jīng)驗，該提法極易造成相關(guān)接口專業(yè)誤解，不易做到接口管理的準(zhǔn)確性。因此建議:在初步設(shè)計階段，軌道專業(yè)在對給排水、結(jié)構(gòu)專業(yè)提出廢水泵房接入管管底高程的統(tǒng)一要求，可要求在盾構(gòu)區(qū)間，廢水泵房接入口管底高程不得高于－750mm(相對于軌面)，在車站及礦山法地段，廢水泵房管底應(yīng)緊貼結(jié)構(gòu)底板或仰拱回填層設(shè)置。只要廢水泵房接入管管底高程足夠低，軌行區(qū)積水排入廢水泵房也越容易。2)當(dāng)出現(xiàn)區(qū)間在上游、車站在下游，上游區(qū)間設(shè)計為浮置板道床、下游車站設(shè)計為普通道床，且浮置板道床設(shè)計終點正好截止于離車站端頭不遠(yuǎn)處時，容易出現(xiàn)區(qū)間水溝無法順接至車站內(nèi)廢水泵房處的情況。如果上游為預(yù)制板式鋼彈簧浮置板道床，中心水溝溝底高程為－750mm。車站地段為普通道床，結(jié)構(gòu)底板高程為－580mm(相對于軌面)，為使得上游區(qū)間的中心水溝能夠順接至車站，則在浮置板道床設(shè)計終點至車站端頭的這段距離內(nèi)，中心水溝至少應(yīng)抬升至不低于車站結(jié)構(gòu)底板高程，也即－580mm，抬升高度至少應(yīng)為170mm。假設(shè)上游水溝過渡段線路縱坡為19‰，參考上述式(1)，浮置板設(shè)計終點至車站端頭的距離至少應(yīng)為10m。當(dāng)該段距離不足10m時，則將發(fā)生水溝無法順接至車站的情形，如圖10所示。為避免該情況的發(fā)生，建議:凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車站為普通道床的情況，且浮置板道床設(shè)計終點距離車站端頭較近、可能發(fā)生排水過渡段長度不足的時候，建議將下游車站的軌道結(jié)構(gòu)高度統(tǒng)一加大至不小于750mm。由此造成的軌道工程數(shù)量的變動，應(yīng)在設(shè)計概算里加以考慮。

3立柱式檢查坑道床接口問題

車輛段庫內(nèi)停車列檢庫地段，一般采用立柱式檢查坑整體道床。立柱凈距是確保車輛維修人員正常維修作業(yè)的保證，因此一般設(shè)計中，工藝專業(yè)會對立柱凈距提出要求。在深圳地鐵10號線涼帽山車輛基地中，按照工藝要求，立柱橫向凈距為1200mm。受該凈距要求影響，扣件無法布置于立柱中心位置，致使立柱處于偏心受壓狀態(tài)。更為不利的是，扣件錨固螺栓距離立柱邊緣較近，理論上僅有約41mm的保護(hù)層厚度，考慮到施工誤差，有時甚至不足41mm?，F(xiàn)場施工也發(fā)現(xiàn)，在立柱式檢查坑地段，立柱出現(xiàn)了部分開裂情況，影響軌道結(jié)構(gòu)使用壽命及安全(見圖11～圖13)。基于上述已出現(xiàn)的問題，建議:在前期土建設(shè)計中，協(xié)調(diào)工藝專業(yè)將立柱間距調(diào)整為1100m。根據(jù)調(diào)研情況，在相關(guān)線路車輛基地中，已有部分車輛基地注意到該問題，已將立柱間距由原設(shè)計1200m調(diào)整為1100m，該間距同樣能夠滿足車輛檢修人員的正常檢修作業(yè)。

4結(jié)語

本文結(jié)合筆者在深圳地鐵10號線當(dāng)中的設(shè)計經(jīng)驗，提出了軌道工程設(shè)計與土建設(shè)計、工藝設(shè)計、線路設(shè)計、給排水設(shè)計等相關(guān)專業(yè)存在的接口問題。同時結(jié)合施工配合經(jīng)驗，對設(shè)計中不利于施工的方面，提出了相關(guān)的設(shè)計優(yōu)化建議。相關(guān)建議總結(jié)如下:1)為提高預(yù)制軌道板對盾構(gòu)區(qū)間的適應(yīng)性，在內(nèi)徑5200mm的盾構(gòu)區(qū)間中，建議預(yù)制板寬度按照2200mm設(shè)計，或?qū)︻A(yù)制板角點進(jìn)行倒角設(shè)計;2)在車站地段的浮置軌道板寬度，在滿足減振需求的前提下，建議按照寬度不超過2500mm進(jìn)行設(shè)計，以避免現(xiàn)場軌道板吊裝運輸?shù)轿缓蟮亩螜M向移動;3)為避免頻繁的預(yù)制板段、現(xiàn)澆段的交叉設(shè)計，建議過軌管在預(yù)制板內(nèi)預(yù)埋;4)為提高預(yù)制軌道板對曲線的適應(yīng)性，同時考慮到軌道板不宜過短，建議曲線地段軌道板按照3．6m長(即6對承軌臺)進(jìn)行設(shè)計;5)為避免區(qū)間排水受阻的問題，凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車站為普通道床的情況，且浮置板道床設(shè)計終點距離車站端頭較近、可能發(fā)生排水過渡段長度不足的時候，建議將下游車站的軌道結(jié)構(gòu)高度統(tǒng)一加大至不小于750mm;6)車輛段庫內(nèi)立柱式檢查坑地段，建議立柱橫向凈距按照1．2m進(jìn)行設(shè)計，已保證扣件能位于立柱中心，避免扣件套管保護(hù)層厚度過小的問題。

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作者：黃河山 單位：中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司