刘文武

(广州地铁设计研究院有限公司， 广州 510010)

深圳地铁9号线提升轨道平顺性的技术创新

刘文武

(广州地铁设计研究院有限公司， 广州 510010)

系统总结深圳地铁9号线全面提升轨道平顺性而研究实施的技术创新方案，主要包括：桁架双块式轨枕、高平顺地铁道岔及辊轮滑床板系统、预制钢弹簧浮置板、轨道基础控制网建设测量技术(CPⅢ)等，可为地铁轨道系统解决传统现浇钢弹簧浮置板的种种问题和不足提供技术储备，并大大提高轨道铺设精度和平顺性，降低后期运营部门养护维修量。

深圳地铁； 轨道； 高平顺性； 桁架双块式轨枕； 道岔； 辊轮滑床板； 预制浮置板； CPⅢ测量

1 工程特点及轨道高平顺性需求

深圳地铁9号线主要经过南山区、福田区、罗湖区，线路全长约25.5 km，共设22座车站，其中9座换乘车站，均为地下线路。设笔架山停车场1座(全地下)和侨城东车辆段1座。线路设计最高行车速度为80 km/h，采用A型车6辆编组，架空接触网供电。

全线预测远期全日客流高达98万人次，日客运强度为3.86万人次/km，其中早高峰为3.81万人次/h，晚高峰为4.13万人次/h；全 线 减 振要求高，减 振 地 段合计76处，刚度过渡段152处，长度约占全线的45%，其中浮置板地段占全线的31%；全线线路小半径曲线及大坡度段较多，正线平面最小曲线半径为330 m，纵断面最大坡度为29‰、竖曲线最小半径为2 000 m。另外，本工程铺轨工期紧张，前期受轨行区接收时间节点制约、部分地段土建纠偏影响及考虑后续接触网、信号等专业实施节点需求，最严峻地段工期要求110 m/d/作业面(普通整体道床)。在上述种种不利条件下，采用创新技术全面提升和确保轨道平顺性显得尤其重要，不仅可提高行车平稳性、舒适性，减少振动对沿线的影响，还可减少运营期间车辆和轨道系统的养护维修工作量，具有综合技术经济效益。

为此，针对以往地铁轨道系统在平顺性方面表现出来的问题和不足，本工程在设计过程中进行了调研和分析，并吸收了我国地铁及高铁中提高轨道平顺性的技术创新成果，主要包括桁架双块式轨枕、高平顺地铁道岔、预制钢弹簧浮置板、轨道控制网(CPⅢ)测量方法精密铺轨等。

2 全面提升轨道平顺性的技术创新

2.1 城市轨道交通首次采用桁架双块式轨枕

目前城市轨道交通普遍使用的轨枕类型为混凝土短轨枕和混凝土长轨枕，二者各有优缺点：短轨枕结构简单、道床水沟布置灵活，但整体性稍差，施工时轨距及轨底坡较难保证；长轨枕整体性好、施工速度快、轨距及轨底坡易保证，但轨枕与道床新旧混凝土的接触面积较大，施工时如振捣不密实易产生裂缝。短轨枕与长轨枕常见病害如图1、2所示。

图1 短轨枕病害Fig.1 Defects of Short sleepers

图2 长轨枕病害(道床开裂)Fig.2 Defects of long sleepers(track bed cracking)

在国内外客运专线和高速铁路中使用较广泛的为桁架双块式轨枕，既可保证轨底坡、提高施工精度，又可以减少预制轨枕与现浇道床混凝土的分界面，加强轨枕与道床的连接，确保轨道结构的整体性，但客专用双桁架钢筋结构复杂，需专业工厂生产焊接，精度要求高,造价也高。

考虑到地铁车辆轴重较小、速度相对较低以及25 m轨排吊装施工，本线设计中将桁架双块式轨枕由双桁架结构简化为单桁架结构，这一简化的核心问题是需要解决桁架钢筋因外力作用下的变形引起的轨距变化以及桁架钢筋的生产工艺。单桁架的强度及刚度按一个携带简单机具设备的成年人(合计100 kg)，在单桁架钢筋上行走时桁架基本无变形来加以确定。简化后的单桁架钢筋结构简单，减少了材料用量，生产焊接方便，降低了造价。

单桁架双块式轨枕轨排的重量与传统短轨枕相当，但轨排刚度及铺轨精度可媲美长轨枕，达到了预期使用效果(见图3、4)，整体道床采用混凝土轨枕技术经济对比见表1。

图3 双桁架双块式轨枕Fig.3 Double-block sleeper with the double truss

图4 单桁架双块式轨枕Fig.4 Double block sleeper with a single truss

表1 整体道床采用混凝土轨枕技术经济对比

2.2 道岔区高平顺性处理

道岔是轨道系统中的薄弱环节，也是影响轨道平顺性的关键环节。地铁行车密度大，道岔转换频率高，尖轨等薄弱部件易磨耗，导致了运营部门养护维修量大。

本线研究采用的新型高平顺地铁道岔，相对于以往传统道岔的主要改进如下。

2.2.1 岔区轨道刚度均匀化

与非道岔区相比，道岔区钢轨件的断面变化均较大，尖轨宽度及高度均小于标准轨，而辙叉断面又比标准轨大很多；此外，道岔区的轨下弹性垫板均采用均一材质和硬度，当钢轨件断面减少或增大时，轨下垫板的宽度和刚度也相应减少或增大，加剧了道岔区轨道刚度的不均匀，对轨道平顺性的影响很大。

本线设计中在分析了岔区轨道刚度分布规律的基础上，分区将板下垫板的刚度进行了调整以实现道岔区刚度均匀化，从而可提高列车过岔时的横向和纵向平顺度。整体道床9号曲尖轨道岔的垫板单位长度刚度分为转辙器(75 kN/mm)、辙叉(60 kN/mm)、护轨(75 kN/mm)及普通地段(80 kN/mm)等部分；碎石道床7号道岔的垫板单位长度刚度分为转辙器(138 kN/mm)、辙叉(120 kN/mm)、护轨(135 kN/mm)及普通地段(142 kN/mm)等部分。侧向过岔轨道整体刚度分布见图5。

图5 侧向过岔轨道整体刚度分布Fig.5 The stiffness distribution for lateral turnouts

2.2.2 岔区钢轨件设轨底坡或轨顶坡

地铁速度低、轴重轻，常用道岔一般均不设轨底坡，国铁也是在12号以上提速道岔设轨底坡。本线曲线尖轨9号道岔用于折返线，使用频率高，在尖轨及辙叉部位设置了1∶40轨顶坡，其余部位则设置了1∶40轨底坡，使得车辆通过岔区时的轮轨接触关系与非道岔区一致，从而提高了过岔的平稳性，同时也可降低轮轨磨耗和病害，对道岔区的减振十分有利。

2.2.3 尖轨、基本轨及辙叉硬化加强处理

尖轨、基本轨及辙叉等钢轨件均为道岔中的易损件，传统道岔的钢轨件强度及硬度都与普通钢轨件相同，如通常所用的U75 V热轧AT轨硬度一般在280～320 HBW，高锰钢辙叉硬度不超过229 HBW，长期使用易产生病害，从而影响到轨道平顺性。传统尖轨及辙叉病害见图6。

图6 传统尖轨及辙叉病害Fig.6 Defects of traditional point rail and frog centre

本线9号道岔将尖轨、基本轨进行在线热处理，使其表面硬度提高至375 HBW，将辙叉进行爆炸硬化处理，表面硬度提高至250～300 HBW。表面处理后的钢轨成为外硬内韧的复合结构，可提高其耐磨性，延长使用寿命，从而对轨道平顺性有利。

2.2.4 转辙器采用辊轮滑床板系统

为降低道岔尖轨的扳动力，提高地铁道岔转换系统中工、电双方的安全系数，本线正线曲尖轨9号道岔转辙器采用了辊轮滑床板系统。

根据测试，与涂有润滑油的传统滑床板，采用了辊轮滑床板系统的道岔扳动力降低7%～10%；与未涂润滑油的传统滑床板相比，扳动力最大降低约30%。辊轮滑床板系统降低了尖轨扳动力，改善了尖轨的密贴状态，提高了列车过岔的平顺性(见图7、8)。

图7 传统地铁滑床板Fig.7 Traditional turnouts plate

2.3 应用高精度预制钢弹簧浮置板

钢弹簧浮置板应用于特殊减振地段(见图9)，通过增大配重来降低系统的固有频率，以满足减振需求(大于15 dB)。浮置板钢筋构造较为复杂，目前一般均采用钢筋笼现浇法进行施工，施工速度相对较慢，尤其是在工期较紧时，不仅轨道几何尺寸精度很难保证，而且容易导致轨道零部件或隔振部件的组装状态异常，影响减振效果及轨道平顺性，严重时还可能带来轨道部件的损坏、浮置板开裂、积水等一系列轨道病害。

图9 高精度预制钢弹簧浮置板轨道Fig.9 Highprecision prefabricated steel spring floating plate

参考高铁客专预制轨道板的设计理念，设计采用预制浮置板，浮置板上的扣件及隔振元件安装预埋件完全由高精度的钢模来保证，有望改善钢弹簧浮置板的铺设精度并提高施工速度，从而确保轨道平顺性。钢筋笼现浇浮置板与预制浮置板对比见表2。

表2 钢筋笼现浇浮置板和预制浮置板的对比

本线首次铺设了长645 m的预制钢弹簧浮置板试验段，包含矿山、明挖、盾构3种类型隧道断面。

2.4 采用轨道控制网建设(CPⅢ)测量技术

轨道控制测量一般利用土建施工单位移交的施工控制点测设铺轨基标。

传统铺轨基标测设采用常规的附合导线测量方法，首先测设控制基标，而后在控制基标间测设加密基标,导线条件和平差方式较单一，其多级控制测量易造成测量过程中误差不易检核和误差积累，对轨道平顺性不利。

本线铺轨借鉴客专高铁技术，采用了轨道控制网(CPⅢ)测量方法，它是一种沿线路布设的三维控制网，采用自由设站进行边角交会测量，测站和测点均强制对中。控制点通常成对设置在隧道侧墙，直线段按60 m间距布设，曲线地段根据曲线半径大小布设，最大加密至30 m间距布设。CPⅢ测量标志通常由永久性的预埋件、测量杆和精密棱镜组成(见图10、11)，应用轨道控制网(CPⅢ)进行铺轨时，采用专用检测装备——轨道几何状态测量仪(轨检小车)对整体道床混凝土浇筑前的轨排进行调整，从而实现轨道精度的检测与控制，为良好的轮轨工作状态提供了重要基础条件，可大大提高轨道的平顺性。CPⅢ与传统基标测设的精度对比见表3。

图10 CPⅢ测量技术铺轨Fig.10 Laying tracks with CPⅢ

图11 预埋件、测量杆及棱镜Fig.11 Embedded parts、measuring rod and prism

表3 CPⅢ与传统基标测设精度对比

隧道内沉降量大，沉降无规律，已布设的控制点易发生变化。本线在实施过程中尽量选择坚固不易变形的位置埋设控制点，且在轨道铺设前，采用全站仪对铺轨区间已建控制网的控制点全部搭接设站一次，观察设站精度，如无法满足设站精度需及时复测控制点，并对数据进行重新平差。

本线竣工后，CPⅢ控制网中控制点的测量数据将全部移交给运营部门，可提高后续轨道几何尺寸检测工作的效率。

3 结语

本文系统总结了深圳地铁9号线全面提高轨道平顺性所研究采取的技术创新方案，借鉴客专高铁技术的单桁架双块式轨枕既可以提高施工精度，减少新老混凝土的分界面，且造价适中，属于国内城市轨道交通中首次应用创新；采用了高平顺新型地铁9号道岔可有效提高列车过岔平顺性，同时降低养护维修量；研究并试铺了高精度预制钢弹簧浮置板，为地铁轨道系统解决传统现浇钢弹簧浮置板的种种问题和不足，提供了技术储备；借鉴了客专高铁技术的轨道基础控制网建设测量技术(CPⅢ)，可大大提高轨道铺设精度和平顺性、降低后期运营部门养护维修量。

除以上措施外，本线也从其他方面综合考虑了提高轨道平顺性的技术措施(见表4)。

表4 提高轨道平顺性的技术措施

随着我国城市轨道交通工程建设规模的持续扩大，深圳地铁9号线轨道系统全面提升轨道平顺性的技术创新，对于深圳及国内其他城市未来的新线建设具有积极的参考价值。

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(编辑：郝京红)

Technical Innovations in Track Smoothness Improvement for Shenzhen Metro Line 9

LIU Wenwu

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

This paper systematically summarizes the technical innovations in upgrading track smoothness of Shenzhen Metro Line 9 as follows: laying a double block sleeper with a truss, using new smooth railroad turnouts and roller sliding plate system, laying prefabricated floating slabs, using rail-based control network measurement techniques (CPIII), etc. They can solve the problems and deficiencies that the traditional cast steel spring floating slabs brought to the subway system so to provide sufficient technical reserves, greatly improve the track laying accuracy and smoothness, and reduce the maintenance work during the operation.

Shenzhen metro; track; high smoothness; double-block sleeper with a truss; turnout; roller sliding plate; prefabricated floating slab; CPIII measurement

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.016

2016-02-25

2016-11-28

刘文武，男，工程师，从事城市轨道交通轨道工程设计工作，liuwenwu@dtsjy.com

U231

A

1672-6073(2017)01-0077-05