城市軌道交通軌道工程拆解設(shè)計(jì)方案研究

胡志鵬

(陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),710043,西安∥高級(jí)工程師)

1 概述

近年來(lái),城市軌道交通建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。部分線路由于線網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)時(shí)序的調(diào)整,在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了兼顧近、遠(yuǎn)期的運(yùn)營(yíng)要求,在運(yùn)營(yíng)若干年后需拆解既有線組成新的線路[1-3]。為降低軌道工程拆解過(guò)程中的拆解難度及減少對(duì)行車(chē)的干擾,一方面需在前期設(shè)計(jì)階段合理預(yù)留接口,滿足近、遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)條件;另一方面還應(yīng)針對(duì)拆解工程設(shè)計(jì)合理的拆解方案,以減少對(duì)既有線的運(yùn)營(yíng)干擾,提升拆解效率[4-6]。

城市軌道交通線路的軌道結(jié)構(gòu)大多采用整體道床,而整體道床一經(jīng)澆筑,后期難以整改,這對(duì)軌道工程的拆解十分不利。因此,制定合理的拆解方案是軌道拆解工程的重難點(diǎn),須前期做好規(guī)劃,以保證后期拆解實(shí)施的可行性和高效性。目前,我國(guó)城市軌道交通線路拆解的案例較少,廣州和上海近10年有過(guò)軌道交通線路的拆解工程,這些線路前期運(yùn)營(yíng)的時(shí)間相對(duì)較短,且因線路小半徑曲線段通過(guò)扣件實(shí)現(xiàn)較低超高,導(dǎo)致鋼軌磨耗及養(yǎng)護(hù)維修量增加[7-8]。對(duì)于遠(yuǎn)期拆解工程而言,因線路的運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng),不僅要考慮前期軌道超高的合理設(shè)置,以確保行車(chē)安全、舒適及快速運(yùn)行,還需考慮拆解難度、運(yùn)營(yíng)干擾等因素,因此有必要對(duì)須拆解的軌道工程進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)及研究。

本文以某城市的軌道交通1號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱“1號(hào)線”)的區(qū)間軌道工程拆解為例,對(duì)其拆解方案進(jìn)行深入研究。該線在開(kāi)通初期貫通運(yùn)營(yíng),擬在遠(yuǎn)期對(duì)其中的車(chē)站1至車(chē)站2區(qū)間線路進(jìn)行拆解。該區(qū)間全長(zhǎng)860 m,曲線半徑為350 m,緩和曲線長(zhǎng)度為60 m。

1號(hào)線拆解前后線路走向如圖1所示。1號(hào)線拆解時(shí)需暫時(shí)中斷正線運(yùn)營(yíng)。線路拆解后,1號(hào)線繼續(xù)向東行進(jìn),新設(shè)車(chē)站3;車(chē)站2往南區(qū)段折向東,在車(chē)站3內(nèi)設(shè)站,與既有的車(chē)站2及其往北線路另立為2號(hào)線。拆解后1號(hào)線與2號(hào)線在車(chē)站3平行換乘,1號(hào)線和2號(hào)線均獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。拆解完成后,保留既有線的AC段,作為1號(hào)線和2號(hào)線的聯(lián)絡(luò)線,在A、C點(diǎn)插入道岔后各自連通延伸線;廢棄既有線的BD段,B、D點(diǎn)各自連通正線。

圖1 1號(hào)線拆解前后線路走向示意圖

2 軌道工程拆解的重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

2.1 軌道結(jié)構(gòu)的兼容性

根據(jù)規(guī)劃,1號(hào)線在遠(yuǎn)期進(jìn)行拆解?？紤]到初、近期運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng),軌道結(jié)構(gòu)不僅要兼顧拆解前、后的曲線超高需求,還要確保軌道結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性及耐久性等性能要求。

2.2 中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間短

1號(hào)線拆解時(shí),列車(chē)分別在車(chē)站1和車(chē)站2實(shí)現(xiàn)折返,即在起點(diǎn)至車(chē)站1、車(chē)站2至終點(diǎn)站分別組建2個(gè)臨時(shí)小交路,車(chē)站1至車(chē)站2區(qū)段中斷運(yùn)營(yíng)。為減小軌道拆解對(duì)1號(hào)線運(yùn)營(yíng)的影響,軌道系統(tǒng)需在短時(shí)間內(nèi)完成改造鋪設(shè),并迅速具備滿足1號(hào)線、2號(hào)線延伸的線路條件。

2.3 道岔需特殊設(shè)計(jì)

為保證1號(hào)線初期貫通運(yùn)營(yíng),減少道岔的養(yǎng)護(hù)維修量,在前期建設(shè)過(guò)程中,車(chē)站1至車(chē)站2的區(qū)間線路內(nèi)不插入道岔。拆解工程完成后,1號(hào)線AC段保留為聯(lián)絡(luò)線,為此需在車(chē)站1及車(chē)站2左線各插入1組9號(hào)道岔。為縮短插入道岔的施工時(shí)間,道岔需進(jìn)行2個(gè)方面的特殊設(shè)計(jì):①道岔區(qū)軌道超高可快速更改;②道岔區(qū)扣件釘孔距可快速更改。

2.4 不同軌道區(qū)段的超高設(shè)置

車(chē)站1至車(chē)站2區(qū)間線路的曲線半徑為350 m,緩和曲線長(zhǎng)度為60 m。拆解前,根據(jù)1號(hào)線行車(chē)速度-距離(v-s)曲線計(jì)算,該區(qū)間需設(shè)置120 mm軌道超高,以減少區(qū)間鋼軌磨耗,減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

拆解后,由于該區(qū)間兩端插入道岔,道岔區(qū)不設(shè)超高,曲線段無(wú)法實(shí)現(xiàn)超高順坡,拆解后的區(qū)間軌道不設(shè)超高。因此,該區(qū)間的軌道線路既要滿足拆解前120 mm的超高要求,又要滿足在拆解時(shí)能快速實(shí)現(xiàn)超高更改的要求。

2.5 共用道床同步實(shí)施

1號(hào)線拆解前后在緩和曲線段范圍內(nèi)的線間距較小,道床及軌枕在建設(shè)期應(yīng)同步建設(shè),并需滿足以下三方面要求:①道床設(shè)計(jì)須滿足拆解后道岔、道床的使用要求;②軌枕須既滿足初期扣件釘孔距要求,又滿足道岔區(qū)岔枕布置要求,為此,軌枕需加長(zhǎng)、加寬設(shè)計(jì);③共用道床部分軌道超高能實(shí)現(xiàn)快速更改。

3 軌道工程拆解方案

基于上文所述拆解工程的特點(diǎn)、重點(diǎn)及難點(diǎn),需要合理設(shè)計(jì)軌道工程拆解方案,以確保拆解工程按期、保質(zhì)順利完成。適用于該拆解工程的方案有2個(gè):樹(shù)脂枕道床方案和預(yù)制板道床方案。由于拆解點(diǎn)A、B和C、D的拆解方案一致,本文以A、B點(diǎn)為例,對(duì)2個(gè)拆解方案進(jìn)行分析。

3.1 樹(shù)脂枕道床方案

3.1.1 樹(shù)脂枕類(lèi)型

3.1.1.1 一體化樹(shù)脂枕

樹(shù)脂枕具有切割、開(kāi)孔方便、施工靈活等特點(diǎn)。一體化樹(shù)脂枕的剖面圖如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)軌枕寬度為240 mm,長(zhǎng)度為2 500 mm,上表面呈楔形,薄端高度為140 mm,厚端高度視具體超高而定。該樹(shù)脂枕的軌枕寬度、長(zhǎng)度及厚度均可根據(jù)具體需求一次加工成型,并可同步實(shí)現(xiàn)120 mm的超高要求。

圖2 一體化樹(shù)脂枕的剖面圖

圖3為一體化樹(shù)脂枕的側(cè)視圖。如圖3所示,拆解時(shí),以軌枕薄端厚度140 mm為基線,去除楔形多余部分,平整軌枕表面并涂裝軌枕表面,即可實(shí)現(xiàn)超高的快速更改。

圖3 一體化樹(shù)脂枕的側(cè)視圖

3.1.1.2 組裝型樹(shù)脂枕

圖4為組裝型樹(shù)脂枕的側(cè)視圖。組裝型樹(shù)脂枕的寬度為240 mm,高度為160 mm。在上表面鋼軌安裝區(qū)內(nèi)加工了1條20 mm深、與軌枕同寬的凹槽,槽內(nèi)粘接楔形調(diào)高塊,上表面呈斜面。軌枕在整體道床內(nèi)的埋深為140 mm,在楔形調(diào)高塊的上表面安裝鋼軌,以實(shí)現(xiàn)120 mm超高。拆解時(shí),去掉楔形塊,即可實(shí)現(xiàn)超高的快速更改。

圖4 組裝型樹(shù)脂枕側(cè)視圖

對(duì)一體化樹(shù)脂枕及組裝型樹(shù)脂枕的性能進(jìn)行綜合分析,一體化樹(shù)脂枕可根據(jù)具體需求一次加工成不同尺寸軌枕,整體性更好。組裝型樹(shù)脂枕粘接部分的耐久性會(huì)影響軌枕的使用壽命。經(jīng)比選,推薦采用一體化樹(shù)脂枕。

3.1.2 樹(shù)脂枕道床的拆解方案及拆解過(guò)程

3.1.2.1 拆解措施

由于一體化樹(shù)脂枕具有切割、開(kāi)孔方便等特點(diǎn),樹(shù)脂枕拆解措施需在前期優(yōu)化設(shè)計(jì),兼顧拆解后軌道工程的超高需求,并盡可能減少拆解工程量。圖5為樹(shù)脂枕道床方案的拆解范圍及拆解前后軌道結(jié)構(gòu)布置。圖6為圖5中區(qū)域1、區(qū)域2(近遠(yuǎn)期線路交叉處)及區(qū)域3的軌道結(jié)構(gòu)放大圖。

1) 拆解范圍: ①左線拆解時(shí), 需更改左線緩和曲線及圓曲線軌枕超高,長(zhǎng)度約為660 m;②右線拆解時(shí),需更改共用道床(3 m線間距范圍內(nèi)及拆解前后線路交叉處)范圍內(nèi)的軌枕以消除超高,其長(zhǎng)度總計(jì)約170 m。

2) 前期優(yōu)化設(shè)計(jì)措施:①對(duì)于區(qū)域3,設(shè)計(jì)初期左線、右線在緩和曲線和直線共用道床范圍內(nèi)一次性鋪設(shè)加長(zhǎng)軌枕,并設(shè)置相應(yīng)的超高;②對(duì)于區(qū)域2,近、遠(yuǎn)期在線路交叉處鋪設(shè)的軌枕需兼顧拆解前、后的工程需求,軌枕采用一體化樹(shù)脂枕,并加長(zhǎng)、加寬;③對(duì)于區(qū)域1,設(shè)計(jì)初期按照插入9號(hào)道岔的岔枕型式鋪設(shè)軌枕,將岔枕延長(zhǎng),并確保1號(hào)線軌道能正常使用。

3.1.2.2 拆解過(guò)程

1) 區(qū)域3及區(qū)域2:因軌枕的長(zhǎng)度和寬度均可滿足拆解后的要求,僅需調(diào)整線路位置和超高。其拆解過(guò)程分2步:一是根據(jù)拆解后線路超高切割既有樹(shù)脂枕;二是封閉既有扣件孔洞,根據(jù)最新線位扣件間釘孔間距重新打孔,并安裝鋼軌、扣件。

2) 區(qū)域1:由于道岔區(qū)不設(shè)超高,拆解時(shí)需切割既有軌枕的全部超高,封閉既有扣件孔洞,并在樹(shù)脂枕上根據(jù)道岔扣件釘孔間距重新打孔,安裝道岔。

3) 拆解時(shí)間:拆除鋼軌扣件需1 d,更改軌枕需4 d,插入道岔需3 d,則拆解時(shí)間共計(jì)8 d。

3.2 預(yù)制板道床方案

將預(yù)制軌道板應(yīng)用于拆解工程的曲線段時(shí),可通過(guò)調(diào)整砂漿調(diào)整層實(shí)現(xiàn)超高變化。拆解時(shí),需鑿除砂漿調(diào)整層,按線路調(diào)整軌道板標(biāo)高,再重新填充砂漿調(diào)整層。預(yù)制板道床方案拆解前后預(yù)制板道床橫斷面如圖7所示。

圖7 預(yù)制板道床方案拆解前后預(yù)制板道床橫斷面圖

3.2.1 拆解前軌道結(jié)構(gòu)布置

拆解前,在1號(hào)線左線的緩和曲線及圓曲線區(qū)段鋪設(shè)預(yù)制軌道板,在線路建設(shè)過(guò)程中同步施作遠(yuǎn)期底座(含道岔底座)及限位凹槽。預(yù)制板道床方案拆解前預(yù)制軌道板及底座實(shí)施范圍如圖8所示。

圖8 預(yù)制板道床方案拆解前預(yù)制軌道板及底座實(shí)施范圍

3.2.2 拆解方案及拆解過(guò)程

3.2.2.1 拆解方案

首先需要拆除已鋪設(shè)的軌道板。在完成砂漿層高度的調(diào)整后再進(jìn)行道岔的鋪設(shè),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)插入道岔的拆解。

拆解后,拆除共用道床預(yù)制軌道板,鑿除砂漿調(diào)整層,插入9號(hào)道岔,鋪設(shè)軌道板,再重新灌注砂漿調(diào)整層。圖9為預(yù)制板道床方案的拆解范圍及拆解后軌道結(jié)構(gòu)布置。圖10為圖8和圖9中區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3及區(qū)域4的軌道結(jié)構(gòu)放大圖。

圖9 預(yù)制板道床方案的拆解范圍及拆解后軌道結(jié)構(gòu)布置

圖10 圖8及圖9中4個(gè)區(qū)域的軌道結(jié)構(gòu)放大圖

3.2.2.2 拆解過(guò)程

1) 區(qū)域1、區(qū)域2及區(qū)域4的拆解步驟為:①吊移軌道板;②鑿除既有線砂漿調(diào)整層,以消除超高;③按拆解后線位安裝預(yù)制軌道板(調(diào)整縱、橫向位置),精調(diào)軌道板;④重新灌注砂漿調(diào)整層。

2) 區(qū)域3的拆解步驟為:①拆除既有軌道板;②鑿除砂漿調(diào)整層,以消除超高;③按拆解后線位安裝預(yù)制道岔板(調(diào)整縱、橫向位置),精調(diào)軌道板;④重新灌注砂漿調(diào)整層,安裝道岔。

3) 拆解時(shí)間:拆除預(yù)制軌道板需5 d,運(yùn)輸預(yù)制板需2 d,鋪設(shè)軌道板需13 d,插入道岔需3 d,則拆解時(shí)間共計(jì)23 d。

3.3 方案比選

進(jìn)一步對(duì)這2個(gè)方案的軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比,其結(jié)果如表1所示。由表1可知:2個(gè)方案均可滿足軌道工程拆解要求;樹(shù)脂枕道床方案前期設(shè)計(jì)復(fù)雜,需同時(shí)兼顧近、遠(yuǎn)期軌道工程,但拆解工程量小,拆解效率高;預(yù)制板道床方案前期設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,但拆解工程量大、中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)。

拆解工程大多時(shí)間緊迫,要求在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)線路運(yùn)營(yíng)。為減小拆除工程量,縮短拆解時(shí)間,減小線路中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間,本文推薦采用樹(shù)脂枕道床方案。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通軌道工程拆解方案設(shè)計(jì)時(shí),建議采用樹(shù)脂枕道床方案,該方案既可實(shí)現(xiàn)前期運(yùn)營(yíng)階段的超高需求,又具備后期拆解的調(diào)整超高要求。此外,還需考慮拆解前、后共用底座等混凝土工程,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)一次性滿足二者需求。應(yīng)綜合性、前瞻性地考慮接口問(wèn)題,以保證后期拆解實(shí)施的可行性和高效性,減小拆除工程量,縮短拆解時(shí)間,減小線路中斷運(yùn)營(yíng)時(shí)間。本文案例可為城市軌道交通類(lèi)似的軌道拆解工程提供參考。