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乌鲁木齐地铁2号线一期轨道设计

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2022-01-28 19:45

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摘要:在总结国内城市轨道交通工程轨道系统设计经验的基础上,结合国内外经验和轨道结构最新技术的发展,在既有乌鲁木齐市轨道交通设计方案基础上,坚持“安全可靠、功能合理、技术先进、经济节能”的原则,以使轨道系统功能达到合理匹配、结构等强、弹性连续、质量均衡的目的,并提出了轨道系统设计方案,包括轨道扣件、轨枕及道床结构、道砟设计选型、轨道减振措施。

关键词:乌鲁木齐地铁2号线;轨道;设计 中图分类号:U215 文献标识码:B

概述

  • 工程概况

乌鲁木齐地铁2号线一期工程南起延安路站,北至华山街站,正线全长19.35km,全部为地下线。共设车站16座,其中设换乘车站4座。全线设哈马山车辆段和八户梁停车场各一处。

本工程采用标准A行车,最大轴重17t,6辆编组,列车最高运行速度80km/h,采用1500V接触网供电方式。

  • 工程主要特点

乌鲁木齐地铁2号线一期工程与轨道系统相关的工程特点主要表现在以下四个方面:①全线均为地下线敷设方式;②本线位于繁华市区,沿线环境敏感点多,对减振降噪要求较高,减振设计应具有一定的包容性。③受沿线建筑物和地形影响,线路布置困难,小半径曲线、大坡道较多,对行车平稳、舒适、轨道设备耐久性要求较高。④本线通过多条地质活动断层区域,轨道结构需要进行特殊设计。

主要设计思路

结合本工程特点,考虑本线在乌鲁木齐市轨道交通线网中的作用和轨道交通建设特点,吸取国内外轨道系统设计的成功经验,在满足轨道功能的前提下,充分考虑2号线工程地下线多位于繁华市区,线路布置困难,小半径曲线及沿线各类敏感点较多的特点,设计中充分采用成熟技术和加快施工进度方法。

主要设计标准及设计原则

  • 主要设计标准

①轨距:1435mm,半径<250m的地段按规范要求加宽;②钢轨类型:正线、配线均采用60kg/m钢轨;③扣件:正线、配线均采用弹性扣件;④道床类型:正线、配线均采用整体道床;⑤轨枕铺设数量:正线按1680根/km 铺设,配线按1600根/km铺设;⑥道砟:正线、配线采用60kg/m钢轨9号道岔;⑦轨底坡:正线、配线采用1∶40轨底坡,道砟及两道砟间不足50m地段不设轨底坡;⑧曲线最大超高值120mm,允许有不大于61mm的欠超高;⑨正线采用跨区间无缝线路。

  • 主要设计原则

轨道是轨道交通运营的基础,直接承受列车荷载并引导列车运行。结合本工程的特点,轨道设计应符合以下原则:

①轨道结构应具有足够的强度、稳定性和适量的弹性, 确保行车安全、平稳及旅客乘车的舒适度;②全线轨道结构应统一型式、采用通用的零部件,并尽量与在建线路轨道保持系统一致;③轨道应根据环境影响评估报告分级减振设计,满足不同地段的减振降噪要求;④轨道结构应具有良好的绝缘性以满足杂散电流的防护要求;⑤根据乌鲁木齐市气候特点选用适宜的施工方案和施工组织措施。

轨道设计重点问题研究

  • 地质活动断层地段轨道工程措施

乌鲁木齐市轨道交通2号线沿线经过多条地质断裂带。活动断层具有明显的三维变形特征,即垂向位移、水平位移和水平扭转,一般以垂向变形为主。为确保列车正常、安全运行,就轨道结构而言,必须具有良好的变形协调能力,对于不同的工后沉降量应制定相应的调整办法。

  • 有碴轨道

有碴轨道是解决主体结构工后沉降变形最有效、最经济的轨道结构形式,结构简单,技术成熟,价格便宜,减振效果好,可调节能力强,但由于线路经过的地质活动断层比较分散,每处段落长度均较短,从而导致线路纵向刚度均匀性差,直接影响旅客乘坐舒适度。同时,有碴轨道养护维修工作量增加,道床排水困难,故国内城市轨道交通地下线路基本不采用有碴轨道[1]。

  • 宽枕板式有碴轨道

宽枕板式有碴轨道由钢轨、扣件、宽枕板、聚氨酯固化道床等组成。其中聚氨酯固化道床是在已经达到稳定的新铺碎石道床内灌注聚氨酯发泡材料,使道砟黏结在一

起,形成具有弹性的整体道床结构。该道床的主要优点是宽枕板枕下受力面积大,有利于荷载的传递。当结构发生变形且超过扣件调整量时,可以通过调整碎石垫层来调整,并重新采用聚氨酯进行灌注以恢复道床。

  • 梯形轨枕轨道

梯形轨枕轨道是一种全新的轨道结构形式,对于小量变形(如20mm及以下)可采取在扣件底部加调高垫板的方式进行调整,当变形范围超出扣件调整范围时,取出后加的调高垫板,采取在梯形轨枕底部弹性垫板下加砂浆袋垫高的方式进行调整。

  • 钢弹簧浮置板轨道

钢弹簧浮置板轨道是一种质量—弹簧体系轨道形式, 是目前减振效果最好的轨道结构形式,通过更换调整垫片实现板体的无级调整,借助专用工具可实现弹簧隔振套筒的更换,养护维修方便。

对于小量变形(如20mm及以下)可采取在扣件底部加调高垫板的方式进行调整,当变形范围超出扣件调整范围时,取出后加的调高垫板,采取在隔振器下加设垫板或在浮置板下加砂浆袋垫高的方式进行调整。

  • 推荐方案

有碴轨道存在养护维修工作量大且作业环境差等缺点;宽枕板式有碴轨道适应基础瞬时空间变形大的破坏特征,且破坏后能够满足快速、低成本修复的要求。目前该方案已经在乌鲁木齐地铁1号线上使用,但运营后使用效果还有待验证。本设计结合乌鲁木齐2号线的工程特点,综合考虑以上方案,暂推荐一般地质断层采用梯形轨枕轨道, 有特殊减振要求的地段采用钢弹簧浮置板轨道。

  • 轨道减振设计研究主要设计原则

(1)轨道减振应满足环评要求,充分考虑社会发展的需要,提高减振设防标准;

(2)对两侧临近建筑物的地段进行振动和噪声预测, 并根据预测结果采取有效、合理的减振降噪措施;

(3)轨枕减振类型保持与其他线路的通用性、统一性,减振轨道结构应充分考虑养护维修条件;

(4)采取综合减振措施和分级减振措施。

  • 减振设计方案综合治理措施

(1)铺设60kg/m钢轨,钢轨质量和截面刚度均大于50kg/m钢轨,可减小振动10%;

(2)采用专为地铁设计的弹性分开式扣件,采用轨下和垫板下两层低刚度的聚酯垫板,降低扣件节点的刚度;

(3)铺设无缝线路,减少钢轨接头,降低轮轨间的冲击作用,从而有效地减振、降噪;

(4)根据全线环保评估情况,采用特殊轨道结构进行分级减振措施。

  • 分级减振措施

根据现有减振技术发展的水平,结合各类型减振产品的实际使用效果,根据相关工程经验,可以把全线分为三个级别的减振地段:①中级减振:0dB<振动超标≤5dB;② 高级减振:5dB<振动超标≤10dB;③特殊减振:10dB<振动超标。

  • 中高等减振技术措施

根据环评要求及工程使用经验,在中高等减振地段采用梯形轨枕。该轨道结构由纵向预制混凝土轨枕、横向连接钢管和减振部件构成。梯形轨枕与支座通过减振部件相连接,形成浮置式的轨道结构,有较强的减振降噪性能。该结构能满足较大减振范围的不同要求(8~12dB)。目前,梯形轨枕轨道系统已在国内多个城市地铁中选用,其施工方法、进度等与普通整体道床一致。

  • 特殊减振技术措施

特殊减振地段采用液体阻尼钢弹簧浮置板轨道,该轨道结构由钢筋混凝土板和支撑它的隔振系统组成,形成质量—弹簧体系,可减弱传递到隧道结构的振动力和振动加速度,减振效果显著,约为20~25dB,在我国地铁建设中广泛应用[3]。

轨道设计方案

本工程正线及配线采用60kg/m钢轨、60kg/m钢轨9号曲线尖轨系列道砟、无缝线路方案;正线采用长枕式两侧水沟整体道床,扣件采用ZX-2型扣件;线路末端设置液压缓冲滑动式车挡。

车辆段试车线采用60kg/m钢轨,其它采用50kg/m钢轨;试车线采用60kg/m钢轨9号曲线尖轨,车场线道砟采用50kg/m钢轨7号曲线尖轨系列道砟;库外线采用碎石道床方案,库内线根据工艺要求采用相应型式的整体道床;平交道口采用碎石道床橡胶道口板和整体道床橡胶轮缘槽。全线采用综合减振和分级减振的方式,根据沿线各区段的环保要求,中、高等减振地段采用梯形轨枕,特殊减振地段采用液体阻尼钢弹簧浮置板轨道;全线设置线路标志及与工务有关的信号标志。

结语

乌鲁木齐地铁2号线一期工程轨道设计,在总结国内轨道交通工程轨道系统的设计经验基础上,应用了成熟的轨道产品,并结合本工程特点进行了优化和提高。特别是针对本工程经过地质活动断层的特点,提出了轨道解决方案,为该轨道结构在国内其他城市轨道交通工程中的应用提供了参考。

参考文献:

  1. 高建敏,翟婉明,徐涌. 有碴轨道下沉变形参数影响分析[J]. 交通运输工程学报,2007(4):15-20.
  2. 丁德云,刘维宁,李克飞,等. 钢弹簧浮置板轨道参数研究[J]. 中国铁道科学,2011(11):30-35.
  3. 孙洪强.哈尔滨市轨道交通一期工程轨道减振设计方案研究[J]. 铁道标准设计,2010(12):13-16.

(原文发表于“交通世界”2019年第九期 乌鲁木齐地铁2号线一期轨道设计 - 中国知网 )

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