第三节轨道与路基工程设计

地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计第三节轨道与路基工程设计⑴轨道是由钢筋、连接零件(扣件)、轨枕、道床、道岔及其他附属设施等组成。⑵城市轨道交通对轨道结构的基本要求如下：①结构简单、整体性强，具有坚固性、稳定性、耐久性和适量弹性等特点，确保行车安全、平稳、舒适；②具有足够的强度、刚度；便于施工，易于管理，可靠性高，使用寿命长，可以少维修或者避免维修，并有利于日常的清洁养护，降低运营的成本；地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计③对于扣件，要求强度高、韧性好；④采用成熟的新工艺、新技术、新材料，满足绝缘、减振降噪和减轻轨道结构自重的需要，尽可能符合城市景观和美观要求。⑶路基是地铁工程的重要组成部分直接随轨道和车辆的荷载。路基工程作为土工结构物，必须具备足够的强度，稳定性和耐久性。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计一、钢轨二、扣件三、轨枕四、道床五、路基六、轨距加宽、超高七、线路标志地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计一、钢轨⒈基本要求：在列车静荷载和冲击动力荷载作用下，钢轨产生弹性挠曲和横向弹性变形，钢轨应有足够承载能力，抗弯强度、断裂韧性、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性。⒉选型我国地铁和轻轨均选用60kg/m的重型钢轨，车场线选用43kg/m或50kg/m的轻型钢轨。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-1843kg/m级钢轨(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒊损伤分析及材质选择⑴损伤分析主要是磨耗和疲劳损伤⑵材质分析在顶面最大接触应力条件下，满足列车运行的强度、稳定性、疲劳破损方面的要求下，进行允许应力对比分析。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒋钢轨铺设⑴正线地段和半径为250m及以上的曲线地段，应铺设长轨节，即无缝线路⑵高架线上的无缝线路需做特殊设计⑶钢轨焊接方法有三种：接触焊，气压焊，铝热焊地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计二、扣件⑴作用:固定钢轨，阻止钢轨纵向和横向位移，防止钢轨倾斜，提供适当的弹性，并将钢轨承受的力传递给轨枕或道床承轨台。⑵组成：由钢轨扣压件和轨下垫层两部分组成地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒈扣件设计原则⑴具有足够的强度、扣压力和耐久性⑵在高架桥无砟、无枕的轨道上，扣件还必须有一定的弹性⑶结构力求简单，尽量标准化，通用性好，造价低⑷对于扣件的铁部件应作防腐处理地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒉扣件的技术性能⑴调整量地铁整体道床上的扣件，轨距调整量+8mm、-12mm，高低调整量+10mm能满足使用要求。轻轨高架线路，轨距调整量适当加大，参考国家铁路预应力梁整体道床的扣件调整量，轨距调整量为+14mm，-22mm，高低调整量为+30mm。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑵抗横向力根据北京地下铁道轨道动测资料，曲线半径为200m,车道行车速度为50km/h，扣件受到最大横向力37kN，所以抗横向力定为大于等于40kN。⑶扣压力根据北京地铁现场防爬试验和多年运营经验，一组扣件的扣压力大于12kN就能制止钢轨爬行，故对高架桥无缝线路上扣件的压力，可适当减少或间隔上紧扣件。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑷绝缘性能扣件的绝缘部件工作电阻应大于108Ω。⑸垂向和横向静刚度在确保列车安全运行的条件下，根据地铁和轻轨交通车辆轴重及减振的要求，一般扣件垂向静止刚度为200~290kN/cm，静止横向刚度应为220~600kN/cm。⑹扣件强度扣件垂向受力55kN，横向受力40kN。经过200~300万次疲劳试验，其零件无损坏及磨耗。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒊地铁线路扣件⑴DTI型扣件这种扣件为全弹性分开式，见图2-20。⑵DTIII、DTIV型扣件a.这两种扣件均为全弹性分开式，二阶减振，结构形式相同。如图2-21所示。b.主要零部件为：扣压件﹑轨距垫﹑铁垫板﹑橡胶垫板﹑螺旋道钉﹑玻璃钢套管。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-20DTⅠ型扣件地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-21DTⅢ型扣件地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑶DTVI型扣件a.扣件为全弹性分开式，如图2-22所示。b.做减振对比试验，相当于两层100mm厚橡胶垫板的减振效果。⑷DTVII型扣件a.为半弹性分开式，如图2-23所示。b.适用于54kg/m钢轨和整体式道床，一般减振地段。⑸轨道减震器扣件a.全弹性分开式、三阶减振。b.适合于枕式整体道床，较高减振地段，如图2-24所示。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-22DTVI型扣件地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-23DTⅦ型扣件地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-24轨道减震器地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑹检查坑扣件检查坑宽1200mm，要求扣件较短，一般均为无挡肩式半弹性扣件。分为I型、II型和III型三种检查坑扣件。①I型检查坑扣件：为半弹性不分开式。②II型检查坑扣件：弹性不分开式，如图2-25所示。北京地铁二期工程太平湖车辆段和古城车辆段扩建采用此扣件。③III型检查坑扣件：半弹性分开式，见图2-26所示。上海地铁2号线采用此扣件。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-25II型检查坑扣件图地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-26Ⅲ型检查坑扣件图地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒋轻轨线路常用扣件⑴轻轨I型扣件：如图2-27所示①通过B型弹条4和T形螺栓1等紧固钢轨；②结构简单、使用安装方便，通用性好，而且造价较低。③其技术性能如下：a.抗横向力≥400N；b.轨顶标高调整量10mm；轨距调整量：有备件时为-8~+4mm，无备件时-4~0mm。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-27轻轨I型扣件(尺寸单位：mm)1-T型螺栓；2-螺母；3-平垫圈；4-B型弹系；5-T型螺栓插入座；6-绝缘轨距块；7-橡胶垫板；8-调高垫板地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑵轻轨II型扣件:如图2-28所示①弹性大，不容易松驰；②构造较复杂，造价高，非环境要求极高的地段，一般不轻易使用；③主要技术指标为：a.垂直静刚度8.46kN/m；b.结构设计合理，30kN横压疲劳荷载；c.减振效果好，加速度幅值衰减97.7%，加速度自振频率谱衰减99.3%；d.绝缘性能好。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-28轻轨Ⅱ型扣件(尺寸单位：mm)1-T型螺栓；2-弹系；3-上垫板；4-硫化橡胶；5-轨下衬垫；6-下铁垫板；7-垫板螺栓；8-垫板衬垫地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑶wj-1型扣件①弹性分开式②使用中出现的一些毛病，如T型螺栓容易歪斜、紧固的螺母易松动、抗扭距不稳定、部分弹条断裂等问题⑷wj-2型扣件如图2-29所示。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-29wj-2型弹性小阻力扣件地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒌减震垫层⑴减振垫层为压缩型橡胶垫板，放在钢轨与承轨台之间；⑵使用减振垫层的无碴轨道，其振动衰减的性能相当或优于有碴轨道；⑶减振垫层的静刚度应为13~50KN/mm。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-3016-B型橡胶垫板(尺寸单位：mm)图2-3112-B型橡胶垫板(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计1-螺栓；2-螺母；3-平垫圈；4-弹条；5-轨距挡板；6-挡板座；7-橡胶垫圈图2-32弹条I型扣件(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计三、轨枕⒈地铁轨枕⑴地铁正线隧道内一般采用短轨枕或无轨枕的整体钢筋混凝土道床；⑵车场线采用普通钢筋预应力混凝土轨枕，在道岔范围内少数区段采用木枕。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒉高架线轨枕⑴高架轻轨线宜采用新型轨下基础—以混凝土道床为主的构造型式，采用常规铁路强度最低的预应力混凝土枕，如9-1型或J-1型轨枕。⑵高架轻轨线每公里直线段轨枕配置根数1600根，在曲线半径300m以下地段，每公里增加80根。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-33J－1型轨枕(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒊地面线轨枕⑴地面线路为碎石道床，上铺预应力钢筋混凝土轨枕。⑵地面碎石道床上铺轨枕数：①直线段和半径大于等于400m的曲线段，每公里铺设短轨枕数为1680对；②半径为400m以下曲线地段和大坡道上，每公里铺设轨枕数为1760对。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计四、道床⒈碎石轨枕道床⑴优点：结构简单，容易施工，减振、减噪性能较好，造价低；⑵缺点：排水设施复杂，养护工作频繁，更换轨枕困难。捣固时，粉尘飞扬，危害工作人员健康；⑶适用：地面线及车场线道岔。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计碎石道床的厚度应符合表2-16所示。路基类型道床厚度(mm)正线车场线非渗水土路基双层道碴250单层250底碴250岩石、渗水土路基单层道碴300碎石道床厚度表2-16地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计①地面线的直线段碎石道床顶面宽度为3m，车场线为2.9m,半径等于或小于400m的曲线地段外侧应加宽0.1m。铺设无缝线路及安装接触轨一侧也应加宽。②为增加横向稳定性，道床的肩宽不应小于300m，在R600m的曲线段，曲线外侧道床肩部加宽100m，道床边坡均为1:75，碎石道床的最小厚度，在直线段轨枕下应为300mm，车场线轨枕下应为250mm。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计图2-35地面曲线段道床断面图2-34地面直线段道床断面(尺寸单位：mm)地面直线和曲线段碎石道床断面分别如图2-34﹑图2-35所示。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计③为了尽量减少用地，路肩宽可选为0.4m。由于双线路基宽度较大，为方便排水，路基中部应设置路拱。④图2-34图2-35中C是根据与车辆界线确定的最小间距。⑤对于新研制的轻轨车，当两线间无电柱或其他设施时C为3.2m；当两线间设Φ0.4m电柱时C为3.8m。在曲线段还要计入线路间距的加宽W。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒈整体式道床①优点：a.整体性好，坚固稳定、耐久；b.轨道建筑高度小，减少隧道净空，节省投资；c.轨道维修量小，适应地铁和轻轨交通运营时间长，维修时间短的特点。②长度大于100m的隧道内和隧道外U形结构地段及高架桥和大于50m的单体桥地段宜用短枕式和长枕式整体道床。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑴无枕式整体道床①也称为整体灌注式道床，强度等级C30，施工方法繁锁，机具复杂，进度又慢，承轨台抹面精度不易保证，难以达到设计要求的精度。②北京地铁一期工程采用过此形式，香港﹑加拿大等地铁也有使用。地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⑵轨枕式整体道床①短枕式整体道床短枕式整体道床轨道建筑高度一般为550mm左右。道床混凝土强度等级C30，轨下道床厚度一般小于160mm，一般设中心排水沟,如图2-36。图2-36短枕式整体道床图(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计②长枕式整体道床⑴设侧向水沟，一般长轨枕预留圆孔，道床纵向筋穿过，如图2-37。⑵适用于软土地基隧道，可采用轨排法施工。图2-37长枕式整体道床(尺寸单位：mm)地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒊浮置板式道床浮置板式道床对隧道外减振、减噪效果明显，但地铁车厢内振动和噪声较大。更换底部橡胶垫困难，造价高。如图2-38所示。图2-38浮置板式整体道床地铁与轻轨第二章地铁与轻轨交通线路规划与设计⒋纵向浮置板式整体道床由浮置板、橡胶垫、道床承台和联结挡板等组成，浮置板长（沿钢轨方向）为2200mm，宽为60mm，高为240mm，板重约730kg，一块浮置板上设置4组扣件。如图2－39