城轨交通轨道主要技术共18页.docx
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城轨交通轨道主要技术共18页
城轨交通
要练说，得练看。
看与说是统一的，看不准就难以说得好。
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在运用观察法组织活动时，我着眼观察于观察对象的选择，着力于观察过程的指导，着重于幼儿观察能力和语言表达能力的提高。
轨道系统设计主要技术标准
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（《地铁设计规范》GB50157-2019学习与实践）
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二零一零年
轨道系统设计主要技术标准
1.一般设计原则
2.钢轨及轨道几何行位
3.扣件、轨枕及道床
4.道岔及道床
5.减振轨道结构
6.轨道附属设备及安全设备
7.线路标志及有关信号标志
我国第一部地铁设计规范《地下铁道设计规范》GB50157－92于1992年发布，1993年实施。
它基于可靠的技术依据和成熟的经验为基础，它总结了我国二十余年来地下铁道工程建设和运营经验，以及历年来的科研成果，同时，借鉴了国外地下铁道有关的成功经验和先进技术，在城市轨道交通工程建设初期起着指导作用。
随着我国地铁建设的迅猛发展，在工程建设和运营管理方面又引入了诸多国内外新技术，积累了各种新经验，为了适应发展的需要对92年版进行了全面修订，并将规范名称简化为《地铁设计规范》GB50157－2019于2019年（以下简称《地规》03年版）发布，2019年实施。
修订后的规范除对原文进行扩充与深化，又新增加了运营组织、高架结构、环境与监控、环境保护、自动售检票等内容，成为一部地铁建设的跨专业、综合性规范。
《地规》03年版实施以来，笔者在学习过程中，结合工程实践对其中部分条文（线路、轨道等）进行探讨，供研究设计人员参考，起到抛砖引玉之作用。
1.一般设计原则
轨道是轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，并引导列车运行，因此轨道设计应符合以下主要原则：
*轨道结构应具有足够的强度、稳定性、耐久性以及适量的弹性，以确保列车运行平稳、快捷、安全、舒适，并尽量减少养护维修工作量和延长使用寿命。
同时应均衡提高轨道整体结构的承载能力、弹性连续、结构等强、合理匹配。
*轨道结构应根据环境保护对沿线不同地段的减振降噪要求，采用相应级别的减振轨道结构。
*轨道结构在满足以上功能的前提下，要求结构简单，具有通用性和互换性，降低造价。
*钢轨是运行列车牵引用电回流电路，轨道结构应满足绝缘要求，以减少泄漏电流对结构、设备的腐蚀。
*轨道结构必须采用先进和成熟、经过试验的部件，使轨道结构技术先进、适用。
还要求充分考虑采用先进的施工方法，确保施工质量，缩短施工周期。
*还要充分考虑检测、养护维修的需要，配备必要的设备和备品。
2.钢轨及轨道几何形位
2.1钢轨类型
钢轨类型有以下分类方法：
*按质量分：
43、50、60、75kg/m（目前43kg/m已停止生产）；
*按钢种分：
碳素钢、合金钢、热处理轨三类；
*按力学性能分：
普通轨、耐磨轨、高强度轨三类（其抗拉强度分别不小于800Mpa、900Mpa、1100Mpa）；
*按钢轨钢金相组织分：
珠光体、贝氏体、马氏体三类。
钢轨选型在《地铁设计规范》GB50157-2019（以下简称《地规》）6.2.1节中指出“正线及辅助线钢轨宜采用60kg/m钢轨，也可采用50kg/m钢轨”，小半径曲线地段“应采用全长淬火钢轨或耐磨钢轨”，对钢轨材质、性能未加说明。
目前我国生产的钢轨U71Mn、U75V、U76NbRE等牌号，每种牌号还有热轧轨、在线热处理轨、离线热处理轨之分，其材质的化学成分和力学性能有所差异。
各种牌号钢轨有着不同的适用范围，因此在钢轨选型时，除钢轨质量外还应注明钢轨牌号、钢种，供承包商定货用。
离线热处理力学性能优于在线热处理，但二次加热造成能源浪费，目前在线热处理质量有所提高，将逐渐用在线热处理取代离线热处理。
正线上的道岔，具有与正线一致的行车密度和通过速度，为减少车轮对道岔的冲击，保证行车平稳以及延长使用寿命，制造道岔的钢轨轨型与强度不应低于正线钢轨。
《地规》6.4.1条指出“正线上道岔钢轨类型应与正线的钢轨类型一致”，但一般在道岔设计图中只注明钢轨质量而未提及钢轨牌号及钢种，承包商定货往往忽略，从而造成钢轨强度与正线不一致的事实，施工时发现已不可挽回。
因此，道岔设计图除注明钢轨质量外，还应加注钢轨牌号及钢种。
2.2钢轨选型
钢轨选型的主要因素是年通过总质量、行车速度、轴重、维修工作量大、修周期和减振降噪要求。
根据线路近、远期客流量，推算出年通过总质量取最大值。
然后参照《铁路轨道设计规范》TB10082-2019、J448-2019表4.0.1中规定“年通过总质量25-50Mt的线路，采用60kg/m钢轨”，（而表中注2“年通过总质量大于50Mt的线路根据实际的运营条件，经技术经济比选可采用60kg/m钢轨”似乎有些矛盾）。
年通过总质量计算是根据地铁（轻轨）近、远期客流量，按列车满载计算，乘以全年列车通过列数，再乘以1.1～1.2系数（含自重及载客重，每位乘客按60公斤计），可推算出近、远期的年通过总质量。
钢轨选型除从运量因素考虑外，还应根据城市轨道交通特殊性进行技术经济综合比较确定，在经济条件允许的情况下，地铁正线及辅助线尽量采用60kg/m钢轨，车场线采用50kg/m钢轨。
（参考：
《轨道论文集》p245）
2.3钢轨接头及异型钢轨
不同类型的钢轨接头应采用异型钢轨连接。
目前生产的60kg/m-50kg/m异型钢轨，以60kg/m钢轨为母材，钢轨的一端通过辊锻加工成为50kg/m钢轨的标准断面。
该端长度450mm，过渡段长度150mm。
异型钢轨长度有6.25m（钢轨材料长度6.71m）及12.5m（钢轨材料长度0.000m）两种。
异型钢轨
道岔尖轨用AT轨异型钢轨
2.4钢轨接头
异型接头
普通接头
绝缘接头
有轨电车槽型钢轨与普通钢轨的异型接头
有轨电车槽型钢轨
无缝线路临时接头
2.5钢轨轨底坡的设置
图1轮缘踏面示意图
钢轨轨底坡的设置，它是轮轨关系中轨道受力计算和轨道部件设计的一项重要参数，因此《地规》6.2.7条规定“正线、辅助线和车场线上的钢轨，应设置1:
40或1:
30的轨底坡”。
世界各国铁路轨道钢轨轨底坡的设置，大致分为两种情况，其一是1:
40，如我国、日本；其二是1:
20，如法国、德国等欧美国家。
轨底坡与轮缘踏面坡度相匹配，才能使轮轨受力趋于合理，同时对减少钢轨的磨耗也有利。
我国车辆轮缘踏面为1:
20和1:
10，如图1，轨底坡自1965年铁道部规定为1:
40，一直沿用至今。
2005年4月25日发布实施的《铁路轨道设计规范》TB10082-2019第3.0.2条仍规定“钢轨的轨底坡应采用1:
40”。
我国城轨交通车辆走行部分设计标准及铺设的钢轨与我国国铁相同，因此，轨底坡设置为1:
40是合理的。
如采用1:
30笔者认为应在小范围内铺设，取得经验再进行推广，在设计时应慎重考虑。
2.6未平衡离心加速度及曲线超高
2.6.1未平衡离心加速度
《地规》03年版第6.2.8条规定曲线地段“当设置的超高值不足时，一般可允许有不大于61mm的欠超高”，其未平衡离心加速度值α=0.4m∕s2，道岔导曲线未做规定。
城轨交通车辆行驶在曲线或道岔导曲线上时，未被平衡的离心加速度值的确定，应在运营安全、旅客舒适度的前提下，还需考虑（结合）轨道结构、车辆性能、运行特点等因素，未被平衡的离心加速度值选择太小，则影响通过速度。
合理选用未被平衡的离心加速度值，在保证旅客舒适度的前提下，适当提高行车速度具有一定经济意义。
因此，笔者建议：
应适当提高未被平衡的离心加速度标准值，并增设一定数值的过超高，最大欠超高61mm、最大过超高30mm。
（参考：
《轨道论文集》p86）
2.6.2曲线超高
直线地段两股钢轨顶面水平，曲线地段外轨应设置超高，用以抵消列车行驶在曲线上时产生的离心力，提高旅客的乘坐舒适度，同时保证行车的稳定性。
外轨超高值根据曲线半径、行车速度等因素确定。
依据《地铁设计规范》（GB50157-2019）第6.2.8条规定：
“曲线的最大超高值为120mm，当设置的超高值不足时，一般可容许有不大于61mm的欠超高”
外轨超高设置方法：
1、隧道内及隧道口外U型结构的整体道床地段曲线超高，采用外轨抬高超高值一半，内轨降低超高值一半的办法设置；高架线路、地面线路的轨道曲线超高，采用外轨抬高超高值的办法设置。
2、同一曲线通过速度不同时，应按低速设置超高。
3、曲线较长、列车通过各部分速度相差悬殊，按低速设置超高，高速时欠超高超过61mm时，可适当提高超高值。
使高速通过时欠超高不大于61mm，低速通过时可设一定的过超高，过超高值《地铁设计规范》未作规定，可暂按不大于30mm考虑。
4、复曲线应设同一超高。
5、曲线超高值应在缓和曲线递减，无缓和曲线时，应在直线段递减，超高顺坡率不大于2‰，困难地段不大于3‰。
6、整体道床超高的设置应以2mm取整。
碎石道床应以5mm取整。
7、车站设置曲线超高值不应大于15mm。
2.6.3考虑最大欠超高61mm、最大过超高30mm时
当曲线较长时，列车通过各部分速度相差悬殊，超高的设置：
以曲线半径450m为例：
不考虑过超高时通过速度为80km/h。
设置超高120mm，该曲线最高限制速度83km/h、最低通过速度59km/h。
该曲线容许通过速度59-83km/h。
以曲线半径800m为例：
不考虑过超高时通过速度为100km/h。
设置超高120mm，该曲线最高限制速度111km/h、低通过速度78km/h。
该曲线容许通过速度78-111km/h。
2.7轨道几何行位检查
2.7.1各检查项目含义
轨距：
轨距为两股钢轨工作面（钢轨内侧面）之间距离，其偏差不应超过容许偏差管理值，曲线地段另加轨距加宽值。
水平：
在直线地段两股钢轨应在同一水平面，其偏差不应超过容许偏差管理值，曲线地段另加超高值。
高低：
在线路同一坡度、同一股钢轨的前后轨顶面应在同一直线上，其偏差不应、过容许偏差管理值。
轨向：
在直线地段、同一股钢轨的前后钢轨工作面（钢轨内侧面）应在同一直线上，其偏差不应超过容许偏差管理值。
三角坑（也可称为扭曲）：
在直线地段两股钢轨的前后应在同一水平面，其偏差不应超过容许偏差管理值，三角坑偏差不含曲线超高顺坡造成的扭曲量。
2.7.2各项目检查方法
轨距：
轨距应在钢轨头部内侧距顶面16mm处测量，在任何情况下最大轨距不得超高1456mm。
轨距变化率不得大于2%。
水平：
检查两股钢轨顶面相应两点的差值。
高低：
高低偏差为10m弦测量的最大矢度。
轨向：
轨向偏差为10m弦测量的最大矢度。
三角坑：
检查三角坑偏差时基长为6.25m，但在延长18m的距离内不得超过容许偏差管理值。
以上各项容许偏差管理值，按《铁路线路修理规则》铁运【2019】146号办理。
3.扣件、轨枕及道床
3.1轨道结构高度
3.1.1《地规》03年版第6.3.1条中5：
轨道结构高度“地面线碎石道床为820－1000mm”，如按表6.3.8碎石道床厚度计算时，则有的情况不在820－1000mm范围内。
3.1.2《地规》03年版第6.3.5条中3：
整体道床“轨下部位混凝土厚度，直线地段不宜小于130mm；曲线地段不宜小于110mm”。
与第6.3.1条中1轨道结构高度“矩形隧道内混凝土整体道床为560mm”不相匹配。
（参考：
《轨道论文集》p239）
3.2轨枕的配置
《地规》03年版表6.3.2轨枕铺设数量“木枕碎石道床”一项，无缝线路与普通线路标准是否一致不明确；有的地铁设计文件将轨枕铺设数量减少，造成了设计标准不统一，应设专题加以探讨。
《地规》03年版表6.3.2，“直线及R＞400m或坡度i＜20‰”其中“或”应为“并且”比较确切。
因为两个条件必须同时满足，才能采用此标准。
3.3整体道床
3.3.1整体道床厚度
天津地铁既有线（新华路-西站）整体道床轨道结构高度（50kg/m钢轨）500mm,不设钢筋。
以后设计的整体道床轨道结构高度（60kg/m钢轨）540mm-560mm，并增设钢筋。
钢筋由单层增加为双层，钢筋断面总面积由1600mm增至3000mm。
经过测试，轨枕下混凝土厚度为195mm时，道床底部受力很小，国外地铁轨枕下混凝土厚度一般为160mm-200mm。
整体道床轨道结构高度（60kg/m钢轨）540mm时，枕下混凝土厚度为150mm-170mm；
整体道床轨道结构高度（60kg/m钢轨）560mm时，枕下混凝土厚度为170mm-190mm（扣件高度按220mm、轨枕高度按170mm计）。
因此，整体道床轨道结构高度采用560mm比较合理（上海地铁一般采用540mm）。
高架桥上整体道床轨道结构高度为500mm-520mm。
为了给调线调坡留有余地，高架桥上整体道床轨道结构高度应该尽量采用520mm。
3.3.2立柱式检查坑
规范说明6.3.2：
“库内立柱式检查坑轨道结构，根据计算，扣件的间距不宜大于1100mm”
根据以往设计该数值均采用1400mm，实践证明安全可靠。
铁三院线站处有关人员曾经过计算，该数值为1700mm。
因此，扣件的间距不宜大于1100mm值得商榷。
3.3.3道床伸缩缝
《地规》03年版第6.3.5条中4：
“整体道床应设置伸缩缝，隧道内宜每隔12.5m、U型结构地段和高架桥上每隔6m设置一个。
在结构沉降缝和高架桥梁缝处，应设置伸缩缝。
”
3.4碎石道床
碎石道床厚度：
直线时，为钢轨中心处轨枕底面至路基面的距离；曲线时，以曲线内股钢轨为准。
碎石道床轨道结构高度：
直线时，自钢轨顶面至钢轨中心处路基面的距离（不含路拱部分）；曲线时，以曲线内股钢轨为准。
碎石道床轨道结构高度包括：
钢轨中心处轨下垫板厚度、轨枕厚度、碎石道床厚度以及钢轨高度的和。
轨道类型按60kg/m钢轨、新Ⅱ型钢筋混凝土枕、弹条Ⅰ型扣件计算：
①非渗水土路基道床厚度450mm，轨道高度841mm（176+10+205+450不含路拱高）。
②岩石、渗水土路基道床厚度300mm，轨道高度691mm（176+10+205+300无路拱）。
轨道类型如不同时，应根据各部件尺寸另行计算。
4.道岔及道床
4.1道岔类型
4.1.1道岔功能
机车车辆由一条线路进入或穿越另一条线路均依靠道岔来实现，道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的行车速度及旅客舒适度。
城轨交通运营线路在正线及辅助线、试车线、车辆出入段、出入检修库等，均需设置道岔。
4.1.2道岔的分类
城轨交通常用的有单开道岔、复式交分、菱形交叉、单渡线、交叉渡线等，目前对称道岔、三开道岔已开始研制铺设。
另外还有高架桥上铺设的钢轨伸缩调节器，从结构上也隶属于道岔范畴。
4.1.3.城轨交通采用的道岔号数
正线及辅助线上采用的道岔不得小于9号，车场线采用的道岔不得大于7号。
设置交叉渡线两平行线的线间距按下列规定办理：
12号道岔采用5.0m；
9号道岔采用4.6m或5.0m（因4.6m线间距给制造维修带来困难，应优先选用5.0m线间距）；
4.2道岔道床
4.2.1道岔道床
地面线、车场线的道岔区宜采用混凝土轨枕（或木枕）碎石道床。
隧道内的道岔区宜采用短轨枕（或长轨枕）式整体道床；
高架桥上的道岔区宜采用承轨台短轨枕式整体道床。
4.2.2道岔区道床伸缩缝
道岔道床范围内尽量避开隧道结构沉降缝、尽量避开高架桥梁缝。
道岔范围包括：
道岔全长以及道岔前端基本轨轨缝以外第三根轨枕、道岔辙叉后端通长铁垫板以外第一根轨枕。
交叉渡线较长，如满足上述要求困难时，必须避开转辙器及辙叉部分或者相关专业协商解决。
道床伸缩缝设于转辙器以及辙叉部分以外，同时应尽量避开短枕。
伸缩缝可采用20mm厚的浸沥青木板填充。
4.2..3道岔区道床其他要求
道岔道床根据信号专业要求，预留转辙机位置、电务角钢、电务拉杆沟槽，以便安装转辙设备。
道岔区设两侧纵向排水沟，标准与区间一致。
水沟需横向穿越道床时，设横向矩形排水沟，沟宽200mm，沟深与侧沟相同，横向排水沟位置设在两短枕之间，排水沟沟底应做好顺坡。
排水沟流向畅通，不得中途阻断。
纵向排水沟距线路中心距离应与区间一致，如不一致应与区间水沟圆顺相接，道床表面应根据具体情况设置1～3%的横向排水坡。
4.3两道岔之间插入短钢轨
两相邻单开道岔间插入短钢轨最小长度
两个相邻单开道岔间插入短钢轨，使得两相邻单开道岔间轨距变化平缓，可以减少列车对道岔的冲击，使列车运行平稳。
根据地铁特点及运营实践，相邻两单开道岔间插入短钢轨的最小长度按下表规定：
道岔间插入短钢轨最小长度
道岔位置
级别
插入短钢轨长度L
一般地段（m）
困难地段（m）
对向单
开道岔
正线及辅助线
12.5
6.25
车场线
4.5（6.25）
0（4.5）
顺向单
开道岔
正线及辅助线
6.25
4.5
车场线
4.5
3.0
反向
单开
道岔
正线
6.25
4.5
辅助线
6.25
0（4.5）
车场线
4.5
0（4.5）
注：
表中（）数据，为规范修改后数据
图中单渡线（两平行线中反向单开道岔）设置绝接头，两侧短钢轨长度应同时满足L，图中表达我觉得有误。
或者改为胶接绝缘接头，可视为一根短钢轨，否则应视为两根短钢轨。
4.4单渡线最小线间距的确定，（参考：
《轨道论文集》p249）
5.减振轨道结构
5.1轨道减振设计原则
5.1.1以国家环保规范为准则
城市轨道交通在列车运行时引起环境振动影响应满足国家《城市区域环境振动标准》GB10070-88中规定见表3.1，其超标地段采取减振措施以满足国家环保要求。
城市各类区域环境振动标准值
表3.1
类别
适用地带范围
昼间
夜间
0
特殊住宅区
65
65
1
居民、文教区
70
67
2
混合区、商业中心区
75
72
3
工业集中区
75
72
4
交通干线道路两侧
75
72
5
铁路干线两侧
80
80
5.1.2以该工程《环境影响报告书》要求为依据
国家环保部门对该工程沿线振动敏感点进行环境振动现状调查、监测与评价，城市轨道交通在运营后引起环境振动影响加以预测，并对沿线振动超过国家环保标准地段及超标值提出要求。
《环境影响报告书》经国家有关部门审批后，作为轨道减振设计的依据。
5.1.3按《地铁设计规范》规定进行设计
《地铁设计规范》GB50157-2019第6.5节减振轨道结构中，将减振轨道结构划分为三个等级，即一般减振轨道结构；较高减振轨道结构；特殊减振轨道结构。
一般减振轨道结构：
采用重型钢轨、无缝线路、弹性扣件、整体道床（或碎石道床）。
较高减振轨道结构：
线路中心距离住宅区、宾馆、机关等建筑物小于20m及穿越地段，即在一般减振轨道结构的基础上，采用轨道减振器扣件、弹性短轨枕式整体道床或其他较高减振轨道结构型式。
特殊减振轨道结构：
线路中心距离医院、学校、音乐厅、精密仪器厂、文物保护和高级宾馆等建筑物小于20m及穿越地段，即在一般减振轨道结构的基础上，采用浮置板整体道床或其他特殊减振轨道结构型式。
如何确定该地段的减振等级，仅仅根据《地铁设计规范》以上各条应该说是不全面的，主要应以5.1.1、5.1.2节为设计依据。
在该线《环境影响报告书》未经国家有关部门审批或者根本没有该线《环境影响报告书》时可参考5.1.3节设计。
另外，减振轨道结构还应具有：
全线尽量统一结构型式；采用成熟、先进的技术和施工工艺；施工和维修工作量少且方便等特点。
5.2轨道减振设计方法
在设计初期“可行性研究报告”阶段，尚无《环境影响报告书》时，暂时按《地铁设计规范》GB50157-2019第6.5节的规定，划分减振地段级别及所采用减振轨道结构型式。
“初步设计”阶段与“施工图设计”阶段，一般《环境影响报告书》已经国家有关部门审批，设计时应依据审批后《环境影响报告书》提出的沿线振动敏感点振动超标值，选择合理的减振轨道结构。
并参照线路平纵断面，在满足环评要求的前提下，每一条线路曲线（特别是小半径曲线），尽量做到减振轨道结构型式一致，改善运营条件，便于维修。
由于城市轨道交通工程建设工期较长，轨道减振设计时应随时与城市规划部门沟通，及时了解线路沿线建筑物的新建或拆迁的变化，向轨道交通工程建设单位（业主）建议对变化情况做《环境影响报告书》补充报告，并针对变化情况调整轨道减振设计。
5.3轨道减振结构选择
轨道减振结构型式及减振效果，《地铁设计规范》GB50157-2019规定了三个级别的减振方式，设计时减振等级可根据减振结构的发展进行细化。
由于近年来减振技术的发展，轨道减振结构型式及减振部件种类更加繁多，减振效果各有不同，减振技术逐步趋于成熟。
因此，减振结构型式设计时应根据需要选适用的轨道减振结构及减振部件，即满足环评要求、技术成熟先进，又降低造价、使用寿命长。
另外还要积极推广新技术、新工艺、新产品，提高减振降噪的效果，使列车运行状态更平稳。
乘坐更舒适、性价比合理，满足环保要求。
在轨道减振设计时注意以下几点：
1.减振等级的划分应适当留有余量，设防值比超标值宜高出3dB；
2.减振地段设置最小长度标准为150m；
3.轨道减振设计标准：
一般减振：
不超标地段，不特别设防；
较高减振：
中等减振，超标1～3dB，设防4～6dB、
高等减振，超标4～12dB，设防7～15dB；
特等减振：
超标13dB以上，设防16dB以上。
6.轨道附属设备及安全设备
6.1轨道附属设备
整体道床地段可不设加强设备，碎石道床地段《地铁设计规范》（GB50157-2019）6.6.1规定“车场线半径小于200m的曲线木枕碎石道床配用普通铁垫板及普通道钉垫板，应设置绝缘轨距拉杆，每25m钢轨设6～10根。
”，其他未作规定，均可不设。
如有特殊要求需加强地段，可参考《铁路线路设计规范》（GB50090-99），作如下补充。
6.1.1轨距杆或轨撑的设置
1.木枕碎石道床曲线半径小于等于800m地段，采用普通铁垫板及普通道钉时，应设置绝缘轨距杆，每25m钢轨设6～10根（或轨撑6～10对）；采用分开式扣件时，在曲线半径≤600m地段，按上述规定设绝缘轨距杆。
2.混凝土枕碎石道床，曲线半径小于等于600m地段应设绝缘轨距杆，每25m钢轨设6～10根。
6.1.2防爬设备的设置
木枕碎石道床采用普通铁垫板及普通道钉时，每25m钢轨设防爬器6/2对，表示：
重车方向/轻车方向，防爬支撑6个（车场线可不设），采用分开式扣件时可不设防爬设备。
混凝土枕碎石道床，采用弹性扣件可不设防爬设备。
铺设混凝土岔枕的道岔，木岔枕弹性分开式扣
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