城市地铁的轨道结构选型与设计要点.docx

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城市地铁的轨道结构选型与设计要点

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摘要：当前，随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的交通行业发展十分迅速，我国各大城市都在加快地铁等轨道交通的建设,但是地铁的轨道结构相关研究仍不够完善。本文以轨道结构的钢轨、扣件、轨枕、道床等组成构件为研究对象，对其选型与设计进行了分析。以深圳地铁九号线为例，对轨道结构选型与设计进行了案例分析。本文的研究成果可为地铁轨道等相关工程技术人员提供参考。

关键词：城市轨道交通；地铁；轨道结构；选型与设计

引言

如今土地资源紧缺，停车场是综合性基础设施，规模巨大，在不影响列车正常运行的前提下，利用停车场的空间资源进行上盖物业开发，从而集约利用土地资源、改善周边环境、创造经济效益是当前轨道交通发展的趋势。但列车频繁出入，停车场产生的振动噪声严重影响周围的环境，加强对振动噪声的分析和防治，才能保证上盖物业开发的质量。在遵循统一规划、合理布局、综合治理、防治结合原则；工程和设备的减振、降噪，大气污染防治、废水处理、室内空气质量控制，以及电磁辐射防护等采取合理措施的前提下，进行上盖物业开发，通过空间的有效利用，争取便民的同时产生经济效益。

1城市轨道交通的运营特征

城市轨道交通具有轴重轻、运营速度低、行车密度大、牵引力分散、全程距离短和运营单一的特征。这些运营特征将决定着轨道结构类型。(1)车辆轴重轻:例如上海明珠线的车辆轴重为17t,与目前国铁的货车轴重21t相比,减轻19%。由于车辆运营轴重对轨道交通的作用和使用寿命的影响呈三次函数关系,所以,城市轨道交通荷载对轨道的影响要比国铁小。(2)运营速度低:上海明珠线的车辆构造速度为100km/h,最高运行速度为80km/h,由于站间距离短,车辆的平均速度为35km/h,比国铁的速度低得多。研究表明,轨头踏面局部不平顺而产生的动应力与速度的二次方成正比。因此,其由此产生的动应力要比国铁的影响小。(3)行车密度大:根据预测的客流量,为了提高运输效率,减少乘客的候车时间,城市轨道交通线的行车密度最大可达40对/h,比国铁行车间隔的密度要大。(4)牵引力分散:轨道交通采用动车组牵引的动力分散式,国铁则采用机车牵引的动力集中式,由于动力分散式是将牵引力分散在各台机车上,各主动轮与钢轨之间产生的牵引力显然比动力集中式小得多,且分布均匀,因而有利于轨道保持正常的几何状态及减少轮轨之间的磨损。(5)全程距离短:城市轨道交通作为便捷的客运方式,为缩短乘客在途时间和追求最经济的运程,一般线路的全程距离在20～30km。这有利于优化轨道结构,强化轨道设备管理。(6)运营单一性:轨道交通具有运营单一性,这与国铁客货混跑、快慢混行的运营方式不同。在轨道交通运营线上,每趟车经过各个里程的速度变化基本是一致的,这有利于选定与速度有关的轨道结构技术参数。

2城市地铁的轨道结构选型与设计要点

2.1安全可靠性

在无碴轨道基础上，无缝线路具有很高的稳定性，但高温季节解除扣件抬起轨条进行更换作业时，轨条处于无约束状态，在温度应力作用下可能导致轨条失稳。铁道科学研究院曾以无碴轨道上的无缝线路稳定性检算条件，在规定轨温范围内允许连续解除7个节点扣件进行作业，计算得到两种轨型解除7个扣件允许作业温差为：60kg/m钢轨为22℃，50kg/m钢轨为20℃，说明在更换垫板作业时，60kg/m钢轨较50kg/m钢轨的稳定性稍高。

2.2接触及错动模拟

对于普通板式无柞轨道，假设轨道板、CA砂浆层和底座板之间连接良好，不考虑层间相对位移，采用Tie约束连接;考虑到断层错动下底座板与隧道之间可能产生离缝、脱空等病害，故将其设置为硬性接触，即接触面在压紧状态下会传递法向力，并能产生相对滑移。对于有柞轨道，道床属于散粒体结构，断层错动条件下道柞颗粒依然密贴回填基础表面，故设置道床与隧道之间为Tie约束连接;断层错动下道床不均匀下沉，可能出现轨枕吊空现象，因此轨枕和道床之间的接触考虑为硬性接触。荷载方面，由于断层错动导致的轨道结构变形破坏是由于围岩的永久变形所致，所以可以忽略加速度和速度的影响，采用拟静力方法模拟断层错动过程该方法假设断层单方向错动，不考虑来回错动或错动速率的影响，将断层错动分为多次较小的位错，采用分步加载增量法，逐步施加在围岩上。模型中，错动方式考虑为逆断层错动，以上盘为主动盘。

2.3钢轨

钢轨是轨道结构的重要组成部分。钢轨直接承受列车动荷载和车轮的磨耗。因此钢轨应有足够的承载能力,抗弯强度、韧性、耐磨性及耐腐蚀性。钢轨类型的选择还应着重考虑城市轨道交通使用环境特点。(1)地铁隧道空气潮湿,钢轨及零配件易发生锈蚀,故应采用耐腐蚀钢轨或较重一级的钢轨。(2)地铁线路小曲线半径较多,曲线钢轨的磨耗较