上海浦東國際機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及思考*

張 斌 陳睿穎

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司， 200092， 上?！蔚谝蛔髡? 高級工程師)

1 工程概況

上海浦東國際機(jī)場(以下簡稱“浦東機(jī)場”)捷運(yùn)系統(tǒng)是國際上第1條采用鋼輪鋼軌制式的空側(cè)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)。該線全長約為7.234 km(全為地下線路)，共設(shè)5座車站：T1航站樓站、S1衛(wèi)星廳站、T2航站樓站、S2衛(wèi)星廳站以及預(yù)留的T3航站樓站(以下簡稱為“T1站”“S1站”“T2站”“S2站”“T3站”)，并設(shè)有1個(gè)車輛基地。如圖1所示，T2站—S2站、T1站—S1站為雙線，采取穿梭運(yùn)營模式。該捷運(yùn)系統(tǒng)車輛采用線路等級速度為80 km/h的4節(jié)編組A型車。正線和車輛基地分別采用DC 1 500 V第三軌和架空接觸網(wǎng)2種不同的授電方式。捷運(yùn)東線(T2站—S2站—T3站)和捷運(yùn)西線(T1站—S1站—T3站)獨(dú)立運(yùn)營、互為備份，以滿足浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)晝夜不間斷運(yùn)行的運(yùn)輸要求。

在浦東機(jī)場T1、T2航站樓建設(shè)時(shí)分別預(yù)留了2段隧道，下文簡稱為“T1既有段”“T2既有段”。由于規(guī)劃方案調(diào)整緣故，這2段預(yù)留隧道的空間較緊張。

2 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 軌道結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)方案

2.1.1 鋼軌

浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)的正線及輔助線的鋼軌均采用60 kg/m、U 75 V熱軋軌。除道岔區(qū)外，地下正線均鋪設(shè)無縫線路，設(shè)計(jì)鎖定軌溫取值為25±5 ℃。

車場線為地面線，采用有縫線路。車場線岔后采用50 kg/m鋼軌。

2.1.2 道床

1) 一般區(qū)段。采用C35鋼筋混凝土現(xiàn)澆整體道床，軌道結(jié)構(gòu)高度為560 mm。道床兩側(cè)設(shè)排水溝。

尺寸單位：m

2) 高等減振地段。采用鋼彈簧浮置板整體道床，軌道結(jié)構(gòu)高度一般按800 mm設(shè)計(jì)。鋪設(shè)浮置板道床長約5.4 km，其中：在有條件的區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段采用預(yù)制板(長約為2.1 km)，在道岔區(qū)及T1既有段采用現(xiàn)澆混凝土道床(長約為3.3 km)。

3) T1既有段。受限界控制，軌道結(jié)構(gòu)高度最小僅為560 mm。采用厚度為300 mm的薄型浮置板(見圖2)，通過板中設(shè)置凸臺來增加其參振質(zhì)量。

4) T2既有段。受限界控制，軌道結(jié)構(gòu)高度僅為360 mm。采用超薄型無枕式整體道床(見圖3)，道床混凝土采用摻復(fù)合纖維C40混凝土，并采用了植筋方式加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

5) 車場線。均采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)澆整體道床。

2.1.3 扣件及軌枕

1) 一般標(biāo)準(zhǔn)地段：采用DTⅢ2A型扣件及其對

尺寸單位：mm

應(yīng)長軌枕，局部設(shè)有中心水溝的過渡段采用短軌枕。

2) 中等減振地段：采用軌道減振器扣件及其對應(yīng)長軌枕；T2既有段配合無枕式道床采用特殊設(shè)計(jì)的帶軌底坡式、剪切型減振扣件；T1既有段配合凸臺式薄型浮置板采用厚度80 mm的薄型軌枕。

3) 車場線：岔前采用DTⅢ2A型扣件及其對應(yīng)長軌枕，岔后采用DJK5-1型扣件及其對應(yīng)短軌枕。

尺寸單位：mm

2.1.4 道岔及其道床

正線、輔助線、車場線均選用60 kg/m鋼軌9號系列道岔。單開道岔采用上海軌道交通標(biāo)準(zhǔn)圖，道岔的直向、側(cè)向允許通過速度分別為100 km/h和35 km/h。

由于本工程車站需滿足航空客流與航站樓內(nèi)流程銜接管理的需求，S1站、S2站采用一島兩側(cè)站型，且島式站臺的寬度較大，故在站后設(shè)置了23 m線間距的交叉渡線超大道岔區(qū)；結(jié)合該捷運(yùn)四期工程的預(yù)留銜接需求，在T3站的站前預(yù)留了組合交叉渡線道岔區(qū)。車輛基地庫前設(shè)置了線間距為10.5 m的交叉渡線。此外，道岔區(qū)總布置及局部的節(jié)點(diǎn)需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

2.1.5 車擋

正線采用滑移式液壓緩沖車擋。庫外的車場線采用固定式液壓緩沖車擋，庫內(nèi)的車場線采用摩擦式車輪擋。此外，由于T1既有段、T2既有段的端部車擋空間有限，采用了特殊設(shè)計(jì)的大能力車擋。

2.2 工程設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)的解決方案

2.2.1 多樣化減振降噪措施

考慮到機(jī)場對減振降噪的要求較高，本工程因地制宜，基于分級減振降噪原則，根據(jù)不同工況配置了多樣化的減振降噪措施：在中等減振區(qū)段設(shè)置如軌道減振器等扣件；在高等減振區(qū)段采用鋼彈簧浮置板道床。此外，本工程還在T1站、T2站、S1站、S2站4座車站范圍內(nèi)的高等減振區(qū)段設(shè)置了迷宮式鋼軌阻尼器。在實(shí)際運(yùn)營中可知，這些減振降噪措施收效明顯。

2.2.2 精細(xì)化設(shè)計(jì)-施工聯(lián)動

基于T2既有段的預(yù)留條件(凈高4.5 m、凈寬8.6 m的矩形隧道)，本項(xiàng)目在國內(nèi)首次采用了長距離、薄型軌道的結(jié)構(gòu)型式。針對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行1∶1的軌道板靜載和疲勞試驗(yàn)，建立了仿真模型并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提出了采用提高混凝土標(biāo)號、摻入復(fù)合纖維、進(jìn)行植筋加固、精細(xì)化排水設(shè)計(jì)、超薄壓縮型減振扣件特殊設(shè)計(jì)等技術(shù)手段。本項(xiàng)目召開專題評審會并通過了專家評審，確保了薄型軌道結(jié)構(gòu)型式的強(qiáng)度、耐久性、可靠性。此外，本項(xiàng)目還制訂了配合超薄型無枕式道床施工的專項(xiàng)方案，以保障該段軌道結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

針對T2既有段空間有限的問題，本項(xiàng)目基于CPⅢ軌道精測網(wǎng)采用了鋪軌、中隔墻、設(shè)備安裝“三位一體”的施工定位方式，使土建施工誤差控制在1 cm以內(nèi)。此外，還開展了“多次進(jìn)場、多次測量、多次調(diào)線調(diào)坡”的設(shè)計(jì)-施工聯(lián)動工作，設(shè)置樣板段來模擬實(shí)際的安裝空間，用以保障限界緊張情況下在土建、鋪軌、機(jī)電安裝的全過程達(dá)到精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工的目標(biāo)。

2.2.3 大線間距浮置板道岔

由于道岔區(qū)位置(圖1的A、B、C處)位于機(jī)場衛(wèi)星廳或航站樓的正下方，與建筑體共用結(jié)構(gòu)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位向浦東機(jī)場指揮部的專題匯報(bào)會議上，確定了該區(qū)段需采用最高等級的減振降噪措施，以盡可能減少因振動和噪聲對航站樓及旅客的影響。而在廣州地鐵的3號線和廣佛線、北京地鐵房山線、成都地鐵2號線、青島地鐵1號線等項(xiàng)目中，都已經(jīng)有浮置板單開道岔或單渡線道岔的成功應(yīng)用實(shí)例，技術(shù)上總體成熟可靠。相比普通的整體道床道岔區(qū)域，列車在通過地下線鋼彈簧浮置板道岔區(qū)域時(shí)，需達(dá)到以下要求：浮置板的基底振動噪聲級不大于75 dB，隧道壁的振動噪聲級不大于70 dB。

圖4為國內(nèi)首次采用23 m線間距鋼彈簧浮置板交叉渡線道岔區(qū)的現(xiàn)場實(shí)景圖。而根據(jù)浦東機(jī)場四期工程的預(yù)留需求，該項(xiàng)目在三期工程需建設(shè)由13.2 m線間距交叉渡線、4.6 m線間距交叉渡線、4.2 m線間距單渡線組合成的鋼彈簧浮置板道岔區(qū)，這在國內(nèi)也屬首次。這些特殊規(guī)格的道岔區(qū)浮置板的板塊劃分、隔振器布置、排水組織都需進(jìn)行針對性、精細(xì)化的設(shè)計(jì)。

圖4 S1、S2站站后的23 m線間距交叉渡線道岔區(qū)實(shí)景圖

該項(xiàng)目對應(yīng)的施工專項(xiàng)方案主要對道床基底標(biāo)高、浮置板頂升2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制。具體措施主要包括：直/曲線段根據(jù)超高情況放樣,采用鋪軌基標(biāo)之間拉設(shè)縱橫向弦線,采用電子水準(zhǔn)儀復(fù)測標(biāo)高,每塊浮置板設(shè)4個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,分3～4輪頂升板塊,采用專用千斤頂?shù)取?/p>

在施工工期緊、施工質(zhì)量要求高、道岔拼裝復(fù)雜、現(xiàn)澆浮置板難度大等情況下，本項(xiàng)目順利完成了特殊道岔區(qū)的軌道設(shè)計(jì)和施工。

2.2.4 “免維護(hù)”理念在車場軌道結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

由于本工程的車輛基地規(guī)模較小，僅設(shè)置3股道，即：軌道車存放線、月檢/臨修線、檢修線。本著“集約化、免維護(hù)、少維護(hù)”的理念，基地內(nèi)不采用傳統(tǒng)的有砟軌道，而是采用無砟軌道(見圖5)，以減少由于碎石道床帶來的養(yǎng)護(hù)工作量及相關(guān)養(yǎng)護(hù)維修機(jī)具的投資。線路之間的其余區(qū)域采用水泥場坪，方便人員走行及物料運(yùn)輸。

圖5 浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)車輛基地內(nèi)整體道床實(shí)景圖

3 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議

3.1 預(yù)制道床板的推廣與使用

隨著工業(yè)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)代的來臨，上海軌道交通12號線、18號線等線路已推廣使用預(yù)制道床板。預(yù)制道床板具有質(zhì)量好、施工工期短、規(guī)模效益好等特點(diǎn)，技術(shù)成熟、可靠。浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)作為浦東機(jī)場內(nèi)部重要的交通配套工程，位于空側(cè)禁區(qū)，施工難度很大，特別是浮置板施工的工序繁多、工藝復(fù)雜。因此，在本工程施工單位進(jìn)場后，在有條件的區(qū)段，將現(xiàn)澆道床施工調(diào)整為采用預(yù)制道床板施工。

標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制浮置板寬度為2.90 m，半寬為1.45 m，而鋪軌車走行軌中心距為3.28 m，工作半寬需1.80 m，再考慮單側(cè)0.10 m的安全間隙，因此預(yù)制軌道板吊裝施工需要1.90 m的半寬空間。在車站區(qū)段和設(shè)有疏散平臺的區(qū)段，線路中心線距離結(jié)構(gòu)物邊緣分別為1.56 m和1.70 m。由于鋪軌施工單位進(jìn)場往往在土建施工單位進(jìn)場之后，導(dǎo)致了預(yù)制板吊裝機(jī)械作業(yè)空間不足，僅能采取現(xiàn)澆方式。另外，該項(xiàng)目的大線間距道岔區(qū)浮置板施工為國內(nèi)首例，板塊分塊和隔振器布置均為量身訂制，無法規(guī)?；A(yù)制，也只能采取現(xiàn)澆方式。

為增加預(yù)制板施工的適用地段，建議在設(shè)計(jì)上考慮預(yù)制拼裝的疏散平臺結(jié)構(gòu)，在施工順序上考慮站臺板施工后于鋪軌施工，保證預(yù)制板吊裝所需的機(jī)械作業(yè)空間要求。

3.2 線路平坡段浮置板道床排水方案

由于該捷運(yùn)系統(tǒng)位于浦東機(jī)場航站樓和衛(wèi)星廳的建筑范圍內(nèi)，為了與樓內(nèi)地坪標(biāo)高相適應(yīng)，在車站及兩端400 m的線路范圍內(nèi)設(shè)置平坡。該區(qū)段恰好設(shè)置了浮置板道床，為保證基底排水通暢，縱向坡度滿足最小為2‰較佳。為此,結(jié)構(gòu)底板找坡，導(dǎo)致軌面與底板面存在為0.8～1.5 m的高差。

在23 m線間距交叉渡線道岔區(qū)，除了道岔兩端小范圍三角區(qū)域可用作設(shè)備用房外，道床范圍之外均回填素混凝土，使之與道床面齊平，導(dǎo)致本工程回填混凝土量較大。

在后續(xù)的類似工程中，為保證排水，建議線路盡量設(shè)置2‰的縱坡。若無法避免平坡工況，可采用圖6的優(yōu)化方案：在浮置板基座旁高差大于30 cm的線路區(qū)段間隔設(shè)置踏步，供維修人員上下走行。取消基底中心溝，改為采用側(cè)溝進(jìn)行散水、排水，這既能避免隧道滲漏水將隔振器泡壞，也可大大減少混凝土回填量，進(jìn)而節(jié)約工程投資。

尺寸單位：mm

3.3 增加降噪措施

浦東機(jī)場作為國際航空樞紐機(jī)場，為了保障高品質(zhì)、人性化的服務(wù)，機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)對乘客舒適度以及減振降噪的要求非常高。除了考慮線路盡量平順之外，在車站區(qū)段設(shè)置了迷宮式阻尼鋼軌，選用密封性較好的電客車車門。從目前的運(yùn)營情況看，車內(nèi)噪聲較小，但鋼輪鋼軌制式系統(tǒng)在進(jìn)出站剎車減速時(shí)發(fā)出的輪軌尖嘯噪聲仍難以避免。

在該捷運(yùn)系統(tǒng)三期的建設(shè)中曾開展過關(guān)于鋪設(shè)吸音板的科研工作，本工程鋪設(shè)吸音板可達(dá)到3～4 dB的降噪效果。另外，在上海軌道交通3號線石龍路站開展過鋪設(shè)吸音板的試點(diǎn)，研究的實(shí)測結(jié)論為：對于列車進(jìn)站時(shí)引起的63～200 Hz軌下基礎(chǔ)振動低頻噪聲，道床吸音板可使其降低3～5 dB；對于輪軌接觸引起的250～1 000 Hz中高頻噪聲，道床吸音板可使其降低7～13 dB；對于1 000 Hz以上的高頻噪聲，道床吸音板則可使其降低2～4 dB。

結(jié)合相關(guān)研究課題的結(jié)論，對于250～1 000 Hz噪聲的降噪效果為：半鋪吸音板時(shí)站臺測點(diǎn)的噪聲最大降幅約為2.0～2.5 dB；全鋪吸音板時(shí)站臺測點(diǎn)的噪聲最大降幅約為4.0～5.2 dB。因此，建議可在車站前后50～100 m范圍內(nèi)增設(shè)吸音板。同時(shí)可增加浮置板的參振質(zhì)量，以達(dá)到一定的減振降噪效果。

4 結(jié)語

本文以上海浦東國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程的捷運(yùn)系統(tǒng)工程為依托，結(jié)合機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方案進(jìn)行了介紹。與常規(guī)軌道交通線路有所不同，本文針對浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提出有針對性的解決方案。最后對該項(xiàng)目的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化建議，以期為該項(xiàng)目的四期建設(shè)或其他機(jī)場捷運(yùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。