弹性长轨枕在首都机场线的设计与应用.doc

弹性长轨枕在首都机场线的设计与应用 曾向荣 郑瑞武 吴建忠 孙大新（北京城建设计研究总院有限责任公司 北京 100037） 首都机场线起点位于北京市东直门交通枢纽，沿东外斜街下穿三元桥后，沿京顺路与机场高速之间的绿化带过温榆河后分为两叉，分别通往首都机场T2、T3航站楼，它是国内第一条连通市区与机场的轨道交通专线——“国门”线，定位于为航空旅客提供“安全、快速、舒适”优质服务，技术标准及要求较高。 首都机场线轨道减振需求及方案比选 沿线振动预测及轨道减振需求 首都机场线大部分地段均沿机场高速敷设，根据环评的预测，列车运行对沿线的振动影响不超标，但为防止东直门外清真寺、察慈小区、新源里中街一带产生“有感振动”，需采取中等减振措施；此外，设计上考虑到T3站设于航站楼停车综合楼的顶层，根据该站的预留条件，也采取中等减振措施，以降低列车运行对整个航站楼的振动影响。全线采取中等减振措施的地段为： 1）东直门外斜街沿线(K0+500～K1+900)； 2）T3站内(K21+243～K21+470)。 轨道减振方案比选 传统地铁的常用中等轨道减振技术 国内传统地铁工程中应用较多的中等减振轨道技术主要有弹性短轨枕及轨道减振器扣件等，见图1。 (1) 弹性短轨枕 (2) 轨道减振器扣件 图1 常用的中等轨道减振技术 相对于轨道减振器扣件，采用弹性短轨枕技术无需增加扣件的种类，但其性能对施工技术的要求较高，施工中若未能将弹性套靴及枕下垫板绑扎密贴，或套靴中夹入杂物，因左右股钢轨为独立支承，轨道几何尺寸很难保持；此外，弹性短轨枕的减振层更换也较困难。 另一方面，弹性短轨枕及轨道减振器扣件均通过降低钢轨与道床间的支承刚度以实现减振，列车通过时，钢轨在支承节点处的动态下沉可达3mm，如此变形幅度对于传统地铁不存在问题，但首都机场线直线电机系统因左右股钢轨之间的轨下基础顶部设有直线电机感应板，钢轨垂向变形将直接使感应板与与车载转向架定子之间的气隙发生变化，影响直线电机的正常工作，故上述二种传统的中等减振轨道技术均不宜采用，需采取措施使感应板与钢轨保持同步变形。 推荐的轨道减振方案 国内外目前可满足(感应板安装部位)轨下基础与钢轨同步变形的轨道减振结构有浮置道床、梯形轨枕及弹性长轨枕等，其中浮置道床及梯形轨枕已在国内推广应用，但二者分别属于特殊及高等减振轨道结构，减振性能好、造价也较高，用于本线标准过高；弹性长轨枕的减振等级与本线的减振需求较匹配，预期成本也较适中，故推荐采用弹性长轨枕方案，但其尚未在国内应用，需开展相应的研究。 弹性长轨枕及其轨道结构技术的要点 减振功能的实现 与弹性短轨枕一样，弹性长轨枕亦在轨枕底部设置刚度较低的弹性垫层，并通过弹性隔离层(“套靴”)将弹性垫层及长轨枕与道床隔离，使弹性长轨枕在列车通过时在垂直方向能被自由压缩一定的行程，从而实现减振；在水平纵向及横向基本无弹性，以确保其水平方向的稳定性。 结合弹性长轨枕的外形结构、减振需求及列车运行安全要求，弹性长轨枕的综合刚度与传统弹性短轨枕一致，预期减振效果约8～12dB。 感应板及接触轨等设备的集成安装方式 每一根轨枕顶部都需预留直线电机感应板安装条件，故所有长轨枕的中部顶面均预埋2个感应板安装套管。 长轨枕设两种长度规格，标准型2140mm，用于接触轨安装的加长型即在接触轨安装一端加长220mm并预埋2个套管，用于接触轨的一体化安装。标准型与加长型的比例约为6:1，即每隔6个轨枕需设一根接触轨安装加长枕，局部也可根据需要进行加密。 弹性长轨枕及配套道床构造 为尽量降低长轨枕的弯矩，枕下弹性垫层不宜通长设置，而仅在左右股钢轨的下方分别设置，且尽量使弹性垫层关于钢轨中心线对称。 配合弹性垫层的双块式对称设计，弹性套靴采用“撮箕”型特殊构造，对接触轨安装的轨枕加长端，采用“标准型+搭接型”的套靴组合方式实现加长，以避免单个套靴尺寸过大引起制造成本过高，见图2。 轨枕中部未设弹性垫层部分的道床采用下沉式设计，以使轨枕中部悬空而不受约束，道床下沉部分可兼作排水沟，见图3。 配套道床的这一构造设计不仅可为弹性长轨枕提供稳定可靠的纵向、横向约束，而且能确保减振性能的实现，也是现场安装与施工难点及技术关键所在。 荷载体系及结构配筋型式 垂向荷载体系及内力计算结果 弹性长轨枕的主要受力表现在垂向，故受力分析主要针对垂向进行。在图4所示的轨枕荷载体系中，除需考虑正常的列车动态轮压Pr、钢轨扣件、轨枕及感应板的自重G、枕底反力q(假定为均布)之外，轨枕中部顶面尚需考虑考虑感应板吸力Pa，Pa仅在列车加速或出现意外情况时存在，列车静止或制动时消失，受力分析需区分不同的工况。 安装接触轨加长的一端需考虑接触轨荷载Pt，以及当接触走行轨之间发生短路时产生的电斥力Pc。 采用SAP20