南京地铁12号线搭载大胜关大桥过江段轨道结构设计

南京地铁12号线搭载大胜关大桥过江段轨道结构设计

作者：郑强

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第26期

摘要：以南京地铁12号线大胜关大桥过江段为例，针对无缝线路明桥面的特点，从扣件、轨枕、道床、无缝线路钢轨伸缩调节器设计和桥梁伸缩缝处理等方面，全面阐述了桥上无缝线路轨道结构的设计过程，提出了适用于轨道交通明桥面的新型小阻力扣件和合成轨枕。本文的设计思路可为轨道交通明桥面轨道结构设计提供参考。 关键字：轨道结构设计；桥上无缝线路；小阻力扣件；合成轨枕 1 概述

南京大胜关大桥穿越长江，主桥为6线钢结构桥梁，京沪高速铁路、沪蓉客运专线以及南京地铁12号线均在主桥上通过，轨道交通与京沪高铁、沪蓉客运专线共桥面运行。轨道交通穿越长江地段分别位于京沪高铁和沪蓉客运的外侧，桥梁结构由横梁和二根纵梁联结组成明桥面结构。大桥位于直线地段，桥长约1.6km。12号线采用B型车辆，设计轴重140kN，采用接触网供电，设计速度目标值为100km/h。 主桥明桥面轨道结构主要技术标准：

1、钢轨：设计采用60kg/m、U75V、25m标准短轨； 2、轨距：1435mm； 3、扣件：弹性分开式扣件； 4、轨道结构高度：430mm； 5、轨枕铺设数量：1760根/km。 2 轨道结构设计 2.1 扣件设计及选型

大胜关大桥为轨道交通预留的桥梁结构为明桥面结构，列车通过时将会产生较大的形变，对钢轨的爬行将会产生较大的影响，在扣件选择方面需要有一定的扣压力和轨距及水平调整能力，同时无缝线路为减小梁轨作用力需采用小阻力扣件。

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目前国铁明桥面通常采用K型分开式扣件。该扣件为我国早期钢桥明桥采用的主要扣件类型，因其为弹性分开式扣件，较当时的木枕扣件有着较小的扣压力，和少量的轨距调整能力，故在80年代中期成为主要的明桥面木枕扣件类型。

在大中跨钢桥上铺设无缝线路时，为了阻止钢轨爬行和减小断缝值，K型扣件一般采用\"松紧\"搭配。因为扣件阻力越大，钢轨受的纵向力就越大。纵向力过大，就会给轨道的稳定性带来不利影响，同时还需要对钢梁和墩台采取相应的加固措施。为满足轨道的强度条件、稳定条件、减少梁轨间的相互作用力，就必须放松部分K型扣件。这样就使钢桥上轨道的养护维修比较困难，一旦没有注意到松紧方式，就会引起线路爬行等有害现象。

同时，K型分开式扣件也存在弹性差，轨距、水平基本无法调整量等缺点，无法适用于轨道交通线路。为此，本工程专门研发SD-4型扣件，该扣件为弹性分开式小阻力扣件： 1、扣件采用4根螺纹道钉与轨枕联结；

2、扣件调高量35mm，钢轨调高通过在轨下、铁垫板下垫入调高垫板实现，轨下调整量5mm，铁垫板下30mm。

3、扣件轨距调整量+8、-6mm/每轨，通过轨距块来实现。 4、扣件设计最大承受横向力为35KN（疲劳荷载）。 5、铁垫板上设置1：40轨底坡。 6、轨下胶垫静刚度：50±5KN/mm

7、扣压件采用ω型弹条，弹程为11.5mm，扣压力：4KN； 8、扣件绝缘电阻大于108Ω。

SD-4型扣件具备较好的轨距及水平调整能力，通过轨下胶垫的选择（常阻力或小阻力），既可满足无缝线路设计要求，又能提供较好的弹性，适用于城市轨道交通钢桥明桥面。 2.2 轨枕设计及选型

本工程主梁为悬臂形式，列车通过时可能产生较大的振动和挠度。因此主桥钢梁范围内轨道设计采用明桥面轻型长轨枕，既减轻二期恒载又有效的改善了列车引起的振动影响。 2.2.1 明桥面对轨枕的要求

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明桥面设计中，轨枕直接置于钢梁上，其上设置钢轨承受列车竖向荷载，因此露天的环境对轨枕的耐久性、耐腐蚀、绝缘性都是一种严峻的考验。

本工程中，由于地铁线位与高速铁路并行于同一桥面，因此也给平时的运营维护带来一定的困难，轨枕的选型应尽可能考虑使用寿命长，可维护性好的材料。另一方面钢桥明桥面全长达1.6km，为避免杂散电流对钢梁的腐蚀影响，轨枕应在潮湿的环境下也具备良好的绝缘性能。

2.2.2 明桥面木枕使用缺点

通过对我国现行铁路钢桥明桥面木枕的调查，发现其长期运营后存在一些缺点： 1、木材用量大，不利于环保

由于木材的抗剪强度远低于钢筋混凝土材料，因此轨枕铺设密度大，每延长米桥面约需木材0.4～0.5m3；

2、木材使用寿命很短，更换频繁

由于长期在露天环境下运营，且江面湿气较大，木材的湿胀频繁，造成轨枕腐朽加剧，更换频繁，大部分木枕在7～8年左右全部更换。 3、需要联结的部位繁多

联结的方式和作业项目比较繁琐，维修周期短，不便实现，工务养护工作量较大。 2.2.3 明桥面轨枕选型

近年来随着新材料新技术的不断涌现，一种人工合成轨枕也应运而生，该类轨枕为聚胺树脂材料，内植玻璃纤维，有着很好的耐久性和高强度，其容重与木材相当。与传统木桥枕比较，合成轨枕具备耐水性好，绝缘性较高，便于施工，使用寿命长，可减少养护维修频度等特点，已得到国内外许多工程的认可。以下两表为各轨枕主要物理性能指标比较：

合成轨枕在国外工程中主要用于钢架桥梁段及道岔段铺设，近年来我国城市轨道交通也开始应用，如上海、广州、南京、深圳等轨道交通工程已陆续采用。因此本工程明桥面地段轨道设计采用合成轨枕。 2.2.4轨枕与钢梁的连接

采用钩头螺栓实现明桥面轨枕与钢梁的连接。

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2.3 道床设计

主桥范围内明桥面轨道一般由钢轨、桥枕、勾螺栓、联接钢板、防爬角钢及螺栓、防脱护轨及人行道板等组成。轨道结构高度为：钢轨176 mm + 扣件33mm + 轨枕 221mm =430mm。合成轨枕直接置于钢梁上方，与钢梁采用钩螺栓连接，其上直接铺设钢轨。如下图所示： 2.4 无缝线路设计

南京大胜关主桥为连续钢桁梁结构，主桥孔跨布置为：（84+84）m+（84+84）m+（108+192+336+336+192+108）m。

南京地区轨温：最高轨温63℃，最低轨温-14℃，中间轨温24.5℃，设计锁定轨温24℃±4℃。

2.4.1 钢轨伸缩调节器布置

主桥温度跨度较大，在第一联（84+84）m及第二联（84+84）m连续钢桁梁活动支座处及（102+198+336+336+198+102）m连续钢桁梁最后一个活动墩处分别设置一组单向钢轨伸缩调节器，具体布置见图4。

钢轨伸缩调节器尖轨尖端顺列车前进方向，基本轨跨越梁缝。结合本工程特点，桥梁伸缩缝最大梁缝的量程为±400mm，京沪高铁及沪蓉客专均采用±600mm量程的钢轨伸缩调节器。为满足±600mm伸缩量程，本工程明桥面地段设置的钢轨伸缩调节器采用特殊设计。 在主桥0号墩靠近引桥方向设置6.8 kN/m/轨小阻力扣件，靠近钢桁梁端设置24m长2 kN/m/轨超小阻力值扣件，主桥其余地段采用10.5 kN/m/轨超大阻力值扣件，以避免梁轨相对纵向位移过大。

2.4.2无缝线路纵向力 1、伸缩力计算 2、制动力

在附加伸缩力最大位置，钢轨最大制动附加力按10MPa计。 3、断轨力

（102+198+336+336+198+102）连续钢桁梁上的断轨力取计算值4324.8kN与钢轨温度力=806.06kN的较小值，断轨力为806.06kN。

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经检算，全桥主桥铺设大阻力扣件、设置伸缩调节器时，钢轨应力、断缝均满足桥上铺设无缝线路规范要求。

2.5 桥梁伸缩缝大量程伸缩调节装置

大胜关大桥钢梁主桥与引桥间设置大伸缩缝，宽度约为700mm～1500mm。而轨枕纵向铺设间隔仅为600mm，无法跨越伸缩缝，因此轨道结构须进行特殊设计。

由于轨道交通线路主桥设计时预留的轨道结构高度仅为430mm，设计采用上承式伸缩缝调节装置。

鉴于大胜关大桥已经建成，轨道结构设计不仅应保证钢轨的强度和无缝线路的稳定，同时应减小梁轨相互作用力对桥梁墩台的影响。轨道伸缩调节器需结合梁缝伸缩调节器设置。 3 结语

南京地铁12号线搭载大胜关大桥过江段轨道结构设计在总结国铁明桥面轨道设计经验的基础上，研发了适用于轨道交通明桥面的新型小阻力扣件，既满足无缝线路铺设要求，又具备相当的轨距及水平调整量；采用合成轨枕，增加了耐久性、绝缘性并更加环保；无缝线路设计中综合考虑了大跨度连续钢桁梁无缝线路设计要求、桥梁大伸缩缝处理等特殊情况，通过设计检算，可满足铺设无缝线路规范要求。本文通过对本工程的设计情况的简要叙述，抛砖引玉，共同探讨轨道交通明桥面轨道结构设计方案。 参考文献：

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