徐州市新城区现代有轨电车工程初步设计(轨道)113011.doc
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1、第一章 轨道1.1概述1.1.1工程概况徐州市新城区现代有轨电车工程连接新城区内行政办公、商务金融、居住生活、文化教育、奥体中心等主要功能板块,同时成为新城区与主城交流的通道。线路起于和平大道与汉源大道交叉处,后沿汉源大道东侧绿化带向南前行,过昆仑大道继续南行至潇湘路折向西,沿潇湘路北侧、楚韵路西侧、迎宾大道北侧敷设,至彭祖大道线路折向北,沿彭祖大道南侧绿化带向东北方向走行,沿途经过昆仑大道、汉源大道、故黄河,至京沪高铁西终止。线路全长20.3km,共设站23座,依次为和平大道南站、民富路站、郭庄路站、黄河南站、新区北站、奥体中心站、新区副中心站、泰岳站、汉源大道站、富春路站、潘塘站、雍景新城
2、站、国信上城站、龙湖湾站、商聚路站、汽车城站、大龙湖站、昆仑大道站、太行路站、峨眉路站、体育场南路站、体育场北站、黄河西站,平均站间距为883m。全线与地铁换乘站两座,分别为与地铁1号线1号路换乘站、地铁2号线汉源大道换乘站。全线设车辆段一座,位于彭祖大道以南、故黄河东、高铁以西的地块内。1.1.2设计范围与依据1.设计范围正线、出入段线及车辆段的轨道结构设计。轨道系统设计包括钢轨、扣件、道岔、轨枕、道床和附属设计的选型及无缝线路、减振轨道结构等的设计。2.设计依据(1)徐州市新城区现代有轨电车工程可行性研究报告;(2)徐州市新城区现代有轨电车工程可行性研究报告专家评审意见;(3)地铁设计规范
3、(GB50157-2013);(4)无线线路铺设及养护维修方法(TB2098-2007);(5)铁路轨道设计规范(TB10082-2005);(6)城市轨道交通设计规范(GDJ08-2004);(7)城市区域环境噪声标准(GB3096-93);(8)城市区域环境振动标准(GB10070-88);(9)工程勘察及物探资料(包括地形、管线、地质等);(10)现行国家和淮安市其它相关标准、规范与规定;(11)业主下发的文件、工作联系单等。徐州市新城区有轨电车工程设计过程中地铁设计规范和铁路轨道设计规范相关文件仅作为本次设计的参考。1.1.3主要设计原则与技术标准1.主要设计原则(1)轨道工程应满足徐
4、州新区有轨电车工程本身运营和管理的要求,也要满足徐州市有轨电车线网化运营和管理的要求。(2)轨道结构应保证列车的行车安全、平稳、快速、舒适运行,其构造应具有足够的强度、稳定性、弹性及耐久性,并尽量减少养护维修工作量。(3)本工程要求工期较短,全线应尽量统一轨道设备类型,采用成熟、先进的技术及定型部件,同时采用成熟的部件制造工艺和施工方法,提高轨道的综合技术性能。(4)轨道结构应有足够的强度,适当的刚度和弹性,并减少养护维修工作量和延长钢轨的使用寿命。(5)重点考虑环境景观的要求,增加绿化面积,同时要求构造简单、保证易磨损部件的可更换性。(6)轨道结构应采用相应的减振降噪措施,把振动和噪音控制在
5、国家环保标准的允许范围内。(7)钢轨扣件力求构造简单、弹性好、扣压力适度、造价低,并满足绝缘的要求,具有通用性和互换性,便于养护维修和降低成本。(8)轨道采用分级减振设计,以满足不同地段的减振减噪要求,减少对周围环境的干扰。2.主要技术标准轨道主要技术参数根据车辆类型、设计速度以及上述设计原则,参考地铁设计规范加以确定。本线为现代有轨电车,主要技术标准如下:(1)轨距:采用1435mm标准轨距,正线、辅助线不设轨底坡,可适当设置轨顶坡,道岔区及两道岔间长度不足50m地段不设轨底坡。曲线地段应根据车辆技术要求确定轨距加宽值,并宜结合具体工况并应兼顾运营维修车辆的通过性。(2)钢轨:全线正线、辅助
6、线均采用59R2型耐磨钢槽型轨,车场线均采用50kg/m轨。钢轨材质应结合车辆轮对材料、线路条件综合比选。钢轨标准长度25m。正线钢轨接头应采用对接且采用接触焊焊接。辅助线和车场线半径等于及小于200m的曲线地段钢轨接头应采用错接,错接距离不应小于3m。不同类型的钢轨之间应采用异型钢轨连接且进行焊接,车场线钢轨接头螺栓和螺母的强度等级及垫圈类型应符合有关规定。(3)扣件和轨枕:整体道床地段及碎石道床地段应采用弹性分开式扣件。根据强度、耐久性、扣压力和弹性等要求选择或设计扣件及轨枕,扣件应具有一定的减振降噪能力。扣件的调整轨距、水平和高低能力应能满足运营需要。扣件应能满足轨道电气绝缘的要求。扣件
7、及轨枕应标准化、通用化、结构简单,无维修或少维修。钢筋混凝土轨枕的混凝土强度等级为C50,轨枕预埋扣件的尼龙套管。为加强轨枕与道床混凝土的联结,轨枕横断面为梯形、底部设有联结钢筋钩。轨枕底面设楔形坡。(4)超高:曲线最大超高采用120mm;当线路穿越道路、平交道口时曲线地段应按道路要求综合确定。未平衡超高允许值一般为61mm,困难情况下可为75mm。正线、出入线及试车线曲线最大超高值为120mm,当设置的超高不能满足行车速度要求时,一般可允许有不大于61mm的欠超高,困难情况下欠超高值不大于75mm;其它曲线线路可不设超高。采取外轨抬高全部超高值的方法设置超高(全超高方式),曲线超高值应在缓和
8、曲线内递减,无缓和曲线时,应在直线段递减。超高顺坡率一般不宜大于2,困难情况下不应大于2.5。(5)道岔:正线、辅助线、出入线及试车线采用6号道岔;车场线采用3号道岔。道岔应满足直向及侧向行车速度的要求。道岔结构应有足够的强度、良好的弹性和电气绝缘性。道岔的扣压件应与道岔匹配使用。道岔的转换方式应与信号的要求一致。(6)道床:正线采用整体道床,车场线采用碎石道床,试车线的轨道结构应按正线标准进行设计。道床结构设计应考虑能及时、通畅地将表面水排除,保持轨道结构干燥。整体道床地段应根据杂散电流专业要求采取有效措施,减少杂散电流对结构钢筋的腐蚀。道床应能满足轨旁相关设备的联结、安装等要求。整体道床应
9、设伸缩缝,在结构沉降缝、梁缝处亦应设道床伸缩缝,并应避开短轨枕。正线整体道床地段铺枕根数为1680对/km,半径等于及小于400m的曲线地段或坡度等于及大于20地段的铺枕根数可不增加;辅助线、出入线及试车线碎石道床地段铺枕根数一般为1600根/km。道岔区铺枕根数根据道岔设计确定。(7)无缝线路:推荐正线铺设跨区间无缝线路,个别部位需铺设普通钢轨时,钢轨接头尽量采用冻接接头。道岔两端、高锰钢辙叉两端可采用冻接接头,高架线道岔两端采用钢轨伸缩调节器。长度大于1000m的试车线宜铺设温度应力式无缝线路。车场线有条件地段可采用长轨条。(8)轨道结构高度:轨道结构高度(轨顶连线与线路中心线的交点至结构
10、地板顶面)主要考虑钢轨、扣件及轨枕的安装高度,并考虑整体道床的稳定性、可施工性及一定的结构施工误差包容性等,结合本线的实际情况,轨道结构高度如下表所示:正线地面或高架线整体道床结构高度为500mm;正线地面线部分混凝土枕碎石道床结构高度为840mm。车场线、出入线地面线部分混凝土枕碎石道床结构高度为620mm。库外线混凝土枕碎石道床结构高度为620mm。库内线整体道床结构高度为500mm。(9)轨道绝缘及减震:为更好地满足轨道的绝缘及减振,应采用全包裹钢轨设计。柔性材料的填充不仅起到减振降噪的作用,还起到保护环境、保护路面结构及绿化道床绝缘及提高乘客舒适性的作用。以本线环境评价报告为依据,根据
11、不同地段的减振降噪要求,轨道弹性分级设计,采取综合性的减振降噪技术措施和不同级别的减振轨道结构,满足不同地段的减振降噪要求,将列车运行产生的振动和噪音污染控制在国家环保标准的要求以内。在不同减振级别的轨道结构衔接处,需设置扣件或道床弹性过渡段。对高弹性扣件、弹性道床、浮置板轨道等应作方案比选,选择性价比高、使用寿命长、同时便于养护维修的轨道设备、部件和道床型式。1.2轨道结构1.2.1钢轨1.设计范围钢轨型号的选择应保证轨道具有良好的动力响应特性和稳定性,在长期运营中保持良好的平顺性,减少养护维修工作量并延长使用寿命。可供选择的轨型有槽型轨、工字轨。(1)技术参数(轮轨关系)相关的研究数据表明
12、,槽型轨与工字轨的横向轮轨力、脱轨系数、轮对横移量差异较大。虽然槽形轨在同等条件下的轮轨横向力及脱轨系数较大,但由于断面类型决定了其具有一定的护轨功能,对于确保车辆行车的安全有利,且使得轮对横移量要小于工字轨的轮对横移量。槽形轨提高了轮轨接触的安全性,对改善车辆的轮轨磨耗、避免脱轨都有积极作用。对于轮轨磨耗而言,两种轨型的轮轨磨耗功率、轮对冲角相差不大,但由于槽型轨条件下的轮轨横向力较大,其轮轨磨耗率也略大。但现代有轨电车编组少,速度低,这对降低轮轨磨耗是有利的。槽型轨是有轨电车专用钢轨,能对有轨电车踏面形成较好的保护作用,确保行车安全。而工字轨在曲线路段需要加设护轨,对道路交通影响大。大连有
13、轨电车市区段主要采用槽形轨,对其他交通方式影响小,郊区采用工字轨,曲线地段工字轨与有轨电车踏面之间设置护轨,防止有轨电车发生脱轨事故。图1.2-1 槽型轨断面图(2)道路交叉口影响 对于敷设方式以地面为主的轨道系统,需要铺设各种车辆都可以通行的混行路面,采用槽形轨在交叉路口处容易将路面处理平顺,对其他交通方式影响非常小;而工字轨对道路行车平顺性影响非常大,增加其他交通方式的磨损,使其他交通方式提早进入更换期,导致整体出行质量下降。图1.2-2 工字轨道路交叉口处理图1.2-3 槽形轨道路交叉口处理本线与道路交叉口相对较多,宜采用槽形轨,利于交叉口路面处理。(3)国内外经验欧洲一些国家有轨电车普
14、遍采用槽型轨,国内大连、沈阳、长春采用的槽型轨都取得了比较好的效果。考虑本线为中、低运量等级的轨道交通线路,列车行车速度低,车辆编组短,年通过总质量小等特点,正线及辅助线推荐使用槽型轨,根据对国内槽形轨生产厂家调研,并与车辆专业核实,采用 59R2 型槽形轨对车辆行驶最为有利,推荐采用 59R2 型槽形轨。车辆段内为非埋入式轨道结构型式,考虑工程经济性及配套结构选型的便利性,推荐车辆段采用50工字轨。2.钢轨材质的选择钢轨材质的选择应从线路条件、年通过总重、行车速度、与轮对的匹配、减振降噪效果、杂散电流防护、养护维修等因素综合确定。我国生产的主型钢轨材质可分为:U75v 轨、U71Mn 轨两种
15、。按照 GB2585-2007铁路用热轧钢轨的规定:钢的化学成分及力学性能分别如下表所示表1.2-1 钢的牌号和化学成分牌号化学成分(质量分数)%CSiMnSPVaNbaREU71Mn0.65-0.760.150.351.101.400.0300.0300.0300.010U75V0.710.800.500.800.701.050.0300.0300.040.120.010除了U75V牌号中的V为加入元素外,其它牌号中的V为残留元素表1.2-2 钢的牌号和化学成分钢轨型号生产工艺U71Mn8804909U75V热轧9806109离线热处理130090010在线热处理120080010注:抗拉强
16、度;屈服强度;伸长度两种材质的钢轨相比,含钒微合金钢轨 U75V 有以下优点: 含钒微合金钢轨U75V(原PD3)由于硅含量较高,且加入了微量的钒,其硬度、耐磨性更优。铁路运营实践表明,含钒微合金钢轨U75V比中锰钢轨(U71Mn)在小半径曲线上的使用寿命是中锰钢(U71Mn)的1.52倍。钒微合金钢轨U75V的抗拉强度、屈服强度和拉伸性能均高于锰钢轨(U71Mn)。含钒微合金钢轨U75V 的耐磨性较好,特别是在小半径曲线上,耐磨性能比中锰钢轨(U71Mn)提高 60%以上。据调查上海市轨道交通一号线最初采用中锰钢(U71Mn),经6个月试运营后,小半径地段钢轨侧磨已接近到限,更换为含钒微合金
17、钢轨 U75V 之后,至今钢轨侧磨处于正常范围。由于含钒微合金钢轨U75V硬度高,磨耗低,有利于轨道减振降噪。 综上所述,虽然含钒微合金钢轨U75V较中锰钢轨(U71Mn)售价高约 6%10%,但考虑现代有轨电车小半径曲线数量多的特点,U75V耐磨性好,且使用寿命长,可以减少现场的养护维修工作量,降低运营成本,延长维修周期,推荐采用 U75V(原 PD3)热轧钢轨。3.钢轨预弯参考国外规范及国内现状,平曲线半径 R120m 的曲线地段应设置水平预弯,竖曲线半径 R300m 的曲线地段应设置垂直预弯,以方便铺设并保持良好的轨道几何状态,考虑到现场预弯的质量难以控制,建议在出厂前设置预弯1.2.2
18、道床道床一般有两种型式:整体道床和碎石道床。碎石道床优点是结构简单,减振、降噪性能较好,造价低等特点,但轨道几何形位不易保证,需要定期进行养护维修。整体道床结构稳定、外观整洁,养护维修量小,但对下部基础的变形要求高。有轨电车运营时间长,养护维修只能利用夜间停运时间,且全线基本进行了绿化或沥青铺面,维修困难。采用整体道床,有利于增加绿化空间,轨道养护量较少,且有利于平交道口处的稳定。目前城市轨道交通工程中正线有条件地段一般也采用整体道床结构,配用弹性较好的扣件及相应的减振降噪措施。本线的敷设方式主要为地面线,含部分桥面线路。1.整体道床(1)主要优缺点及应用情况 优点:轨道稳定性好,线路养护维修
19、工作量少,能够有效的降低线路维护费用,如欧洲大部分城市均采用整体道床,其整体道床运营良好;轨道平顺性高,刚度均匀性好,整体性强;道床美观整洁,无道碴飞散带来的一系列问题;耐久性好,有利于减轻桥上荷载,减轻维修人员的劳动量。 图1.2-4 欧洲有轨电车整体道床 图1.2-5 大连有轨电车整体道床图1.2-6 大连有轨电车整体道床缺点:温度应力、基础不均匀沉降、混凝土徐变、排水等问题易导致整体道床的破坏,对于此种破坏,在线路的运营期间整治较为困难;施工精度要求高,轨道弹性较差,扣件的形式较复杂;建设期的总投资大于有碴道床。 应用情况:国内外如欧洲有轨电车和大连有轨电车及南京河西有轨电车均采用整体道
20、床,整洁美观,应用情况良好。 (2)道床方案 整体道床厚500mm,下部为150mm厚C20素混凝土稳定层。其中道床板长宽分别为5930mm、2300mm,厚250mm,相邻道床板之间设置20mm宽伸缩缝,道床板上为覆土层可进行景观绿化。图1.2-7 正线整体道床绿化断面图交叉道口整体道床采用沥青铺装,以此从上往下铺设100mm沥青,400mm素混凝土,最下层为150mm素混凝土稳定层。图1.2-8 正线整体道床沥青铺装断面图(3)后期维护 为了保证整体道床的正常工作状态,应对整体道床进行定期检查、观测并及时修补,具体内容有:检查整体道床混凝土表面、轨枕与道床混凝土间是否出现裂缝,记录裂缝长度
21、、宽度及形状,观测裂缝是否发展。检查整体道床是否有上拱或下沉现象,观测上拱或下沉是否发展。检查排水系统是否通畅、排水沟是否淤塞、排水沟是否有裂纹。 检查工作一般每季度进行1次,做好记录观察其发展程度,根据实际情况安排日常保养和临时补修,如果发展成病害应查找原因,增加检查次数并及时进行整治。 (4)工程造价:整体道床造价约 400 万元/公里。 2.碎石道床(1)主要优缺点及应用情况 优点:弹性好,减振效果好;能够适应桥梁、路基的不均匀沉降;维修的技术要求较低;造价低,约为整体道床的0.6倍。适应地形能力强。缺点:有碴道床在频繁动载作用下,轨道状态不稳定,需要定期修理,增加维修量,要不定期更换及
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