铁路无碴轨道结构
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摘要香港西部铁路采用了浮置板轨道结构、索尼威尔低振动轨道结构等新型轨道结构，为了达到减振降噪的目的，在高架桥上还采取了多种措施来降低振动和噪声的传递。
关键词香港西部铁路，无碴轨道结构，浮置板，弹性支承块，振动，噪声
1．概述
九龙铁路公司1998年10月动工修建的香港西部铁路（简称西铁）是一个服务新界西北部的大运量城市客运轨道系统，它是香港特别行政区成立以后的第一个跨世纪工程，连接新界西北部与九龙市区，目前已经基本建成，将于2003年秋季实现开通运营。西铁第一期工程包括9个车站，南起九龙南昌，途经美孚、荃湾西、锦上路、元朗、朗屏、天水围、兆康，终点为屯门站。西铁为双线线路，全长30.5km，其中高架线路13.4km，地下线路14.7km，地面线路2.4km，线路走向如图1所示。西铁兴建了一个占地32.5hm2的车场和一个总部大楼。西铁设计单方向每小时发送33列列车，每列车编组为9节，最终单方向客运总量每年达到9千万人次。西铁列车设计最高时速为130km/h，旅行速度为60km/h，从屯门站乘车到南昌站仅仅需要30min。为了满足城市客运安全、环境保护和少养护维修的要求，香港西铁采用了浮置板轨道结构和索尼威尔低振动轨道结构等新型轨道结构，同时，在高架桥上也采取了多种措施来降低振动和噪声的传递。
2．西铁无碴轨道结构
2．1浮置板轨道结构（FST）
香港西铁使用了3种类型的轨道结构：浮置板轨道结构（FST），使用在所有的高架和有特殊要求的隧道内，共达到34km；弹性支承块轨道结构，使用在隧道内，共27km；有碴轨道结构，使用在一般地面线路地段，包括车场。西铁线路采用的浮置板轨道结构包括预制混凝土板和现浇混凝土板两种，根据浮置板轨道结构具体用途的不同，其尺寸形式多达38种。其中高架桥直线段使用的浮置板轨道结构是最典型的型式，如图2所示，其标准规格尺寸为1170mm×2635mm×390mm，板的重量为2.9t。由图2可知，作为浮置板的限位装置和脱轨复位的平台，轨道结构两侧浇注了400mm宽的混凝土挡墙，挡墙高度与钢轨面高度持平，挡墙内侧距离同侧钢轨作用边700mm，挡墙内部钢筋在浇注桥面时预留，预留长度为710mm，考虑挡墙温度变化而产生伸缩，挡墙分段浇注。
每块浮置板底部设置4块直径255mm、厚75mm的圆形竖向弹性橡胶支座，竖向橡胶支座的刚度为5～5.5kN/mm。为了保证竖向橡胶支座不产生横向和纵向移动，浮置板底面在每股钢轨的正下方位置预留有4个直径255mm、深15mm的凹槽，竖向橡胶支座正好嵌在凹槽内。每块浮置板左右两侧各设置1块长215mm、宽205mm、厚75mm的侧向弹性橡胶支座，侧向橡胶支座的刚度为2.9～3.2kN/mm。侧向橡胶支座安装在一个铁垫板上，铁垫板用螺栓固定在浮置板的侧面。每块浮置板的前后两端各设置1块长300mm、宽150mm、厚75mm的方形纵向弹性橡胶支座，纵向橡胶支座的刚度为1.8～2kN/mm。为了保证纵向橡胶支座不产生横向和竖向移动，浮置板的端部预留有一个12mm深的凹槽，两块板之间留有大约50mm的间隙，纵向橡胶支座正好嵌在两块板端部的凹槽内。
由于西铁对环境的要求很高，在浮置板上安装了弹性科隆蛋扣件，扣件竖向静刚度为12～15kN/mm，横向静刚度为7.5～10kN/mm，在0～600Hz范围内，刚度动静比最大值为1.4。
对于曲线段浮置板轨道结构，线路外侧必须设置超高，通过增大外侧板的厚度达到此目的，同时线路外侧混凝土挡墙也必须加高，为了简化浇注桥面时预埋钢筋的长度，所有的预埋钢筋布置高度都为710mm，在抬高的矮墙部位，再布置矩形的环筋来加高。曲线地段内侧挡墙与内股钢轨面持平，外侧挡墙高度由两股钢轨顶面的延伸线来确定。
对于车站附近线路，由于列车进出站时起动和制动产生附加力，为了防止轨道结构在附加纵向力作用下产生爬行，因此，西铁浮置板轨道结构系统在站台及两侧150m范围内设置了特别的纵向约束装置，纵向约束装置最大设置间隔为50m。安装纵向约束装置的浮置板两侧各安装了一个钢支座，该位置两侧挡墙断开，预留一个空档，钢支座伸进挡墙预留空档处，为了保证挡墙的连续性，钢支座与挡墙之间安装橡胶支座。安装纵向约束装置的浮置板端部各设置2块纵向橡胶支座，两侧相临的浮置板左右两侧各设置2块侧向橡胶支座。
2．2索尼威尔低振动轨道结构（LVT）
香港西铁在隧道及相应站线使用了索尼威尔低振动轨道结构（LVT，即弹性支承块轨道结构），共计27km，其标准规格断面如图5所示。弹性支承块轨道是将包有橡胶靴套的支承块嵌固在混凝土道床中的轨道结构。西铁根据弹性支承块轨道结构具体用途的不同，分别采用了6种规格的支承块及橡胶靴套。支承块在工厂预制，橡胶靴套也在工厂用专门机械装在支承块上，橡胶靴套提供了轨道的纵、横向弹性变形，使轨道结构在承载、动力传递和振动能量吸收诸方面更接近坚实基础上的碎石道床轨道，这样便使得这种轨道结构的振动和噪声减少到较低程度。西铁弹性支承块式轨道结构的垂向弹性由轨下和块下双层弹性橡胶垫板提供，最大程度上模拟了弹性点支承传统碎石道床的结构和受荷响应，并使轨道纵向弹性点支承刚度趋于一致。因此，该结构具有较好的减振、降噪、减磨等优越性能，通过双层弹性垫板刚度的合理选择，可使轨道的组合刚度接近有碴轨道的刚度。该轨道结构同样设置脱轨复位的平台，直线段平台高度与钢轨面高度持平，平台内侧距离同侧钢轨作用边700mm。
3．西铁高架线路减振降噪措施
香港噪音条例（HongKongNoiseOrdinance）是世界最严格的噪音条例之一，它规定在列车发车间隔为3分钟的条件下，距离西铁轨道线路中心线25m的位置，等效声级Leq30不能超过55dB(A)，换算到单列车通过时的瞬时值不能超过64dB(A)。为了满足以上要求，KCRC组织包括环境工程师、结构工程师、轨道工程师和声学家在内的研究小组，联合设计出香港西铁高架线路采用的减振降噪措施，如图6所示。具体措施如下：列车安装吸音内衬和防声裙；高架桥两侧安装声屏障；采用减振降噪最有效的轨道结构——浮置板轨道；采用高弹性的减振扣件——科隆蛋扣件；轨道旁边建造挡墙成为第一道隔声墙；人行道及下侧吸音装置成为第二道隔声墙。由于采用了以上多种措施，使西铁成为世界最安静的轨道交通线路之一。通过现场测试得知，当单列车通过时，噪音瞬时值为61dB(A)，小于香港噪音条例对西铁的规定值。
4．启示
近年来，香港人对生活环境的质量要求越来越高，香港西铁的建设符合了这一潮流。西铁在设计和施工时采用了一系列世界最先进的技术，减少噪音、振动对人们生活的影响，如采用浮置板轨道、索尼威尔低振动轨道等新型减振降噪型轨道结构，列车车身包括车轮部分都安装隔音裙板等，达到了安全、环保和少维修的要求，体现了城市轨道交通发展的方向。西铁不仅在防止噪音、振动方面体现了环保的要求，还处处避免对自然环境产生破坏。特别是西铁还将建造一个占地12hm2的湿地，供稀有鸟类、青蛙及其他生物栖息。
由于西铁项目合同金额巨大、技术复杂、施工难度大，所以为了降低成本，减低或化解施工中的风险，香港西铁项目的投标模式采用多家公司组成联合体参加资格预审和投标的方式，这种方式解决了香港西铁项目仅靠某一家承包商的经验或资质是不可能达到规范和业主要求这一矛盾。因此，以联合体的模式参与项目的资审和投标成为西铁项目投标的一大特点，该特点也为以后内地同类型的工程项目建设提供了参考。
目前，我国许多城市在兴建城市轨道交通，或规划修建城市轨道交通，轨道交通在我国已进入一个快速发展阶段，如何解决轨道交通运营带来的噪声和振动等负面影响，已迫在眉睫。香港西铁的建设在环保方面采取的措施变得非常宝贵，值得内地轨道交通部门借鉴。
参考文献
1、贺廿生．从香港西部铁路看城市轨道的发展．铁道建筑，2000（2）
2、John.Carlisle．WestRailPermanentWayFloatingSlabTrackSystem．RailSolutionsAsiaexhibition/conference，2003
3、IanMThomsWestRailUpdateandReviewofRelatedMaintenance．EnvironmentalandSystemsIntegrationAspects．RailSolutionsAsiaexhibition/conference，2003