鐵路無碴軌道結構

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摘要香港西部鐵路采用了浮置板軌道結構、索尼威爾低振動軌道結構等新型軌道結構，為了達到減振降噪的目的，在高架橋上還采取了多種措施來降低振動和噪聲的傳遞。

關鍵詞香港西部鐵路，無碴軌道結構，浮置板，彈性支承塊，振動，噪聲

1．概述

九龍鐵路公司1998年10月動工修建的香港西部鐵路（簡稱西鐵）是一個服務新界西北部的大運量城市客運軌道系統，它是香港特別行政區成立以后的第一個跨世紀工程，連接新界西北部與九龍市區，目前已經基本建成，將于2003年秋季實現開通運營。西鐵第一期工程包括9個車站，南起九龍南昌，途經美孚、荃灣西、錦上路、元朗、朗屏、天水圍、兆康，終點為屯門站。西鐵為雙線線路，全長30.5km，其中高架線路13.4km，地下線路14.7km，地面線路2.4km，線路走向如圖1所示。西鐵興建了一個占地32.5hm2的車場和一個總部大樓。西鐵設計單方向每小時發送33列列車，每列車編組為9節，最終單方向客運總量每年達到9千萬人次。西鐵列車設計最高時速為130km/h，旅行速度為60km/h，從屯門站乘車到南昌站僅僅需要30min。為了滿足城市客運安全、環境保護和少養護維修的要求，香港西鐵采用了浮置板軌道結構和索尼威爾低振動軌道結構等新型軌道結構，同時，在高架橋上也采取了多種措施來降低振動和噪聲的傳遞。

2．西鐵無碴軌道結構

2．1浮置板軌道結構（FST）

香港西鐵使用了3種類型的軌道結構：浮置板軌道結構（FST），使用在所有的高架和有特殊要求的隧道內，共達到34km；彈性支承塊軌道結構，使用在隧道內，共27km；有碴軌道結構，使用在一般地面線路地段，包括車場。西鐵線路采用的浮置板軌道結構包括預制混凝土板和現澆混凝土板兩種，根據浮置板軌道結構具體用途的不同，其尺寸形式多達38種。其中高架橋直線段使用的浮置板軌道結構是最典型的型式，如圖2所示，其標準規格尺寸為1170mm×2635mm×390mm，板的重量為2.9t。由圖2可知，作為浮置板的限位裝置和脫軌復位的平臺，軌道結構兩側澆注了400mm寬的混凝土擋墻，擋墻高度與鋼軌面高度持平，擋墻內側距離同側鋼軌作用邊700mm，擋墻內部鋼筋在澆注橋面時預留，預留長度為710mm，考慮擋墻溫度變化而產生伸縮，擋墻分段澆注。

每塊浮置板底部設置4塊直徑255mm、厚75mm的圓形豎向彈性橡膠支座，豎向橡膠支座的剛度為5～5.5kN/mm。為了保證豎向橡膠支座不產生橫向和縱向移動，浮置板底面在每股鋼軌的正下方位置預留有4個直徑255mm、深15mm的凹槽，豎向橡膠支座正好嵌在凹槽內。每塊浮置板左右兩側各設置1塊長215mm、寬205mm、厚75mm的側向彈性橡膠支座，側向橡膠支座的剛度為2.9～3.2kN/mm。側向橡膠支座安裝在一個鐵墊板上，鐵墊板用螺栓固定在浮置板的側面。每塊浮置板的前后兩端各設置1塊長300mm、寬150mm、厚75mm的方形縱向彈性橡膠支座，縱向橡膠支座的剛度為1.8～2kN/mm。為了保證縱向橡膠支座不產生橫向和豎向移動，浮置板的端部預留有一個12mm深的凹槽，兩塊板之間留有大約50mm的間隙，縱向橡膠支座正好嵌在兩塊板端部的凹槽內。

由于西鐵對環境的要求很高，在浮置板上安裝了彈性科隆蛋扣件，扣件豎向靜剛度為12～15kN/mm，橫向靜剛度為7.5～10kN/mm，在0～600Hz范圍內，剛度動靜比最大值為1.4。

對于曲線段浮置板軌道結構，線路外側必須設置超高，通過增大外側板的厚度達到此目的，同時線路外側混凝土擋墻也必須加高，為了簡化澆注橋面時預埋鋼筋的長度，所有的預埋鋼筋布置高度都為710mm，在抬高的矮墻部位，再布置矩形的環筋來加高。曲線地段內側擋墻與內股鋼軌面持平，外側擋墻高度由兩股鋼軌頂面的延伸線來確定。

對于車站附近線路，由于列車進出站時起動和制動產生附加力，為了防止軌道結構在附加縱向力作用下產生爬行，因此，西鐵浮置板軌道結構系統在站臺及兩側150m范圍內設置了特別的縱向約束裝置，縱向約束裝置最大設置間隔為50m。安裝縱向約束裝置的浮置板兩側各安裝了一個鋼支座，該位置兩側擋墻斷開，預留一個空檔，鋼支座伸進擋墻預留空檔處，為了保證擋墻的連續性，鋼支座與擋墻之間安裝橡膠支座。安裝縱向約束裝置的浮置板端部各設置2塊縱向橡膠支座，兩側相臨的浮置板左右兩側各設置2塊側向橡膠支座。

2．2索尼威爾低振動軌道結構（LVT）

香港西鐵在隧道及相應站線使用了索尼威爾低振動軌道結構（LVT，即彈性支承塊軌道結構），共計27km，其標準規格斷面如圖5所示。彈性支承塊軌道是將包有橡膠靴套的支承塊嵌固在混凝土道床中的軌道結構。西鐵根據彈性支承塊軌道結構具體用途的不同，分別采用了6種規格的支承塊及橡膠靴套。支承塊在工廠預制，橡膠靴套也在工廠用專門機械裝在支承塊上，橡膠靴套提供了軌道的縱、橫向彈性變形，使軌道結構在承載、動力傳遞和振動能量吸收諸方面更接近堅實基礎上的碎石道床軌道，這樣便使得這種軌道結構的振動和噪聲減少到較低程度。西鐵彈性支承塊式軌道結構的垂向彈性由軌下和塊下雙層彈性橡膠墊板提供，最大程度上模擬了彈性點支承傳統碎石道床的結構和受荷響應，并使軌道縱向彈性點支承剛度趨于一致。因此，該結構具有較好的減振、降噪、減磨等優越性能，通過雙層彈性墊板剛度的合理選擇，可使軌道的組合剛度接近有碴軌道的剛度。該軌道結構同樣設置脫軌復位的平臺，直線段平臺高度與鋼軌面高度持平，平臺內側距離同側鋼軌作用邊700mm。

3．西鐵高架線路減振降噪措施

香港噪音條例（HongKongNoiseOrdinance）是世界最嚴格的噪音條例之一，它規定在列車發車間隔為3分鐘的條件下，距離西鐵軌道線路中心線25m的位置，等效聲級Leq30不能超過55dB(A)，換算到單列車通過時的瞬時值不能超過64dB(A)。為了滿足以上要求，KCRC組織包括環境工程師、結構工程師、軌道工程師和聲學家在內的研究小組，聯合設計出香港西鐵高架線路采用的減振降噪措施，如圖6所示。具體措施如下：列車安裝吸音內襯和防聲裙；高架橋兩側安裝聲屏障；采用減振降噪最有效的軌道結構——浮置板軌道；采用高彈性的減振扣件——科隆蛋扣件；軌道旁邊建造擋墻成為第一道隔聲墻；人行道及下側吸音裝置成為第二道隔聲墻。由于采用了以上多種措施，使西鐵成為世界最安靜的軌道交通線路之一。通過現場測試得知，當單列車通過時，噪音瞬時值為61dB(A)，小于香港噪音條例對西鐵的規定值。

4．啟示

近年來，香港人對生活環境的質量要求越來越高，香港西鐵的建設符合了這一潮流。西鐵在設計和施工時采用了一系列世界最先進的技術，減少噪音、振動對人們生活的影響，如采用浮置板軌道、索尼威爾低振動軌道等新型減振降噪型軌道結構，列車車身包括車輪部分都安裝隔音裙板等，達到了安全、環保和少維修的要求，體現了城市軌道交通發展的方向。西鐵不僅在防止噪音、振動方面體現了環保的要求，還處處避免對自然環境產生破壞。特別是西鐵還將建造一個占地12hm2的濕地，供稀有鳥類、青蛙及其他生物棲息。

由于西鐵項目合同金額巨大、技術復雜、施工難度大，所以為了降低成本，減低或化解施工中的風險，香港西鐵項目的投標模式采用多家公司組成聯合體參加資格預審和投標的方式，這種方式解決了香港西鐵項目僅靠某一家承包商的經驗或資質是不可能達到規范和業主要求這一矛盾。因此，以聯合體的模式參與項目的資審和投標成為西鐵項目投標的一大特點，該特點也為以后內地同類型的工程項目建設提供了參考。

目前，我國許多城市在興建城市軌道交通，或規劃修建城市軌道交通，軌道交通在我國已進入一個快速發展階段，如何解決軌道交通運營帶來的噪聲和振動等負面影響，已迫在眉睫。香港西鐵的建設在環保方面采取的措施變得非常寶貴，值得內地軌道交通部門借鑒。

參考文獻

1、賀廿生．從香港西部鐵路看城市軌道的發展．鐵道建筑，2000（2）

2、John.Carlisle．WestRailPermanentWayFloatingSlabTrackSystem．RailSolutionsAsiaexhibition/conference，2003

3、IanMThomsWestRailUpdateandReviewofRelatedMaintenance．EnvironmentalandSystemsIntegrationAspects．RailSolutionsAsiaexhibition/conference，2003