地铁小半径曲线外股短轨枕道混凝土加固

近年来，我国很多城市地铁在运营维护中，出现了一些有可能引起安全隐患的病害，小半径曲线外股短轨枕道床素混凝土（无受力筋）极易抗拉破坏脱落就是其中之一。本文以深圳地铁运营中遇到的实际病害问题为例进行分析，并提出解决方案。

1 工程概况及病害实例分析

深圳地铁一期华强路至岗厦区间左线上行K6+645～K6+758.6 采用弹性短轨枕式整体道床，隧道断面型式为内径φ×壁厚h=5.4m×0.3m 圆形盾构隧道，位于半径R=400m 圆曲线和缓和曲线上，线路纵坡+3.53‰，每公里配置1760 对弹性短轨枕。曲线最大超高值120mm，采取外轨抬高一半和内轨降低一半设置，整体道床每隔12.5m 设置一处伸缩缝。

经现场踏勘，发现华强路至岗厦区间左线上行K6+645～K6+758.6 曲线外股短轨枕道床混凝土开裂脱落，轨枕橡胶套靴外侧面外露至靴底，连续破损后影响行车安全。原因初步分析如下：①水沟加大为截面矩形，与设计圆形水沟不符；②脱落外股短轨枕道床混凝土内未见纵向钢筋，设计纵向钢筋上下各1根HRB335φ14mm 螺纹钢。病害初步定性为建设施工遗留问题。

2 受力分析检算

按最不利荷载简化受力计算模型（见图1），取地铁列车和定员乘客为研究对象。

图1 地铁运行受力分析图

重量m_g＝527.64×10³×10N＝5.2764×10⁶N，重心高度h＝1000mm， 钢轨中心距s＝1435+71＝
1506mm，道床坡度tgθ=120/1506=0.08，最大速度v＝80km/h＝22.2m/s，曲线半径R=400m。

由列车曲线运行轮轨关系有：F_内＝0。

X 水平受力：N_内·sinθ＋N_外·sinθ＋F_外·cosθ＝m·v²/R （1）

Y 铅直受力：N_内·cosθ＋N_外·cosθ－F_外·sinθ－m_g＝0 （2）

重心C 力矩平衡：N_内·s/2－N_外·s/2＋F_外·h＝0（3）

由（1）～（3）式，经计算有：

N_外＝m_g/ (2 cosθ)+ (m·v²/R·cosθ－m_g·sinθ)·(tgθ/2－h/s)=2.496×10⁶N

F_外＝m·v2/R·cosθ－mg·sinθ=2.280×10⁵N

N_内＝m_g/ (2 cosθ)+ (m·v²/R·cosθ－mg·sinθ)·(tgθ/2+h/s)=2.799×10⁶N

列车编组6 节车厢，每节车厢2 个转向架，一个转向架2 个轮对。曲线运行时，某个瞬间外股受力全部集中作用转向架1 个轮对上，单个外股短轨枕最大瞬间力：

n_外＝N_外/12＝2.08×10⁵N

f_外＝F_外/12＝1.90×10⁴N

故单个外股短轨枕最大水平瞬间冲击力：f＝n_外·sinθ＋f_外·cosθ＝3.56×10⁴N。

假定外股短轨枕道床混凝土只受均布荷载作用，取矩形截面s＝宽×高＝0.29m×0.11m＝0.032m²，

均布拉应力σ=3.56×10⁴N/0.032m²=1.11MPa。

因混凝土厚6cm＜30cm，折减后，C30 混凝土抗拉强度设计值（σ）＝1.43MPa×0.8＝1.14MPa。

考虑列车曲线运行受力复杂性及轮轨关系复杂性，取安全系数1.3，1.3·σ＝1.44MPa，故1.3·σ>（σ）。

结论：小半径曲线外股短轨枕道床素混凝土（无受力筋）极易抗拉破坏脱落，并造成安全隐患。

3 整治方案

文章来源：

摘录《地铁小半径曲线外股短轨枕道混凝土加固浅析》朱志强，曾亿何（深圳市地铁有限公司运营分公司，广东深圳518040）