香港地下铁路的钢轨基座重建工程
1引言
香港地铁有限公司每天载客量逾230万名人次，成为香港市区650多万人口的重要运输网络。地铁的主要宗旨乃为香港市民提供一个安全、可靠的铁路运输系统。香港地铁系统共有六条行车线。除机场快线、东涌线和刚启用的将军澳线外，市区线系统由三条行车线组成，分别为荃湾线、观塘线和
港岛线，介乎1980年—1985年间陆续建成及启用。三线共由38个车站组成，沿线铁路全长43km，
其中35km位于地下。
2 背 景
为配合建造“修正早期系统”(观塘至旺角)所批出的合约中订明的设计及建造规定，中标的轨道安装工程承办商提出使用非道砟轨道承托设计，在每条钢轨下铺设连续式钢筋混凝土路轨基座。此外，承办商建议采用特制BSll 90A钢轨，以节省资本性投资为原则。上述两项建议均获地铁公司接纳，而荃湾支线也采用同类型安排，惟架空行车段除外。
早于20世纪80年代中期，“修正早期系统”及港岛线的若干轨段已发现钢轨基座呈损耗迹象。详细调查随即展开，发现该等损耗是由于施工建造时品质控制有参差，加上受到氯化物含量甚高的地下水侵蚀，导致原有混凝土路轨基座内的钢筋呈现锈蚀现象。除有关路轨支承基座的剥蚀问题外，路轨上出现的其他损坏主要是路轨扣件位置的轨脚受到侵蚀。此外，由l 500v杂散直流电牵引回流经轨脚泄漏至地面，令轨脚发生电解腐蚀和断面损耗。如果轨脚锈蚀不能实时探测到，轨脚位置尤其是较细小的BSll90A钢轨的断面损耗便会较预期大
3 路轨基座维修／重建历史
早期，损耗路段由工人在现场做局部维修，基本上凿出细小部分，然后更除去已腐蚀的钢筋，就地灌注新混凝土。这种方法十分费时，远远赶不上路轨基座的损耗速度。20世纪90年代中期，公司采取了更积极的方法，制订较全面的维修计划。方法是“保持原有设计”更换策略，保留原有设计外形，即用混凝土灌注把Pandrol垫肩和扣夹作为钢轨扣件。1998年，公司采用经改良的支承安排，在混凝土连续路轨基座上安装分隔钢轨垫板。
这些垫板消除轨脚积水问题，双重绝缘更令杂散牵引回流漏电的可能性减到最低。此外，垫板也有助提高安装工序的灵活性，适当调节钢轨水平，从而尽量减少因建筑容限而造成不平衡的钢轨夹紧力情况。然而，采用就地灌注混凝土的方法仍不符合成本效益。此外，由于每班期的可施工时间甚短，只有三个半小时，加上须在局限范围进行，令到施工的过程添加难度。有见及此，一项采用分隔预制混凝土座件的创新意念遂于2001年诞生，并由地铁公司基建维修部的土木工务组和路基组联合研究及发展。经过详细讨论，两组提出多项采用预制混凝土座件的设计方案，最终决定是基于预制件的尺寸要尽可能配合路轨负重量，预制件本身须尽量轻盈，以便安装时容易搬运，并要切合现有轨床状况，务使一旦在隧道内发生紧急情况时，也仍然可以使用四 信道作为紧急疏散。有关设计组合已于预选的隧道内试行，并于海外实验室接受耐用程度及结构稳定测试。结果显示，不论在建造进度、人手需求、现场管理、钢轨更换灵活性、改良的轨脚绝缘以及环境、工业健康考虑等，均证实较以往采用的方法更胜一筹，绝不影响支承及钢轨的耐用程度。这种轨道结构称为“预制件分隔轨道支承”(PBDTS)，同时方便日后如需要时更换“修正早期系统”使用的BSll90A钢轨。BSll90A钢轨较地铁其他行车线采用的UIC60钢轨为小，需要更换的次数也较为频密，而且由于只有极少数生产商仍继续生产此型号的钢轨，长远的供应可能出现问题。PBDTS系统可预留空间予将来更换BSll90A钢轨至UIC60．
总括来说，路轨基座的重建曾经历三个阶段，演变进程简述如下
4 设计准则
就市区线而言，轨道结构是以20吨车轴负重及最高时速80km的服务列车为设计基准。而荃湾线、观塘线及港岛线使用的轨段分别为BSll90A及UIC60钢轨。
钢轨支承之间的表面间距为600mm。公司于市区线隧道内原先采用的轨道结构是在连续钢筋混凝土路轨基座上注造Pandrol垫肩，使钢轨支承(即轨垫)的硬度达每毫米60000kN。
使用弹性垫板支承后，整个垫板装置的静态垂直硬度可增至每毫米25000kN，司减低隧道四周楼宇内的地面震动和再辐射噪音水平。此外，新垫板也具备钢轨对准调节功能(横向调节10mm，直向为10mm)。
5 建造程序
PBDTS轨道结构改建工程主要分三个阶段进行：
5．1 拆除原有的连续基座
①分拆除深入轨床以下的混凝土钢轨基座至钢筋外露。为使列车服务不会受阻，每5段间距650~750mm的轨段，只容许重建一段。
拆除原有的混凝土路轨基座
②拆除所有外露钢筋，腾出空位安装预制混凝土座件。
5．2 安装混凝土座件
①固定预制座件的位置，并在轨床断裂水平上预留空隙。
②灌注不收缩混凝土灰浆，填满座件下与轨床断裂水平间的空隙
③经预制座件的孔隙，钻挖4个深入轨床的孔洞。
④把树脂灰浆注入钻孔内，并倒插一对u形钢筋为固定支座。
⑤用混凝土灰浆填满座件的孔隙。
5．3 固定及扣紧垫板
①在预制座件上放置混凝土垫片(仅适用于BSll 90A钢轨)。
②用4枚方头螺钉锁紧弹性垫板。
③安装Pandrol扣夹。
6工程程效益
相比就地浇注混凝土的力祛，预制程序的质量控制更胜一筹。前者极为依赖场地状况及手工水平，而后者有效提升支承装置的整体耐用程度，从而提高整个系统的可靠程度。此外，相对连续支承而言，使用预制座件分隔轨道支承可大幅减少杂散牵引回流电泄漏至地面，从而减底造成轨脚出现电解腐蚀的可能性。这主要在于钢轨与支承之间减少接触，而分隔垫板提供双重绝缘功效。此外，在钢轨与支承路轨基座之间加阔垂直间隙，也可减少湿气和尘埃结聚的情况。
6．2 均匀的钢轨夹紧力
镶有弹性垫板的PBDTS系统使钢轨的夹紧力均匀，尽量减少路轨或钢轨夹的损耗情况，确保列
车服务安全可靠。
6．3简化建造程序
采用预制座件的方法无需架起重型模板来就地浇注混凝土，而传统的人手密集工序也毋须在现场
进行。此外，泥工(灌注混凝土)工序也可尽量减少，因而大大提升场地的整洁程度。
6．4 更换钢轨的灵活性
倘日后有需要改用UIC60钢轨以取代目前的BSll90A钢轨，PBDTS系统可提供更大的灵活性。
6．5 乘车旅程更见舒适
PBDTS轨道结构配备设有弹性设施的垫板，较传统的“保持原有设计”重建方法为佳，为乘客提供更舒适的列车服务。
7 财务效益
PBDTS系统不仅简化建造陧序，并因无需就地浇注混凝土而有效地节省劳工成本。除可提升钢轨的可靠程度外，以设计寿命及钢轨磨蚀程度而言，PBDTS轨道结构也视为具有长远的成本效益。长远而言，可有效节省日后的钢轨维修成本，主要因减少积水及更妥善控制杂散回流电，从而减低轨脚腐蚀的可能性，使更换钢轨的频率也随之下降。
以轨道支承基座可用年期为六十年来进行成本效益分析，若采用分隔支承系统，以六十年计算的整段路轨基座每公里可节省约的成本是很可观的。
8 总 结
过去17年来，路轨基座的维修重建方法经历多番变革，由被动的局部修补形式，渐发展为现今采用的预制座件分隔轨道支承系统。由连续钢筋混凝土路轨基座改为采用PBDTS系统，不论在财务、建造、工程、营运及维修方面均见成效。PBDTS系统不但改善了重建程序和路轨基座的耐用程度，也消除了轨面积水及改善杂散电流收集系统，从而把轨脚腐蚀情况减至最少。整体而言，此方法有助达致安全、可靠、成本效益及顾客满意的目标。此方法在整项重建工程中均充分发挥完善策划、设计、建造控制及场地管理的要素。
