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作者:岳祖润

出版社:中国铁道出版社

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高速铁路施工技术与管理

高速铁路施工技术与管理试读:

前言

《中长期铁路网规划》确立了我国铁路宏伟的建设蓝图:到2020年,全国铁路营业里程达到12万km以上,复线率和电化率分别达到50%和60%以上,主要繁忙干线实现客货分线,基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络,运输能力满足国民经济和社会发展需要,主要技术装备达到或接近国际先进水平。为满足快速增长的旅客运输需求,建立省会城市及大中城市间的快速客运通道,规划了“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统,建设客运专线1.6万km以上。届时将形成我国铁路快速客运网,为广大旅客提供更加安全、快捷、舒适的服务。中国铁路客运面貌将为之一新,高速化、快速化势不可挡。

本书从理论联系实际出发,对高速铁路施工技术与管理由浅入深地进行了系统阐述。全书共分8章:第1章绪论;第2章高速铁路路基施工技术;第3章高速铁路桥梁施工技术;第4章高速铁路隧道施工技术;第5章高速铁路轨道施工技术;第6章高速铁路工程测量;第7章高速铁路施工组织设计;第8章高速铁路环境保护。另有1个附录现行铁路技术标准目录。

高速铁路是交通运输领域的重大成果,已成为世界各国铁路发展的总趋势。高速铁路运营速度快、建设标准高、施工难度大、施工工艺新。本书立足于我国高速铁路建设实际情况,突出高速铁路与普通铁路在施工上的异同点和创新点;在传承普通铁路施工技术的基础上,着重阐述高速铁路施工的新技术、新工艺、新设备、新材料。

本书第1章由岳祖润、李向国撰写;第2章由岳祖润撰写;第3章由张志国撰写;第4章由刘勇撰写;第5章和附录由李向国、刘云撰写;第6章由梁建昌撰写;第7章由刘新社撰写;第8章由马涛撰写。全书由岳祖润主编,朱永全主审。本书编审委员会在编写过程中多次组织会议讨论,听取了施工企业等各方的建议,并组织了编委内部互审与外部专家对书稿的审阅。

在撰写本书的过程中,引用了现行铁路的相关技术标准,并将其目录在附录中列出。同时还大量地参考了国内外许多文献和资料,由于参考的文献和资料较多,未能一一列出。在此谨向所有文献和资料的作者表示衷心的感谢和敬意。

本书所涉及的内容多为高新技术,各方面的技术都处在不断变化之中,同时限于时间和作者的水平,书中不妥之处在所难免,恳请读者批评指正。作 者2010年6月第1章绪论1.1高速铁路发展动态1.1.1 高速铁路的概念

20世纪60年代以来,高速铁路在世界发达国家崛起,铁路发展进入了一个崭新的阶段。高速铁路的蓬勃兴起,在世界范围内引发了一场深刻的交通发展变革。

根据所采用的不同技术,高速铁路分为轮轨技术类型和磁悬浮技术类型。轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种;磁悬浮技术有超导排斥型和常导吸引型两种。非摆式车体的轮轨技术是目前世界高速铁路的主流。

高速铁路运行速度是一项重要的技术指标,也是铁路现代化水平的重要体现。高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。20世纪70年代,日本把列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。随着高速铁路技术的发展,欧洲铁路联盟于1996年9月发布的互通运营指导文件(96/0048/EC)对高速铁路有了更确切的规定:新建铁路运营速度达到或超过250km/h;既有线通过改造使基础设施适应速度200km/h;线路能够适应高速,在某些地形困难、山区或城市环境下,速度可以根据实际情况进行调整。

我国把高速铁路界定为“新建铁路旅客列车设计最高行车速度达到250km/h及以上的铁路”。应当指出的是,高速铁路不一定是客运专线,客运专线也不一定是高速铁路,就目前而言我国正在大量修建的客运专线铁路属于高速铁路的范畴,本书不再严格区分高速铁路和客运专线铁路。1.1.2 列车速度的演变

自有铁路以来,人们就在不断致力于提高列车的运行速度。1825年出现在英国的第一条铁路,其列车最高运行速度只有24km/h,1829年“火箭号”蒸汽机车牵引的列车最高运行速度就达到了47km/h,几乎提高了1倍。19世纪40年代,英国试验速度达到120km/h,1890年法国将试验速度提高到144km/h,1903年德国制造的电动车组试验速度达到了209.3km/h;这一时期英国西海岸铁路用蒸汽机车牵引的列车运行速度达到了101km/h。1955年法国电力机车牵引的试验车组最高运行速度突破了300km/h,达到了311km/h。1964年10月日本东海道新干线最高运行速度达到了210km/h,运行速度也达到了160km/h。此后列车试验速度不断刷新:1981年2月法国TGV试验速度达到380km/h,1988年5月德国ICE把这一速度提高到406.9km/h,半年后法国人创造了482.4km/h的新纪录,1990年5月18日法国TGV-A型高速列车把试验速度提高到515.3km/h,2007年4月3日法国再次刷新了自己的纪录,TGV最新型“V150”超高速列车试验速度达到574.8km/h,创下了有轨列车试验速度的世界纪录。

近年来,随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,我国也开始重视提高旅客列车的速度。2008年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3km/h,2009年12月武广铁路客运专线在两车重联情况下跑出了394.2km/h的试验速度。图1-1为在京津城际铁路上运行的时速350km“和谐”号动车组。图1-1 时速350km“和谐”号动车组1.1.3 高速铁路的主要技术特征

在轮轨接触的铁路技术中,随着速度的提高,对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求,主要可以归结为两个方面。一方面当速度超过250km/h以后,空气动力特性发生显著变化,因此对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求;另一方面由于高速运行的列车需具备持久稳定、高平顺性及安全舒适的运行条件,因此对轨下基础提出新的要求。

列车高速运行时,行车阻力、振动和机械动力产生的噪声将大幅增加,列车与空气摩擦产生的噪声也会有所提高。因此,对列车的结构,需要重新进行头型及外轮廓设计,以改善空气流向、优化弓网关系及受电弓的位置等,同时要增加减振措施。

试验证明,高速列车运行时对车辆的密封性能有很高的要求(包括对车辆空调、门、窗、排污设施等方面的要求),以满足高速运行的空气动力学特性。此外,还要求具有高性能的制动系统和较高的乘坐舒适度。

高速行驶的列车在会车时所产生的空气波压力较普速情况明显提高。因此,高速铁路在进行线路规划时,要适当加大线间距(包括站台安全距离)。通过隧道时,洞口空气阻力与高速列车在瞬间产生的巨大微气压波,对行车安全、乘坐舒适度以及环境都会产生明显的影响。因此,要适当加大隧道断面积,改善洞口形状或设置洞口缓冲结构等。

高速运行出现的高频振动,要求结构物除了满足静态荷载的条件,还必须满足高速列车动力特性要求。即除了保证“强度”这一基本要求(即使用期不致破坏)以外,还要严格控制其“刚度”。因此,保持轨道持续稳定的高平顺性,是对高速铁路工程提出的最基本要求。轨道的高平顺性又是路基、桥梁、隧道、轨道变形的最终表现,要求轨道高平顺性,必须从控制上述工程变形着手。

高速铁路路基、桥涵及隧道等主体结构设计使用年限为100年,无砟轨道主体结构设计使用年限不小于60年。由于高速行车的特殊情况,高速铁路需要配置风、雨、雪、地震等自然灾害告警系统,监测信息经过通信网与调度中心直接相连,以保证高速行车的安全。沿高速铁路设置的跨线桥需安装坠落物告警装置。高速铁路必须全封闭、全立交,不设平交道口。由于高速行驶中列车与空气摩擦产生了大量噪音,因此,高速铁路途经人口密集的地区时,沿线需采取降低噪声的措施,安装隔音墙。

总而言之,采用轮轨技术的高速铁路具有以下四个方面的主要技术特征:(1)轮轨方面:持久高平顺性的轨道,轻量化、高走行稳定性的列车。(2)弓网方面:大张力的接触网,高性能的受电弓。(3)空气动力方面:流线形、密封的列车,较大的线间距和隧道断面。(4)牵引与制动方面:大功率的交-直-交列车和大容量的牵引供电设施,大能力的盘形、再生、涡流列车制动系统和车载信号为主的列控模式。

应当指出,快速(高速度、高密度)、舒适(高平顺性、高稳定性、高环保性)、安全(高可靠性、高耐久性)是高速铁路的三大要素,三者缺一难言高速。1.1.4 我国中长期铁路网规划

按照我国中长期铁路网规划(2008年调整),为适应全面建设小康社会的目标要求,铁路网要扩大规模,完善结构,提高质量,快速扩充运输能力,迅速提高装备水平。到2020年,全国铁路营业里程达到12万km以上,复线率和电化率分别达到50%和60%以上,主要繁忙干线实现客货分线,基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络,运输能力满足国民经济和社会发展需要,主要技术装备达到或接近国际先进水平。为满足快速增长的旅客运输需求,建立省会城市及大中城市间的快速客运通道,规划了“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统,建设客运专线1.6万km以上,包括:(1)“四纵”客运专线

1)北京-上海客运专线,包括蚌埠-合肥、南京-杭州客运专线,贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区;

2)北京-武汉-广州-深圳客运专线,连接华北和华南地区;

3)北京-沈阳-哈尔滨(大连)客运专线,包括锦州-营口客运专线,连接东北和关内地区;

4)上海-杭州-宁波-福州-深圳客运专线,连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。(2)“四横”客运专线

1)徐州-郑州-兰州客运专线,连接西北和华东地区;

2)杭州-南昌-长沙-贵阳-昆明客运专线,连接西南、华中和华东地区;

3)青岛-石家庄-太原客运专线,连接华北和华东地区;

4)南京-武汉-重庆-成都客运专线,连接西南和华东地区。

同时,建设南昌-九江、柳州-南宁、绵阳-成都-乐山、哈尔滨-齐齐哈尔、哈尔滨-牡丹江、长春-吉林、沈阳-丹东等客运专线,扩大客运专线的覆盖面。(3)城际客运系统

在环渤海、长江三角洲、珠江三角洲、长株潭、成渝以及中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区建设城际客运系统,覆盖区域内主要城镇。

随着时间的推移,我国高速铁路规模还会不断扩大。高速铁路工程建设具有线路里程长、建设难度大、桥隧所占比例高、地域气候条件复杂(区域性沉降,气候条件差异大)、地质条件复杂(软土、膨胀性黏土、湿陷性黄土等)、采用ZPW2000高频谐振式无绝缘轨道电路等特点。要建设世界一流的高速铁路,建设时间紧,任务十分繁重,国内无现成经验可借鉴,只有加快原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新,才能完成如此浩大的工程。1.2高速铁路线路

高速列车首先要满足安全与舒适的要求。影响列车安全和舒适的因素很多,虽然机车车辆性能及运营方式起着很大的作用,但高速铁路的线路参数也是重要的影响因素,在设计高速铁路时必须予以重视。

在高速条件下,列车各种振动的衰减距离延长,从而各种振动叠加的可能性提高,相应旅客乘坐舒适度在高速条件下更为敏感。所以,要求线路的技术标准也相应提高。在高速铁路的线路平、纵断面设计中应重视线路的平顺性,采用较大的线路平面曲线半径、较长的纵断面坡段长度和较大的竖曲线半径,以提高旅客乘坐舒适度。以下主要结合《高速铁路设计规范(试行)》(TB 10621-2009)对相关内容进行扼要介绍,各种线路设计参数随着工程实践的不断深入会有所变化。1.2.1 线路平面(1)平面曲线半径

高速铁路正线的线路平面曲线半径应因地制宜,合理选用。与设计行车速度匹配的平面曲线半径如表1-1所示。位于车站两端减加速地段,可采用与设计速度和速差相适应的平面曲线半径,同时要求正线不应设计复曲线,区间正线宜按线间距不变的并行双线设计,并宜设计为同心圆。表1-1 平面曲线半径表(m)注:个别最小半径值需进行技术经济比选,报铁道部批准后方可采用。(2)线间距

线间距是指相邻两股道(区间正线地段实际为上、下行线)线路中心线之间的最短距离。由于高速列车运行时会产生列车风,相邻线路高速列车相向运行所产生的空气压力冲击波易振碎车窗玻璃,甚至影响列车运行的稳定性,所以高速铁路的线间距较普通铁路有所增大。表1-2 区间及站内正线线间距

根据国内外的研究成果,我国高速铁路区间及站内正线线间距按表1-2选用,曲线地段可不加宽。位于车站两端减加速地段,可采用与设计速度相适应的线间距。正线与联络线、动车组走行线并行地段的线间距,应根据相邻一侧正线的行车速度及其技术要求和相邻线的路基高程关系,考虑站后设备、路基排水设备、声屏障、桥涵等建筑物以及保障技术作业人员安全的作业通道等有关技术条件综合研究确定,最小不应小于5.0m。正线与既有铁路或客货共线铁路并行地段线间距不应小于5.3m。当两线不等高或线间设置其他设备时,最小线间距应根据有关技术条件要求计算确定。隧道双洞地段两线间距应根据地质条件、隧道结构与防灾、救援要求,综合分析研究确定。(3)缓和曲线

为使列车安全、平稳、舒适地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线,在直线与圆曲线间必须设置一定长度的缓和曲线。缓和曲线是在直线与圆曲线的一段变曲率、变超高线段,其作用是在缓和曲线范围内完成曲率半径由直线上的无限大逐渐变化到圆曲线的曲率半径,曲线外股钢轨高度从直线上左右股钢轨水平一致逐渐变化到圆曲线时达到外轨超高值。在高速行车条件下,旅客对乘坐舒适度比较敏感,因而对缓和曲线的设置要求也更为严格。

缓和曲线线形很多,研究和实测结果表明,只要缓和曲线长度达到一定要求,各种线形均能保证高速行车安全和旅客舒适度要求。考虑到三次抛物线线形简单,设计方便,平立面有效长度长,现场运用、养护经验丰富等特点,我国高速铁路仍以三次抛物线形缓和曲线为首选线形。

缓和曲线长度是高速铁路线路平面设计重要参数之一,随着列车运行速度的提高,要求缓和曲线应有足够的长度,使缓和曲线上的曲率和超高的变化不致太快,满足旅客乘车舒适的要求和确保行车的安全,但过长的缓和曲线长度会影响平面选线和纵断面设计的灵活性,会引起工程投资的增大。缓和曲线线形选定以后,就可考虑以下一些因素来确定缓和曲线长度:①车辆脱轨;②未被平衡横向离心加速度时变率(欠过超高时变率);③车体倾斜角速度(超高时变率)。我国高速铁路设计规范规定缓和曲线长度应根据设计行车速度、曲线半径和地形条件按表1-3合理选用,正常情况应选用(1)栏值。表1-3 缓和曲线长度(m)续上表注:1.表中(1)栏为舒适度优秀条件值,(2)栏为舒适度良好条件值,(3)栏为舒适度一般条件值;2.*号标志,表示为曲线设计超高175mm时的取值。(4)夹直线、圆曲线或缓和曲线与道岔间的直线段最小长度

在地形困难曲线毗连地段,两相邻曲线间的直线段,即前一曲线12终点(HZ )与后一曲线起点(ZH )间的直线段,称为夹直线。理论上列车运行平稳、旅客乘坐舒适所要求的夹直线最小长度,通常按列车在缓和曲线出入口(即夹直线的起终点)产生的振动不致叠加考虑,与列车振动、衰减特性和列车运行速度有关。根据实验结果,车辆振动的周期约为1.0s,列车在缓和曲线出入口产生的振动在一个半至两个周期内基本衰减完毕,按两个周期计算则夹直线的最小长度为:max式中 v ——设计速度数值(km/h)。max

计算机模拟计算结果表明,夹直线长度为0.8v 时,在夹直线起终点对高速车辆产生的激扰振动不会叠加,对行车平稳和旅客乘坐舒适性没有明显的影响。两缓和曲线间的圆曲线及正线上缓和曲线与道岔间的直线段也有类似的分析结果。我国高速铁路设计规范规定高max速铁路夹直线或圆曲线最小长度一般按0.8v 计算确定,困难条件max下按0.6v 计算确定,正线上缓和曲线与道岔间的直线段最小长度maxmax一般按0.6v 计算确定,困难条件下按0.5v 计算确定,并应符合表1-4的规定。表1-4 夹直线、圆曲线或缓和曲线与道岔间的直线段最小长度注:括号内为困难条件下采用的最小值。(5)其他

连续梁、钢梁及较大跨度的桥梁宜设在直线上;困难条件下,经技术经济比选,也可设在曲线上。隧道宜设在直线上;因地形、地质等条件限制可设在曲线上,但不宜设在反向曲线上。站坪长度应根据远期车站布置要求确定;车站应设在直线上。钢轨伸缩调节器不应设在曲线上。1.2.2 线路纵断面(1)最大坡度

在一定自然条件下,线路的最大坡度与设计线的输送能力、牵引质量、工程数量和运营质量有着密切的关系,有时甚至影响线路走向。客货共线的铁路,线路最大坡度是由货物列车运行要求决定。高速列车采用大功率、轻型动车组,牵引和制动性能优良,能适应大坡度运行。但各国高速铁路由于采用的运输组织模式和线路条件各不相同,采用的线路最大坡度也不大一样。我国高速铁路设计规范规定:区间正线的最大坡度,不宜大于20‰;困难条件下,经技术经济比较,不应大于30‰;动车组走行线的最大坡度不应大于35‰。(2)最小坡段长度

两个坡段的连接点,即坡度变化点,称为变坡点。一个坡段两端变坡点间的水平距离称为坡段长度。从列车运行的平稳性要求出发,纵断面坡段长度宜设计为较长的坡段;但从节省工程投资的角度分析,较短的坡段能够较好地适应地形,减少工程数量,降低工程投资。因此,最小坡段长度的确定,既要满足列车运行的平稳性要求,又要尽可能地节约工程投资,使两者取得最佳的统一。我国高速铁路设计规范规定正线宜设计为较长的坡段,最小坡段长度应符合表1-5的规定。一般条件下的最小坡段长度不宜连续采用,困难条件的最小坡段长度不得连续采用。表1-5 最小坡段长度(3)坡段连接

1)相邻坡段的坡度差

相邻坡段的坡度差允许的最大值,主要由保证运行列车不断钩这一安全条件确定,客货共线的铁路相邻坡段的坡度差主要受货物列车制约。由于旅客列车质量远低于货物列车,国内外高速铁路对相邻坡段的坡度差均未做规定。

2)竖曲线半径

为保证列车在变坡点的运行安全和乘客的舒适性要求,参照国外有关规范,高速铁路正线相邻坡段的坡度差大于或等于1‰时,应采用圆曲线型竖曲线连接(动车组走行线相邻坡段坡度差大于3‰时设圆曲线型竖曲线,竖曲线半径一般5000m,困难条件3000m)。竖曲线半径由旅客舒适性要求控制,即受列车运行于竖曲线产生竖向离心sh加速度a 限制的最小竖曲线半径为:sh

其中,[a ]为乘客舒适度允许的竖向离心加速度,通过高速铁路线路竖向离心加速度允许值的分析,认为高速铁路线路的竖向离22心加速度允许值取0.4m/s 较为合适(困难条件下为0.5m/s )。据此可导出根据舒适度要求确定的高速铁路线路最小竖曲线半径,经计算取整见表1-6。当竖曲线半径增大到一定程度,养护维修很难达到其设置要求,因此,根据国内外养护维修经验,最大竖曲线半径一般不大于30000m;最小竖曲线长度不得小于25m。

3)竖曲线与缓和曲线、圆曲线、道岔及钢轨伸缩调节器重叠设置问题

竖曲线与缓和曲线、道岔及钢轨伸缩调节器重叠有如下不利影响:①增加线路测设工作量;②对行车安全和乘坐舒适度的影响;③增加养护维修工作的难度。同时考虑到缓和曲线、道岔及钢轨伸缩调节器长度相对圆曲线较短,避免重叠设置容易处理,我国高速铁路设计规范规定竖曲线与缓和曲线、道岔及钢轨伸缩调节器不得重叠。

竖曲线与平面圆曲线重叠设置,同样增加线路测设工作量,对行车安全和乘坐舒适度产生不利的影响,增加养护维修工作的难度,但由于高速铁路平面圆曲线半径较大,圆曲线长度较长,一般可达1~2km以上,为避免竖曲线与圆曲线重叠设置而增加的工程投资巨大,同时此项重叠可通过采取适当措施减轻其不利影响。因此,我国高速铁路设计规范规定竖曲线与平面圆曲线不宜重叠设置,困难条件下竖曲线与圆曲线可重叠设置,但应满足表1-7的要求。表1-7 竖曲线与平面圆曲线重叠设置的曲线半径最小值(4)其他

正线两线并行时,两线轨面高程宜按等高(曲线地段为内轨面等高)设计。正线与联络线、动车组走行线、既有线并行时,其轨面设计高程应根据路基横断面设计情况综合研究确定。

连续梁、钢梁及较大跨度的桥上纵断面设计应符合桥梁设计的技术要求。

隧道内的坡道可设置为单面坡道或人字坡道,地下水发育的长隧道宜采用人字坡,其坡度不应小于3‰。路堑地段线路坡度不宜小于2‰。

跨越排洪河道的特大桥和大中桥的桥头路基、水库和滨河地段、行洪及滞洪区的浸水路堤,其路肩设计高程应按有关设计规范并结合国家防洪标准设计。

站坪宜设在平道上;困难条件下,可设在不大于1‰的坡道上;特别困难条件下,可设在不大于2.5‰的坡道上;越行站可设在不大于6‰的坡道上。到发线有效长度范围内宜采用一个坡度。车站咽喉区的正线坡度宜与站坪坡度一致;困难条件下,可适当加大,但不宜大于2.5‰;特别困难条件下不应大于6‰。1.3高速铁路路基

路基是轨道的基础,也叫线路下部结构。高速铁路的出现对传统铁路的设计施工和养护维修提出了新的挑战,在许多方面深化和改变了传统的设计方法和理念。高速铁路路基主体结构应按土工结构物进行设计,其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设计等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性,使之能抵抗各种自然因素作用的影响,确保列车高速、安全和平稳运行。1.3.1 路基横断面

无砟轨道支承层(或底座)底部范围内可水平设置,支承层(或底座)外侧路基面设置不小于4%的横向排水坡。有砟轨道路基面形状应为三角形,由路基面中心向两侧设置不小于4%的横向排水坡。曲线加宽时,路基面仍应保持三角形。

路肩虽不直接承受列车荷载作用,但它对保证路基受力部分的稳固十分重要。路肩宽度选择应同时满足敷设接触网支柱、安放通信信号设备、埋设必要的线路标志、通行养路机具等要求。路肩宽度取决于以下几个因素:①路基稳定的需要,特别是浸水以后路堤边坡的稳定性;②满足养护维修的需要;③保证行人的安全,符合安全退避距离的要求;④为路堤压密与道床边坡坍落留有余地。我国高速铁路有砟轨道路肩宽度根据所采用的机车外形、车辆幅宽、列车长度、行车速度等,参考其他国家的资料考虑了上述要求后,提出路基两侧路肩宽度不应小于1.4m(双线)和1.5m(单线)的标准。

路基横断面宽度和布置形式设计要考虑路基稳定的需要、线间距、轨道结构形式、曲线超高设置、路肩宽度、通信信号和电力电缆布置、接触网立柱基础位置、声屏障基础等因素的影响,并应综合考虑路基防排水问题。我国高速铁路设计规范中规定直线地段路基面宽度应符合表1-8的规定。表1-8 路基面标准宽度

路基面在无砟轨道正线曲线地段一般不加宽,当轨道结构和接触网支柱等设施的设置等有特殊要求时,应根据具体情况分析确定。有砟轨道正线曲线地段路基面应在曲线外侧按表1-9的规定加宽,曲线加宽值应在缓和曲线内渐变。

图1-2~图1-9为我国高速铁路路基的标准横断面图。表1-9 有砟轨道曲线地段路基面加宽值1.3.2 路基基床(1)基床结构

高速铁路路基基床是由基床表层和底层组成的两层结构。我国高速铁路基床表层厚度无砟轨道为0.4m,有砟轨道为0.7m,基床底层厚度为2.3m。图1-2 无砟轨道双线路堤标准横断面图1-3 无砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面图1-4 无砟轨道双线非硬质岩路堑标准横断面图1-5 无砟轨道单线路堤标准横断面(2)基床表层

路基基床表层的刚度应满足列车运行时产生的弹性变形能控制在一定范围内的要求;其强度应能承受列车荷载的长期作用;其厚度应使扩散到其底层面上的动应力不超过基床底层土的长期承载能力。基床表层填料应具有优良的级配、较高的密实度、强度及良好的水稳性;能够防止地表水侵入导致基床软化及产生翻浆冒泥、冻胀等基床病害。我国高速铁路基床表层要求填筑级配碎石,压实标准应符合表1-10的规定,其材料规格应符合相关技术条件要求。图1-6 有砟轨道双线路堤标准横断面图1-7 有砟轨道双线硬质岩路堑标准横断面图1-8 有砟轨道双线非硬质岩路堑标准横断面图1-9 有砟轨道单线路堤标准横断面(3)基床底层

路基基床底层填料采用A、B组填料或改良土,A、B组填料粒径级配应符合压实性能要求,寒冷地区冻结影响范围填料应符合防冻胀要求。路基填料最大粒径在基床表层内应小于60mm,在基床以下应小于75mm。基床底层压实标准应符合表1-11的规定。表1-10 基床表层的压实标准30v2v2注:无砟轨道可采用K 或E 。当采用E 时,其控制标准v2v2v1为E ≥120MPa,且E /E ≤2.3。表1-11 基床底层压实标准30v2v2注:1.无砟轨道可采用K 或E ;当采用E 时,其控制标v2v2v1准为E ≥80MPa,且E /E ≤2.5;2.括号内数字为寒冷地区化学改良土考虑冻融循环作用所需强度值。1.3.3 路堤

基床以下路堤宜选用A、B组填料和C组碎石、砾石类材料,其粒径级配应符合压实性能要求;当选用C组细粒土填料时,应根据填料性质进行改良。基床以下路堤压实标准应符合表1-12的规定。表1-12 基床以下路堤压实标准30v2v2注:无砟轨道可采用K 或E ;当采用E 时,其控制标准v2v2v1为E ≥45MPa,且E /E ≤2.6。

工后沉降是指铺轨工程完成以后,基础设施产生的沉降量。路基工后沉降值应控制在允许范围内,地基处理措施应根据地形和地质条件、路堤高度、填料及工期等进行计算分析确定。对路基与桥台及路基与横向结构物过渡段、地层变化较大处和不同地基处理措施连接处,应采取逐渐过渡的地基处理方法,减少不均匀沉降。路基施工应进行系统的沉降观测,铺轨前应根据沉降观测资料进行分析评估,确定路基工后沉降符合要求后方可进行轨道铺设。路基工后沉降量应符合下列规定:

1)无砟轨道路基工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降不宜超过15mm;沉降比较均匀并且调整轨面高程后的竖曲线半径满足式(1-3)的要求时,允许的工后沉降量为30mm。sh式中 R ——轨面圆顺的竖曲线半径(m);sj

v ——设计最高速度(km/h)。

路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5mm,不均匀沉降造成的折角不应大于1/1000。

2)有砟轨道路基工后沉降应符合表1-13的要求。表1-13 路基工后沉降控制标准

至于各种特殊地区路堤的填筑要求以及路堑、路基排水、路基防护、路基支挡等问题不再详细介绍。1.3.4 过渡段(1)设置过渡段的原因

铁路线路是由不同特点、性质迥异但又相互作用、相互依存、相互补充的构筑物(桥、隧、路基等)和轨道构成的。由于组成线路的结构物强度、刚度、变形、材料等方面的巨大差异,因此必然会引起轨道的不平顺。为了满足列车平稳舒适且不间断地运行,必须将其不平顺控制在一定范围之内。例如,与桥梁连接处的路堤一直是铁路路基的一个薄弱环节,由于路基与桥梁刚度差别很大,一方面引起轨道刚度的变化,另一方面,路基与桥台的沉降也不一致,在桥路过渡点附近极易产生沉降差,导致轨面发生弯折。当列车高速通过时,必然会增加列车与线路的振动,引起列车与线路结构的相互作用力的增加,影响线路结构的稳定,甚至危及行车安全。在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段,可使轨道的刚度逐渐变化,并最大限度地减少路基与桥梁之间的沉降差,达到降低列车与线路的振动,减缓线路结构的变形,保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路堑、有砟轨道与无砟轨道等连接处均应设置过渡段,保证刚度及变形在线路纵向的均匀变化。(2)路桥过渡段

路堤与桥台连接处应设置过渡段,可采用沿线路纵向倒梯形过渡段形式(图1-10),并应符合下列规定:

1)过渡段长度按式(1-4)确定,且不小于20m。L=a+(H-h)·n    (1-4)式中 L——过渡段长度(m);

H——台后路堤长度(m);

h——基床表层厚度(m);

a——倒梯形底部沿线路方向长度,取3~5m;

n——常数,取2~5。

2)过渡段路堤基床表层应满足上述有关要求,并掺入5%的水泥。基床表层以下倒梯形部分分层填筑掺入3%水泥的级配碎石,压30实标准应满足压实系数K≥0.95、地基系数K ≥150MPa/m、动态变形vd模量E ≥50MPa的要求。图1-10 台尾过渡段设置

3)过渡段桥台基坑应以混凝土回填或以碎石、灰土分层填筑并用小型机具碾压密实,混凝土应满足设计强度要求,碎石、灰土填筑vd应满足E ≥30MPa。

4)过渡段地基需要加固时应考虑与相邻地段协调渐变。

5)过渡段还应符合轨道特殊结构的要求。

6)过渡段路堤应与其连接的路堤同时施工,并按大致相同的高度分层填筑。距离台背2.0m范围内应用小型机具碾压密实并适当减少分层填筑厚度。

7)过渡段处理措施及施工工艺应结合工程实际,进行现场实验。(3)路堤与横向结构物过渡段

路堤与横向结构物(立交框构、箱涵等)连接处,应设置过渡段,可采用沿线路纵向倒梯形过渡形式,如图1-11所示。寒冷地区过渡段设置应充分考虑与横向结构物冻结影响范围填料的防冻,如图1-12所示。横向结构物顶面填土厚度不大于1.0m时,横向结构物及两侧20m范围内基床表层填筑级配碎石应掺加5%水泥,如图1-13所示。(4)路堤与路堑过渡段

路堤与路堑连接处应设置过渡段,过渡段可采用下列设置方式:

1)当路堤与路堑连接处为硬质岩石路堑时,在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶,每级台阶自原坡面的挖入深度不应小于1.0m,台阶高度0.6m左右,并应在路堤一侧设置过渡段,如图1-14所示。

2)当路堤与路堑连接处为软质岩石或土质路堑时,应顺原地面纵向开挖台阶,每级台阶挖入深度不应小于1.0m,台阶高度0.6m左右,如图1-15所示,其开挖部分填筑要求应与路堤相应位置相同。(5)其他过渡段

土质、软质岩路堑与隧道连接地段,应设置过渡段,并采用渐变厚度的混凝土或掺入5%水泥的级配碎石填筑。

无砟轨道与有砟轨道连接处路基应设置过渡段,并符合轨道形式过渡要求。图1-11 一般路堤与横向结构物(h>1.0m)过渡段注:图中图1-12 寒冷地区路堤与横向结构物(h>1.0m)过渡段图1-13 路堤与横向结构物(h≤1.0m)过渡段

两桥之间、桥隧之间及两隧之间的短路基宜采取适宜措施,平顺过渡;当两桥间为小于150m非硬质岩路堑时,路基基础可采用桩板结构或保证平顺过渡的工程措施。

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