鄭心銘，張世杰，唐廣輝，紀(jì)文利

(1.中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844;2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

鐵路路基過渡段設(shè)計常見問題及對策

鄭心銘1，張世杰2，唐廣輝2，紀(jì)文利2

(1.中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844;2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

路橋、路涵過渡段是最為常見的過渡段，對過渡段形式選擇、橫斷面設(shè)計，最小長度問題、過渡段交叉重疊問題、挖方過渡段、站內(nèi)過渡段、特殊結(jié)構(gòu)形式過渡段設(shè)計等系列問題進(jìn)行探討，并給出對應(yīng)的解決方案。

鐵路路基;過渡段;設(shè)計;常見問題;對策

1 概況

橋梁與路基的連接處是鐵路路基的薄弱環(huán)節(jié)，一方面由于剛度差別而引起軌道剛度的突變，同時路基與橋臺沉降不一致，導(dǎo)致軌面不平順，引起列車與軌道的相互作用增加，影響列車高速運(yùn)行。從秦沈客運(yùn)專線開始，我國鐵路設(shè)計速度達(dá)到160 km/h，過渡段的理念首次提出［1-2］，隨著鐵路等級和行車速度的提升，200～250 km/h，300 ～350 km/h，以及無砟軌道的出現(xiàn)，過渡段由路基與結(jié)構(gòu)物發(fā)展到路堤與路塹，半填半挖，橋頭與路塹，剛性短路基等多個樣式，規(guī)范對填料和壓實標(biāo)準(zhǔn)提出了一定的要求［3-5］，實際工作中還有許多問題值得探討和研究，本文僅就使用最多的路橋、路涵過渡段在設(shè)計過程中的常見問題進(jìn)行研討。

2 規(guī)范的相關(guān)規(guī)定

各種不同等級鐵路設(shè)計規(guī)范對過渡段的要求詳見表1。

3 正梯形和倒梯形的選擇

目前規(guī)范上出現(xiàn)了2種過渡段形式，即正梯形和倒梯形，從剛性過渡來看，2種形式均能滿足過渡要求，而在實際工程實踐中，秦沈客運(yùn)專線、鄭西客運(yùn)專線、京滬高速鐵路、哈大客運(yùn)專線采用了倒梯形過渡段［6-7］，而武廣客運(yùn)專線采用了正梯形過渡段，到底采用哪種形式更加合理呢?筆者推薦倒梯形過渡段的形式，理由如下。

表1 不同規(guī)范對路橋過渡段的設(shè)計要求

圖1 正梯形和倒梯形過渡段示意

(1)倒梯形過渡段大部分的優(yōu)質(zhì)填料位于路基面位置，鐵路路基分為基床表層、基床底層和基床以下3部分，填料的品質(zhì)也是自上而下逐步減弱，上部因受到動荷載的作用填料最好，而倒梯形過渡段的大量品質(zhì)較好填料位于基床范圍，符合路基填料設(shè)計理念。

(2)同樣尺寸(高度、長邊和短邊的長度均相同)的正梯形和倒梯形過渡段，正梯形由于其長邊位于下部，路基寬度大，工程數(shù)量較倒梯形多20% ～30%。

(3)從施工過程來看，過渡段的填料品質(zhì)要求比較高，過渡段填料絕大部分情況下需要統(tǒng)一場制，集中填筑，其填筑多數(shù)安排在一般填料填筑完成后，留下過渡段的缺口。這個缺口，對于倒梯形的過渡段，可以比較方便地預(yù)留出來(沿圖中AB預(yù)留)，而對于正梯形的過渡段，缺口是不可能按照圖中CD預(yù)留的，只能按照倒梯形的方式預(yù)留(沿圖中EF預(yù)留)，這樣中間形成一個U形缺口(CDEF)，這個缺口的填筑，就是二次過渡的部分，對于200 km/h以上的線路，規(guī)范對二次過渡填料和壓實標(biāo)準(zhǔn)提出了明確要求，還需要按照規(guī)范要求再次填筑。可見倒梯形過渡段更加方便施工。

4 過渡段橫斷面設(shè)計

關(guān)于過渡段的橫斷面設(shè)計，僅在《新建時速200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》中涵洞過渡段有所體現(xiàn)，即采用包心填筑，此橫斷面設(shè)計最早出現(xiàn)在秦沈客運(yùn)專線，以路肩寬度分界，內(nèi)部1∶1采用級配碎石填筑，外側(cè)1∶1～1∶1.5的范圍仍采用普通填料，見圖2。

圖2 過渡段橫斷面包心填筑斷面

包心填筑中頂部最小寬度該如何取值?有砟軌道路基一般是取路肩寬度，其寬度為0.8～1.0 m，但對于無砟軌道路基，此問題規(guī)范上沒有明確說明。如果按照路肩的概念，從軌道板基礎(chǔ)外邊緣到路肩，寬度達(dá)2.7 m，這樣級配碎石頂面寬度將大大小于同等級的有砟軌道，其合理性需要進(jìn)一步的研究和驗證。實際設(shè)計中，大部分設(shè)計的無砟軌道“路肩寬度”按照同等級的有砟軌道的路肩寬度取值。

5 規(guī)范要求20 m最小長度的問題

時速200 km以上客運(yùn)專線過渡段長度要求不小于20 m，如果按照公式計算出來的長度不足20 m，該如何處理呢?

以《新建時速300～350 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》倒梯形過渡段為例，過渡段的長度計算公式為:

式中 L——過渡段長度;

a——常數(shù);

H——橫向構(gòu)筑物后路基高度;

h——橫向構(gòu)筑物頂至路肩高度;

n——過渡段縱向坡率。

為了增加過渡段的長度，可以增大a值或者放緩坡度n，直接加大a取值，工程數(shù)量增大明顯;放緩坡度，長度增加較快，數(shù)量增加不明顯。

實際設(shè)計過程中，推薦取a=5，n=4進(jìn)行計算，如長度仍不足，則調(diào)整a值，使L滿足20 m。不可固定L和a調(diào)整坡度n，導(dǎo)致過渡效果不均。

6 相鄰過渡段搭界問題

《新建時速200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》6.1.11規(guī)定，“兩涵之間以及橋臺尾與涵之間的凈距離不宜小于30 m”，而《新建時速300～350 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》4.6.1-1則要求過渡段長度不小于20 m，對于中心距離小于40 m的橋涵，將出現(xiàn)兩個相鄰過渡段重疊的問題，即使不重疊，間距過小，剩余的一般填料頂寬太小，從施工角度來看，也是無法填筑的。如何處理過渡段邊緣距離過小甚至重復(fù)搭接的問題［8-9］，經(jīng)綜合考慮填料剛度的過渡、施工的難度，可采用如下的處理方式:

當(dāng)過渡段凈間距大于30 m時，按照正常填筑;

當(dāng)過渡段凈間距大于10 m小于30 m時，基床底層采用與過渡段相同填料填筑;

當(dāng)過渡段凈間距小于10 m時，兩過渡段之間填料均采用與過渡段相同的填料填筑。見圖3。

圖3 相鄰過渡段間距較小的填筑方式(單位:m)

7 位于挖方的過渡段

《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路設(shè)計指南》［10］首次提出了“挖方橋臺過渡段”的設(shè)計，實際上山區(qū)挖溝底地段設(shè)置在挖方中的涵洞也是常有的，其設(shè)計原則視相鄰路塹的巖性而定，弱風(fēng)化的硬質(zhì)巖采用混凝土回填基坑，其余地層除回填基坑外，還需要設(shè)置20 m長度的過渡段［11］。橋臺與土質(zhì)路塹的過渡段示意見圖4。

圖4 挖方橋臺過渡段設(shè)計(單位:m)

8 施工順序?qū)е碌奶罘竭^渡段變成挖方過渡段

旅客地道屬于站后工程，一般在站前工程施工時尚未開標(biāo)，但因架梁通道需要，路基需要全線貫通，實際施工中一般先通長填土碾壓，待架梁完成后，再來開挖地道和填筑兩側(cè)的過渡段［12］。此時過渡段的情況同正常施工路基填筑有所不同，由于填土為一次大面積碾壓形成的，壓實質(zhì)量控制較好，若仍按照較緩坡度開挖，廢棄土石方較多，因此按照規(guī)范的最陡邊坡1∶2開挖，既減少了開挖土石方的數(shù)量和級配碎石回填的數(shù)量，同時加快了工期。如圖5所示。

圖5 站內(nèi)填方過渡段因工序安排變?yōu)橥诜竭^渡段

9 站內(nèi)過渡段

站內(nèi)多股道并列，旅客地道穿越高速鐵路無砟軌道，高速鐵路有砟軌道，普速線等不同等級的線路，還有站臺下填土，其橫斷面設(shè)計是個難以取舍的難題，分述如下。

(1)兩臺四線的中間站，正線和相鄰的到發(fā)線按照相同的標(biāo)準(zhǔn)處理，站臺填土下部不設(shè)過渡段，見圖6。

圖6 兩臺四線的中間站過渡段橫斷面設(shè)計(單位:m)

(2)股道多、形式復(fù)雜的車站

正線和相鄰的到發(fā)線按照相同的標(biāo)準(zhǔn)處理，被站臺分隔開的普速線按照普速線標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)處理，站臺下部按照普速線處理。見圖7。

(3)挖方地段的地道過渡段

圖7 股道眾多的車站橫斷面設(shè)計(單位:m)

位于挖方的車站不少見，此時站內(nèi)地道處于挖方范圍內(nèi)，其過渡段的設(shè)置比照前述第7條的設(shè)置原則，此處以弱風(fēng)化泥灰?guī)r為例，處于此種較好地層中的過渡段不需放坡開挖，而是采用素混凝土回填開挖線與地道結(jié)構(gòu)之間的空隙，避免空隙處回填其他填料形成軟硬不均的狀況。見圖8。

圖8 挖方地段地道兩側(cè)過渡段設(shè)計

10 剛構(gòu)橋過渡段

剛構(gòu)橋同一般的標(biāo)準(zhǔn)雙線橋梁相比，形式上非常靈活，必須引起設(shè)計者的足夠重視，由于過渡段設(shè)計和橋梁設(shè)計分屬不同專業(yè)，剛構(gòu)橋的特殊性往往被其他專業(yè)所不知，導(dǎo)致橋和過渡段設(shè)計相互脫離，以鞍山站運(yùn)糧河中橋為例，該橋為五橋七線，位于曲線上，平面布置見圖9，此類過渡段一定要結(jié)合具體橋梁設(shè)計單獨(dú)設(shè)計。

圖9 站內(nèi)剛構(gòu)橋平面布置

11 立交框構(gòu)兩側(cè)的過渡段設(shè)置

客運(yùn)專線進(jìn)入樞紐范圍，從既有線邊緣通過，既有公路立交框構(gòu)進(jìn)行了接長，此時兩側(cè)的過渡段如何設(shè)置?如果從框構(gòu)下部開始開挖，工程數(shù)量大，也會影響既有線的運(yùn)營安全，此時與橋梁專業(yè)深入結(jié)合顯得尤為重要。為了施工安全，橋梁專業(yè)設(shè)計中，在框構(gòu)兩側(cè)設(shè)置了灌注樁臨時防護(hù)措施，過渡段設(shè)計考慮將灌注樁和框構(gòu)之間采用片石混凝土回填，原地面以上填筑過渡段要求的填料(樁外土體未受擾動，不再換填處理)，如果地面至路肩高度不足基床厚度，則下挖至基床厚度，靠近既有線側(cè)需采取臨時防護(hù)措施，保證開挖安全，橫縱斷面如圖10所示。

圖10 既有線框構(gòu)接長處過渡段設(shè)計(單位:m)

12 結(jié)語

過渡段屬于不同結(jié)構(gòu)的結(jié)合部，在保證行車高速、安全、舒適方面意義重大。橋涵和路基分屬不同的專業(yè)，存在著專業(yè)接口問題，而接口問題恰恰是客運(yùn)專線設(shè)計比較薄弱的環(huán)節(jié)，容易發(fā)生設(shè)計遺漏和結(jié)合不利的問題，從本文可見，雖然過渡段已經(jīng)廣泛采用，但仍存在著一些需要進(jìn)一步探討和深化的問題，筆者列舉了工作中常見的問題，并提出了處理方法，愿與同仁就此類問題共同探討。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］ 茅梅花.路橋過渡段的施工方法［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009(11):47.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)函［2005］285號 新建時速200 km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

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Common Problems and Solutions in Transition Section Design of Railway Subgrade

ZHENG Xin-ming1，ZHANG Shi-jie2，TANG Guang-hui2， JI Wen-li2
(1.Project Administration Center，China Railway Corporation，Beijing 100844，China;2.China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Beijing 100055，China)

Regarding the most commonly-used transition sections between subgrade and bridge as well as between subgrade and culvert，this thesis analyzes a series of issues in the designs of the transition sections，such as the selection of transition form，cross-section type，minimum length，crossing or overlapping，earth excavation transition section，station transition section，special structure transition section and so on.And then，the corresponding solution schemes are proposed.

railway subgrade;transition section;design;common problems;solutions

U213.1

A

1004-2954(2013)10-0044-04

2013-01-29;

2013-03-05

鄭心銘(1975—)男，高級工程師，1997年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院交通土建專業(yè)，工學(xué)學(xué)士;2005年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁與隧道專業(yè)，工學(xué)碩士。