武廣鐵路客運專線無砟軌道路基工程接口設計

劉 洋,賴紫輝

(中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

1 概述

在以往的路基接口設計中,適用于設計時速160 km及以下的《鐵路路基設計規范》規定：通信、信號、電力等各種光、電纜溝槽應從路堤坡腳或路塹側溝平臺上通過,必須從路肩或路堤邊坡上通過時,應進行結構設計,并采取有效措施,保證路基的完整和穩定[1]。適用于設計時速200 km及以上的客貨共線和客運專線相關暫行規定均要求：路基上的各種設備宜與路基同步修建,并不得因其設置而損壞和危及路基的穩固與安全[2]。德國DB836行業標準《路基工程設計、施工與維護》規定：路基附屬工程(電纜槽溝、防噪聲保護措施、軌道電路等)一般應在填筑路基保護層(基床表層)之前施工,過軌管道“橫穿”路基,應滿足靜力學和構造方面的要求[3]。無砟軌道客運專線要求路基作為結構物設計,必須保證路基的完整和穩定,路基接口設計顯得尤為重要。

2 路基工程接口相關專業及主要內容

與路基工程接口有關的站后專業主要有：通信(包括有線和無線通信)、信號、電力、接觸網、環境工程等。主要接口工程包括以下內容：

(1)通信、信號、電力電纜槽及手孔設置；

(2)綜合接地貫通地線在路基地段的敷設方式；

(3)通信、信號、電力、綜合接地貫通地線的橫向連接線(以下簡稱“接地電纜”)及接觸網PW線的橫向過軌管道敷設方式；

(4)電力電纜從路肩向坡腳轉換方式；

(5)通信、信號、電力電纜引入通信基站或信號中繼站；

(6)接觸網立柱基礎；

(7)聲屏障立柱基礎。

上述各類接口工程應與路基主體工程同步施工,在鋪軌以前全部完成。

3 路基接口工程主要設計原則及參數

3.1 電纜槽及手孔

3.1.1 電纜槽及手孔的布置及功能

按照強、弱電分槽設置、就近使用的原則,結合路肩上護肩的設置,一般情況下,通信和信號電纜合槽鋪設,電纜槽拉通設置在路肩上,電力電纜槽拉通設置在路堤坡腳或側溝平臺上。在橋隧之間路基很短時,為避免電力電纜頻繁上下穿梭于路肩與坡腳之間,電力電纜槽可與通信信號電纜槽并行設置于路肩上,但二者之間須保持一定的距離(一般不小于50 cm)。

在橋頭,隧道洞門處,通信、信號、電力、接地電纜及接觸網PW線需要橫向過軌和檢修的位置設置手孔。通信信號手孔對稱設置在兩側路肩上,電力手孔對稱設置在兩側路堤坡腳或側溝平臺上。除了專門供接觸網PW線過軌設置的手孔外,路肩上的手孔位置應避開聲屏障立柱基礎。

各類電纜槽及手孔的規格及功能見表1。

3.1.2 電纜槽及手孔的材料及規格

電纜槽及手孔采用C25鋼筋混凝土或無機復合板預制構件(手孔為現澆)。電纜槽每50 cm一節,手孔為單節,電纜槽內及手孔內均鋪設中粗砂。為避免電纜在通過手孔時下垂彎曲,在手孔側壁上設角鋼支架,高度同電纜槽底部高程。為防止鼠害及孔內中粗砂流失,在外側隔板的泄水孔處設置一層φ2 mm鋼絲網(網距1.0 cm×1.0 cm),預制混凝土時一并埋入。電纜槽采用橫向排水措施,在中間隔板和外側隔板底部間隔2.0 m設置泄水孔,采用φ50 mm PVC塑料管制作。

電纜槽及手孔的關系如圖1所示。

表1 電纜槽、手孔規格及功能一覽

圖1 電纜槽、手孔及過軌管道平面關系(單位：cm)

3.2 綜合接地貫通地線敷設方式

路基地段的綜合接地貫通地線采用兩側對稱設置方式,埋設于路肩以下,通信信號電纜槽下方,距離基床底層頂面30 cm。在設置手孔位置從手孔內穿過。根據軌道、通信、信號、電力、接觸網等相關專業的需求,在適當里程分別預留接地線,連接電纜槽內的引接線端子排。間隔一定距離采用與貫通地線同材質、同規格的銅纜進行橫向等電位連接,要求綜合接地系統的接地電阻應不大于1 Ω。

3.3 橫向過軌管道及敷設方式

有橫向過軌需求的電纜包括通信、信號、電力、接地電纜及接觸網PW線,在路堤基底或路基基床通過開槽或預埋穿管敷設實現過軌目的。為避免電磁干擾,在同一里程位置強電電纜(電力及接觸網PW線)與弱電電纜(通信、信號和接地電纜)原則上不能同時過軌或共溝(槽)埋設,間距不小于1.0 m,分別從手孔的大小里程端引出。

過軌管道全長采用內徑100 mm的高密度聚乙烯(HDPE)雙壁波紋管(PE100)或無縫鋼管,管內預埋2根φ2 mm鋼絲用于穿管。

在路堤、路塹及橋隧之間短路基地段,各種過軌管道的敷設方式如下。

3.3.1 路堤地段橫向過軌管道

(1)通信、信號、接地電纜及接觸網PW線過軌管道

通信、信號、接地電纜或接觸網PW線從甲型手孔側面引出,過軌位置在路基基床底層上部,過軌管道頂部距離路基面不小于820 mm。

(2)電力電纜過軌管道

電力電纜從乙型手孔側面或底部引出,過軌位置位于路堤填方基底,管道在地面、擋土板及排水溝等結構物以下最小埋深不小于0.3 m。

路堤地段過軌管道的敷設方式如圖2所示。

圖2 路堤地段過軌管線埋設布置設計(單位：mm)

3.3.2 路塹地段橫向過軌管道

(1)通信、信號、接地電纜及接觸網PW線過軌管道

土質及軟質巖路塹同路堤地段。

硬質巖路塹地段的通信、信號、接地電纜或接觸網PW線從甲型手孔側面引出,過軌位置在路基基床底層上部,過軌管道頂部距離路基面不小于820 mm。

(2)電力電纜過軌管道

土質及軟質巖路塹地段的電力電纜從乙型手孔底部引出,過軌位置位于路塹基床底層換填中部,管道在側溝以下埋深不小于0.1 m,過軌管道頂部距離路基面不小于2 164 mm。

電力電纜在硬質巖路塹地段原則上不過軌,特殊情況下個別設計。

土質及軟質巖路塹地段過軌管道的敷設方式如圖3所示。

圖3 土質及軟質巖路塹地段過軌管線埋設布置設計(單位：mm)

3.3.3 橋隧之間短路基地段橫向過軌管道

在橋隧之間短路基地段,包括電力電纜在內的幾乎所有電纜都位于路肩上,通信、信號、電力、接地電纜或接觸網PW線從丙型手孔側面引出,過軌位置在路基基床表層內,過軌管道頂部距離路基面不小于300 mm。

3.4 電力電纜從路肩向坡腳轉換方式

當電力電纜需要從路肩向坡腳轉換時,電力電纜管道從丙型手孔側面引出,通過路堤邊坡和排水溝底部,引入路堤坡腳外的乙型手孔。管道在地面及排水溝溝底以下最小埋深不小于0.3 m,在邊坡坡面上埋深不小于0.4 m。

3.5 通信、信號、電力電纜引入通信基站或信號中繼站

3.5.1 路堤地段

通信、信號電纜管道從甲型手孔側面引出,通過路堤邊坡和排水溝底部,電力電纜從乙型手孔引出,同時引入路堤坡腳外通信基站或信號中繼站。電力電纜與通信、信號電纜不應共溝(槽)埋設。

管道在地面及排水溝溝底以下最小埋深不小于0.3 m,在邊坡坡面上埋深不小于0.4 m。

3.5.2 路塹地段

通信、信號電纜管道從甲型手孔底部引出,從側溝溝底混凝土中穿過,電力電纜從乙型手孔引出,同時引入路塹外通信基站或信號中繼站。電力電纜與通信、信號電纜不應共溝(槽)埋設。

管道距離溝底高程不小于0.1 m,在地面以下最小埋深不小于0.3 m。

3.6 接觸網立柱基礎

接觸網立柱位于電纜槽內側,距離左右線的距離為3.0 m。

3.7 聲屏障立柱基礎

聲屏障立柱位于電纜槽內側,距離左右線的距離不小于4.60 m。

4 施工方法及施工技術要求

4.1 電纜槽及手孔

4.1.1 施工順序

(1)基床表層級配碎石填筑到設計高程、經過觀測已經滿足沉降要求,并且接觸網立柱的鋼筋混凝土基礎已經施工完畢后,在兩側路肩上把接觸網立柱基礎以外級配碎石全部切除。

(2)在現場預制電纜槽。

(3)在基床底層上現澆C15混凝土底座,同時安裝電纜槽及現場澆筑手孔(丙型手孔為預制),采用M7.5瀝青水泥砂漿連接成一個整體；電纜槽與接觸網立柱基礎之間的空隙也采用M7.5瀝青水泥砂漿封閉。

(4)預留電纜槽泄水孔后,砌筑漿砌片石護肩。

4.1.2 施工注意事項

(1)電纜槽及手孔的安裝應在接觸網立柱基礎施工完成后進行。

(2)級配碎石采用專用機械無水切割。

(3)在預埋接地線的位置,C15混凝土底座與電纜槽底部均預留φ50 mm綜合接地孔,安裝時接入預埋的接地線后,采用M7.5水泥砂漿封閉。

4.2 綜合接地貫通地線

綜合接地貫通地線可采取預埋或切割開槽方式。

4.2.1 預埋方式

在基床底層填筑壓實至倒數第2層時,采取壓痕方式預埋貫通地線,在壓路機上臨時焊接角鋼立模(寬2 cm,高6 cm)或直接在地面鋪設鋼條,形成凹槽后鋪設貫通地線,同時在相關接地需求的里程位置引出引接線和引接端子,槽內回填相同填料并人工夯實。

4.2.2 切割開槽方式

基床表層級配碎石填筑壓實、采用機械切割后,安裝電纜槽之前,在基床底層頂面切割開槽(寬度0.2 m),敷設貫通地線,在相關接地需求的里程位置引出引接線和引接端子,槽內回填相同填料并人工夯實。

4.3 橫向過軌管道

4.3.1 路堤地段橫向過軌管道施工技術要求

(1)通信、信號、接地電纜及接觸網PW線過軌管道

在路基基床底層填筑壓實后,采取機械切割開槽埋管的施工方法,開槽深度0.6 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定),鋪設過軌管道后回填相同填料并人工夯實。

(2)電力電纜過軌管道

在路堤填筑前,在基底采取機械切割或人工開槽埋管的施工方法,開槽深度及寬度均為0.3 m,鋪設過軌管道后回填相同填料并人工夯實。需要穿越擋墻或排水溝等結構物時,在擋土板與排水溝結構物底部的最小埋深不小于0.3 m。需要穿越重力式路肩墻時,管道直接與擋墻混凝土一并澆筑。

4.3.2 路塹地段橫向過軌管道

(1)通信、信號、接地電纜及接觸網PW線過軌管道

土質及軟質巖路塹地段敷設方式同路堤。

硬質巖路塹地段在基床表層超挖換填0.1 m厚的C25混凝土墊層前,采取機械切割開槽埋管的施工方法,開槽深度0.3 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定),鋪設過軌管道后槽內回填C15混凝土。

(2)電力電纜過軌管道

在路塹基床底層換填壓實到距離軌面高程2.761 m時,采取機械切割或人工開槽埋管的施工方法,開槽深度及寬度均為0.3 m,鋪設過軌管道后回填相同填料并人工夯實。

4.3.3 橋隧之間短路基地段

在橋隧之間短路基地段,級配碎石摻水泥或C15混凝土等剛性材料填筑壓實或現場澆筑后,采取機械切割開槽埋管的施工方法。開槽深度0.4 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定),鋪設過軌管道后槽內回填C15混凝土。

4.4 電力電纜從路肩向坡腳轉換方式

電力電纜從路肩向坡腳轉換時,在路堤填筑成形、初步修整邊坡坡面后,采取人工開槽埋管的施工方法。開槽深度0.4 m,寬度0.3 m,鋪設管道后回填相同填料并人工夯實。

4.5 通信、信號、電力電纜引入通信基站或信號中繼站

4.5.1 路堤地段

通信、信號電纜管道從手孔引入通信基站或信號中繼站的施工方法與電力電纜從路肩向坡腳轉換方式相同。邊坡上開槽深度0.5 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定)。在坡腳以外地面,通信、信號電纜管道開槽深度0.3 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定),電力電纜管道開槽深度及寬度均為0.3 m。

4.5.2 路塹地段

通信、信號電纜管道在現場澆筑手孔時,采取機械切割或人工開槽埋管的施工方法,盡量與本段側溝同步施工,管道直接與本段側溝混凝土一并澆筑。在側溝以外地面,通信、信號電纜管道開槽深度0.3 m,寬度0.3～0.6 m(根據過軌的管道數量確定),電力電纜管道開槽深度及寬度均為0.3 m。

4.6 接觸網立柱基礎

(1)基床表層級配碎石填筑到設計高程、經過觀測已經滿足沉降要求后,在路肩上采用旋挖鉆孔(干鉆)成孔。

(2)制作安裝鋼筋籠,一次連續灌注混凝土基礎。

(3)基礎頂面預留法蘭盤,與立柱采用螺栓連接。

(4)基礎周圍的空隙采用瀝青水泥砂漿填補。

(5)回填壓實瀝青混凝土防水層。

4.7 聲屏障立柱基礎

聲屏障立柱基礎在基床表層級配碎石填筑到設計高程、經過觀測已經滿足沉降要求后,砌筑漿砌片石護肩之前施工。采用旋挖鉆孔(干鉆)灌注施工,可以與通信信號電纜槽同時施工。基礎頂面預留法蘭盤,與立柱采用螺栓連接。基礎周圍的空隙采用瀝青水泥砂漿填補。

5 結語

目前,關于過軌管道的埋深還存在一定分歧。按照德國DB836行業標準相關規定,為保證路基地段的剛度平順性,過軌管道的埋設深度應不小于軌底以下1.5 m。考慮到目前四電集成相關技術標準實施的困難程度,為不影響土建工程的施工進度,將埋設過軌管道的施工周期盡量向后推延,在武廣、鄭西和京津城際3條已建成無砟軌道客運專線建設中,要求將過軌管道的埋設深度減小為無砟軌道的道床板頂面以下不小于600 mm。根據武廣鐵路客運專線的軌道結構形式和路基標準橫斷面設計圖計算,要滿足過軌管道能夠在蓋板以下進入手孔,其埋設深度最小為道床板頂面以下不小于700 mm。筆者認為,過軌管道最好埋置于同一種路基填料中,埋于基床底層上部為宜。究竟埋深多大合適,經過武廣、鄭西和京津城際3條客運專線的建設實踐,包括過軌管道最佳埋深在內的無砟軌道客運專線諸多路基接口設計原則和參數都將形成中國特色的行業標準。

[1] TB10001—2005,J447—2005,鐵路路基設計規范[S]．

[2] 鐵建設[2004]157號,京滬高速鐵路設計暫行規定[S]．

[3] DB836行業標準,路基工程設計、施工與維護[S]．