鐵路路基過渡段設計常見問題及對策

鄭心銘，張世杰，唐廣輝，紀文利

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

鐵路路基過渡段設計常見問題及對策

鄭心銘1，張世杰2，唐廣輝2，紀文利2

(1.中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844;2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，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、橫斷面設計，最小長度問題、過渡段交叉重疊問題、挖方過渡段、站內過渡段、特殊結構形式過渡段設計等系列問題進行探討，并給出對應的解決方案。

鐵路路基;過渡段;設計;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節，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，影響列車高速運行。從秦沈客運專線開始，我國鐵路設計速度達到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，過渡段由路基與結構物發展到路堤與路塹，半填半挖，橋頭與路塹，剛性短路基等多個樣式，規范對填料和壓實標準提出了一定的要求［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、路涵過渡段在設計過程中的常見問題進行研討。

2 規范的相關規定

各種不同等級鐵路設計規范對過渡段的要求詳見表1。

3 正梯形和倒梯形的選擇

目前規范上出現了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，秦沈客運專線、鄭西客運專線、京滬高速鐵路、哈大客運專線采用了倒梯形過渡段［6-7］，而武廣客運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 不同規范對路橋過渡段的設計要求

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質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較好填料位于基床范圍，符合路基填料設計理念。

(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，工程數量較倒梯形多20% ～30%。

(3)從施工過程來看，過渡段的填料品質要求比較高，過渡段填料絕大部分情況下需要統一場制，集中填筑，其填筑多數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，可以比較方便地預留出來(沿圖中AB預留)，而對于正梯形的過渡段，缺口是不可能按照圖中CD預留的，只能按照倒梯形的方式預留(沿圖中EF預留)，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，規范對二次過渡填料和壓實標準提出了明確要求，還需要按照規范要求再次填筑。可見倒梯形過渡段更加方便施工。

4 過渡段橫斷面設計

關于過渡段的橫斷面設計，僅在《新建時速200～250 km客運專線鐵路設計暫行規定》中涵洞過渡段有所體現，即采用包心填筑，此橫斷面設計最早出現在秦沈客運專線，以路肩寬度分界，內部1∶1采用級配碎石填筑，外側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，此問題規范上沒有明確說明。如果按照路肩的概念，從軌道板基礎外邊緣到路肩，寬度達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，其合理性需要進一步的研究和驗證。實際設計中，大部分設計的無砟軌道“路肩寬度”按照同等級的有砟軌道的路肩寬度取值。

5 規范要求20 m最小長度的問題

時速200 km以上客運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客運專線鐵路設計暫行規定》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;

H——橫向構筑物后路基高度;

h——橫向構筑物頂至路肩高度;

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，工程數量增大明顯;放緩坡度，長度增加較快，數量增加不明顯。

實際設計過程中，推薦取a=5，n=4進行計算，如長度仍不足，則調整a值，使L滿足20 m。不可固定L和a調整坡度n，導致過渡效果不均。

6 相鄰過渡段搭界問題

《新建時速200～250 km客運專線鐵路設計暫行規定》6.1.11規定，“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客運專線鐵路設計暫行規定》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搭接的問題［8-9］，經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:

當過渡段凈間距大于30 m時，按照正常填筑;

當過渡段凈間距大于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

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

圖4 挖方橋臺過渡段設計(單位:m)

8 施工順序導致的填方過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，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，因此按照規范的最陡邊坡1∶2開挖，既減少了開挖土石方的數量和級配碎石回填的數量，同時加快了工期。如圖5所示。

圖5 站內填方過渡段因工序安排變為挖方過渡段

9 站內過渡段

站內多股道并列，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，正線和相鄰的到發線按照相同的標準處理，站臺填土下部不設過渡段，見圖6。

圖6 兩臺四線的中間站過渡段橫斷面設計(單位:m)

(2)股道多、形式復雜的車站

正線和相鄰的到發線按照相同的標準處理，被站臺分隔開的普速線按照普速線標準對應處理，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計(單位:m)

位于挖方的車站不少見，此時站內地道處于挖方范圍內，其過渡段的設置比照前述第7條的設置原則，此處以弱風化泥灰巖為例，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構之間的空隙，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 挖方地段地道兩側過渡段設計

10 剛構橋過渡段

剛構橋同一般的標準雙線橋梁相比，形式上非常靈活，必須引起設計者的足夠重視，由于過渡段設計和橋梁設計分屬不同專業，剛構橋的特殊性往往被其他專業所不知，導致橋和過渡段設計相互脫離，以鞍山站運糧河中橋為例，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合具體橋梁設計單獨設計。

圖9 站內剛構橋平面布置

11 立交框構兩側的過渡段設置

客運專線進入樞紐范圍，從既有線邊緣通過，既有公路立交框構進行了接長，此時兩側的過渡段如何設置?如果從框構下部開始開挖，工程數量大，也會影響既有線的運營安全，此時與橋梁專業深入結合顯得尤為重要。為了施工安全，橋梁專業設計中，在框構兩側設置了灌注樁臨時防護措施，過渡段設計考慮將灌注樁和框構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，靠近既有線側需采取臨時防護措施，保證開挖安全，橫縱斷面如圖10所示。

圖10 既有線框構接長處過渡段設計(單位:m)

12 結語

過渡段屬于不同結構的結合部，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，存在著專業接口問題，而接口問題恰恰是客運專線設計比較薄弱的環節，容易發生設計遺漏和結合不利的問題，從本文可見，雖然過渡段已經廣泛采用，但仍存在著一些需要進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 鐵路路基設計規范［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］.中國新技術新產品，2009(11):47.

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

［4］ 中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2005］140號 新建時速200～250 km客運專線鐵路設計暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［5］ 中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2007］47號 新建時速300～350 km客運專線鐵路設計暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［6］ 尹建勛，劉揚.秦沈客運專線路橋過渡段級配砂礫石填筑技術［J］.鐵道標準設計，2001(10):48-50.

［7］ 鄒振華.秦沈客運專線路橋過渡段施工技術［J］.鐵道標準設計，2001(10):13-14.

［8］ 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［9］ 徐玲芝.時速200 km/h客運專線過渡段施工技術［J］.鐵道工程學報，2007(S1).

［10］中華人民共和國鐵道部.鐵建設函［2005］754號 客運專線無砟軌道鐵路設計指南 鐵建設函［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［11］羅強，蔡英.高速鐵路路橋過渡段變形限值與合理長度研究［J］.鐵道標準設計，2000(6):2-4.

［12］劉彬.鐵路客運專線過渡段施工技術研究［J］.鐵道標準設計，2006(12):12-16.

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年畢業于石家莊鐵道學院交通土建專業，工學學士;2005年畢業于西南交通大學橋梁與隧道專業，工學碩士。