南京河西有軌電車路基設(shè)計特點

賀 偉

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，南京 210017)

南京河西有軌電車路基設(shè)計特點

賀 偉

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，南京 210017)

現(xiàn)代有軌電車作為新興的城市軌道交通，與地鐵、輕軌、高速鐵路的設(shè)計有著眾多方面的顯著差別，在現(xiàn)有路基設(shè)計理論的基礎(chǔ)上結(jié)合南京河西地區(qū)有軌電車的工程實踐情況，研究闡明本項目沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定依據(jù)、地基處理方案的主要影響因素、路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，為制定有軌電車合理的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

有軌電車；整體道床；沉降標(biāo)準(zhǔn)；地基處理

1 工程概況

1.1 項目概況

南京市河西新城快速公交工程一號線項目位于南京市河西新城，連接新城中、南部地區(qū)。全長約7.76 km，全線共設(shè)車站13座，地下車輛基地1座。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)主體結(jié)構(gòu)使用年限：100年；

(2)正線和軌距：雙線，軌距采用1 435 mm，曲線半徑R≥50 m；

(3)車輛類型：100%低地板國產(chǎn)車，近期5模塊，遠(yuǎn)期7模塊編組；

(4)設(shè)計時速：最高運行速度50 km/h，預(yù)留70 km/h；

(5)軌道類型：整體道床，采用59R2槽形軌；

(6)環(huán)境類別：沿線環(huán)境類型為Ⅱ類；

(7)抗震設(shè)防烈度為7度，地震峰值加速度為0.10g。

1.2 地質(zhì)概況

(1)地形地貌：場地地貌單元屬于長江漫灘。沿線穿越雙閘街道的雙龍村等村鎮(zhèn)和農(nóng)田，場地地形較平坦，場地內(nèi)河溝、水塘較多。

(2)特殊巖土

人工填土：場地內(nèi)局部近期填積的1-1層雜填土厚度較大，局部分布1-1A層淤泥質(zhì)填土(主要分布于頭關(guān)河及沿線水塘、水溝底部)，其填料混雜，工程性質(zhì)很差，不能作為建筑物和軌道線路的地基持力層。

軟土：場地內(nèi)填土層以下普遍分布的2-2層、2-3層和局部分布的2-4A淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，屬中等～高靈敏結(jié)構(gòu)性飽和軟土。軟土層(2-2、2-3)厚度5～20 m。

2 設(shè)計要點

河西現(xiàn)代有軌電車的車輛荷載及速度與鐵路相比屬于輕型軌道交通，但軌道結(jié)構(gòu)采用整體道床結(jié)構(gòu)，沉降要求高于一般的碎石道床，應(yīng)參考相關(guān)整體道床的沉降標(biāo)準(zhǔn)制定的理論經(jīng)驗和技術(shù)總結(jié)。路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：mm)

2.1 沉降標(biāo)準(zhǔn)確定

有軌電車的沉降標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以滿足有軌電車安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性的要求為目標(biāo)。關(guān)于有軌電車的沉降標(biāo)準(zhǔn)還沒有成熟的經(jīng)驗和行業(yè)規(guī)范參考，目前可借鑒的規(guī)范有《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》(TB10001—2005)、《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2003)，以及高鐵、地鐵研究相對較成熟的理論和工程經(jīng)驗總結(jié)；在以上可參見的相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，河西有軌電車的路基設(shè)計主要考慮扣件調(diào)高量、地質(zhì)條件、運營期間軌面可調(diào)整的能力，制定了一般路基工后沉降不應(yīng)大于100 mm，路橋過渡段工后沉降不應(yīng)大于30 mm的標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計將扣件調(diào)高量作為沉降標(biāo)準(zhǔn)制定的原則之一，一般的局部沉降應(yīng)在扣件的調(diào)整范圍內(nèi)，大規(guī)模的均勻沉降應(yīng)滿足線路豎曲線圓順的要求。依據(jù)現(xiàn)有的國內(nèi)外的相關(guān)經(jīng)驗：在較大范圍的均勻沉降的情況下，沉降可定為扣件可調(diào)整范圍的2倍。

(1)本次采用的軌道扣件的調(diào)高量為50 mm，按2倍計算工后沉降控制要求約為100 mm。

(2)滿足鐵路動力學(xué)條件(舒適性條件)的相關(guān)公式

000 m

設(shè)計線路設(shè)計最小豎曲線為1 000 m由此計算的沉降差

以20 m計，允許沉降差計算值100 mm。

由此，當(dāng)制定工后沉降絕對值≤100 mm時，亦滿足由此公式推算的沉降差≤100 mm的要求。

(3)橋頭過渡段，依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(日本新干線結(jié)構(gòu)物豎向平移折角限值、中國臺灣高速鐵路結(jié)構(gòu)物豎向平移折角限值)當(dāng)Vsj≤70 km/h，過渡段的折角限值為9‰；本項目橋頭過渡段制定30 mm的沉降要求，按橋頭過渡段15～20 m計，折角值為1.5‰～2‰，遠(yuǎn)小于9‰，因此，滿足折角限值要求。

由沉降標(biāo)準(zhǔn)的制定可以看出，沉降控制中的不均勻沉降應(yīng)作為沉降控制的重要方面。設(shè)計時不均勻沉降關(guān)鍵控制點：不同地基處理段、填土高度相差較大段、橋頭過渡段；主要措施：依據(jù)沉降計算，通過深層攪拌樁1.1～1.5 m間距變化及敷設(shè)雙向土工格柵，控制沉降差；加強橋頭、不同地基處理方式間的過渡處理，設(shè)計長度20～30 m；在整體道床底部，設(shè)置筏板基礎(chǔ)調(diào)整不均勻沉降，筏板長度25 m，并在筏板上設(shè)置注漿孔。

2.2 處理方案確定

有軌電車路基的設(shè)計概述：有軌電車起始段約2.8 km為現(xiàn)有市政路，沿市政路中央綠化帶、路側(cè)綠化帶敷設(shè)，為挖方段；順市政路直下約4 km為新建市政路，有軌電車沿市政路中央綠化帶敷設(shè)，填方段填高約2 m；剩余約1 km新建市政路，沿市政路路側(cè)綠化帶敷設(shè)，填方段填高2～4.5 m。

有軌電車路基主要特點總結(jié)：有軌電車需與市政路配合施工，標(biāo)準(zhǔn)不一致，且存在新建段和既有段；按挖填高度分：挖方段、填高2 m左右段、填高4 m左右段。

影響設(shè)計的主要因素：同步建設(shè)的市政路處理方式、地質(zhì)條件、工期、造價。

設(shè)計期間由于有軌電車沉降標(biāo)準(zhǔn)相對較嚴(yán)的限制，采用較強的地基處理方案與造價的矛盾就十分突出；其次，市政路實行了較大面積的真空預(yù)壓，如果施工工序未能協(xié)調(diào)好，將會出現(xiàn)預(yù)壓對有軌電車路基產(chǎn)生較大沉降的情況。因此方案應(yīng)盡量做到細(xì)化和分階段的動態(tài)設(shè)計。有軌電車路基設(shè)計段落劃分見表1。

(1)既有段由于市政路已經(jīng)運營近十年，上部土的固結(jié)密實程度較好，且由于挖除換填后路基的軌面設(shè)計高程與市政路面高程基本持平，因此大大減小了引起路基沉降的附加荷載。經(jīng)計算，一般段落滿足100 mm的工后沉降要求。地基處理方式為挖除換填方案。

表1 有軌電車路基設(shè)計段落劃分

(2)新建段由于存在填土高度，且底部軟土連續(xù)分布于線路走向，需采取有效的地基處理措施。本次考慮地基處理的經(jīng)濟(jì)性，主要考慮采用深層攪拌樁(單軸雙向)、真空預(yù)壓。第一階段：結(jié)合市政路的地基處理方式，在市政路真空預(yù)壓處理的段落有軌電車也采用真空預(yù)壓，真空預(yù)壓80 kPa，3～4個月；其余段落采取攪拌樁。第二階段：第一階段的真空預(yù)壓段落，依據(jù)真空預(yù)壓處理效果，判定是否進(jìn)行攪拌樁加固處理。

(3)真空預(yù)壓方案，排水板插入軟土層長度12～15 m，接近砂土層，梅花形布置，預(yù)壓時間3～4個月；現(xiàn)階段提交的部分預(yù)壓段沉降監(jiān)測資料，依據(jù)雙曲線預(yù)測法預(yù)測總沉降及工后沉降，采用河海大學(xué)sep98程序計算，結(jié)果判定：沉降速率<2 mm/d，工后沉降(路基填筑及軌道鋪設(shè)完成以后的沉降)在50 mm左右，滿足一般路基的工后沉降要求；下一階段對真空預(yù)壓處理后的段落進(jìn)行補充勘察，獲取預(yù)壓處理后的沉降計算數(shù)據(jù)，按現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行沉降計算，與沉降監(jiān)測資料得出的工后沉降預(yù)測值進(jìn)行對比驗證。由于河西地區(qū)土質(zhì)的特殊性，次固結(jié)的結(jié)構(gòu)特性比較突出，相關(guān)的研究，還未有足夠的工程實踐，本次設(shè)計為南京河西地區(qū)在沉降標(biāo)準(zhǔn)較高情況下實施真空預(yù)壓處理軟土提供了工程實踐經(jīng)驗。

攪拌樁方案，原則上樁長穿透軟土層，但由于單軸攪拌樁的處理深度的限制，在軟土厚度超過18 m以上的一般路基段，樁長取18 m；其相關(guān)的施工參數(shù)應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場的試樁結(jié)果確定。攪拌樁處理段沉降的發(fā)生主要由加固段和未加固段產(chǎn)生，且加固段的沉降有較成熟的理論計算，可按規(guī)范計算。穿透軟土層的段落沉降計算一般均滿足小于50 mm要求；未穿透軟土層的沉降計算，依據(jù)設(shè)計規(guī)范要求按附加應(yīng)力的分布計算樁端以下的沉降，經(jīng)計算滿足沉降要求。樁間距1.1～1.4 m，根據(jù)軟土厚度依據(jù)沉降要求采取不同的樁間距；過渡段位置處采取樁間距變化實現(xiàn)過渡。由于針對攪拌樁未加固層的沉降計算還不成熟，方案設(shè)計時應(yīng)盡量避免采用“懸浮樁”。

2.3 路基結(jié)構(gòu)層及墊層的壓實標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代有軌電車軸重較輕，但鋪設(shè)無縫線路 ，軌道平順和穩(wěn)定性要求高。綜合考慮運營、軌道結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)，有軌電車的路基結(jié)構(gòu)設(shè)置為：路基最上部為40 cm厚的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，往下依次為基床表層碎石墊層，厚40 cm；基床底層二灰土墊層(石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6)，厚70 cm；基底以下采用C組填料。剛度設(shè)計從上至下逐漸降低。路基結(jié)構(gòu)厚度1.5 m，與地鐵規(guī)范所要求的基床表層(0.4 m)+基床底層(1.1 m)的總厚度一致，滿足電車動應(yīng)力消減的厚度要求，動靜應(yīng)力比小于0.1。剛性筏板有調(diào)節(jié)不均勻沉降和降低基底附加應(yīng)力擴(kuò)散的作用?；矇簩崢?biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 壓實標(biāo)準(zhǔn)

3 技術(shù)應(yīng)用前景及經(jīng)驗總結(jié)

(1)有軌電車路基設(shè)計還無相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，在沉降標(biāo)準(zhǔn)的制定、沉降控制等核心設(shè)計原則及關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化上還在完善和經(jīng)驗積累的階段，如何合理地將現(xiàn)有軌道路基的理論應(yīng)用于有軌電車設(shè)計領(lǐng)域，是當(dāng)前面臨的主要問題。本次有軌電車路基的設(shè)計思路、設(shè)計參數(shù)及工程實踐經(jīng)驗總結(jié)可為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和設(shè)計參數(shù)的選擇提供支持。

同時有軌電車行業(yè)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)還與運營維護(hù)的措施、成本、大修期密切相關(guān)，這些都還需要工程實踐的檢驗和數(shù)據(jù)提供；沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)范化將為這些關(guān)鍵指標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持。

(2)有軌電車路基設(shè)計及沉降控制技術(shù)和軌道、整體道床的設(shè)計密不可分，設(shè)計時應(yīng)充分了解相關(guān)技術(shù)參數(shù)。同時線路的設(shè)計參數(shù)如縱坡、豎曲線等，一方面影響運營期間軌道沉降可調(diào)整的程度，另一方面影響路基填方的高度，在地質(zhì)較差的地段會直接影響路基地基處理方案選擇，影響有軌電車項目的總體造價。

因此在有軌電車方案制定初期，就應(yīng)強調(diào)專業(yè)間的配合，實現(xiàn)方案的整體設(shè)計，重視加強沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，從而實現(xiàn)有軌電車投資小的建設(shè)成本優(yōu)勢和為以后制定更加合理經(jīng)濟(jì)的設(shè)計指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

[1] 王炳龍. 高速鐵路路基工程[M].北京:中國鐵道出版社，2007.

[2] 北京城建設(shè)計研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB 10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005．

[4] 中華人民共和國建設(shè)部.建標(biāo)104—2008 城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，2008．

[5] 郝小亮.沈陽渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車工程設(shè)計技術(shù)[J].都市快軌交通，2013(6)：184-189．

[6] 湯曉光，陳善雄，許錫昌.論鐵路客運專線沉降變形評估標(biāo)準(zhǔn)與合理控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(2):1-3．

[7] 徐元慶，李斌，范浩.路基不均勻沉降對列車-路基上無砟軌道耦合系統(tǒng)動力特性的影響[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2012(3)：13-19．

[8] 趙立寧，蔡小培，曲村.地面沉降對路基上單元板式無砟軌道平順性的影響分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(10)：15-18．

[9] 王其昌，蔡成標(biāo)，羅強，等.高速鐵路路橋過渡段軌道折角限值的分析[J].鐵道學(xué)報，1998(3)：109-109．

[10] 鄭心銘，張世杰，唐廣輝.紀(jì)文利鐵路路基過渡段設(shè)計常見問題及對策[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(10)：44-47.

[11] 黃應(yīng)州.鐵路海相軟土路基處理方法的研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(11)：11-15.

[12] 鞠國江.無砟軌道鐵路路基沉降觀測及評估[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009(8)：19-22.

The tramcar roadbed design features in Nanjing Hexi

He Wei

(Jiangsu Transport Science & Research Institute Co.， Ltd.， Nanjing 210017)

Modern trams， as an emerging means of urban rail transit， are different remarkably from subway， light rail and high-speed railway in many perspectives. This paper， on the basis of subgrade design theory and in the light of the engineering practices of trams project in Hexi district of Nanjing， studies and defines the references to determine settlement control criterion， the key influential factors relating to foundation treatment， and the design parameters of subgrade structure， and provides references for establishing proper tram design standards.

Tram; Integrated track on solid bed; Settlement standard; Foundation treatment

2013-11-11；

：2014-01-22

賀 偉(1981—)，男，工程師，2009年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)，土木工程專業(yè)，工學(xué)碩士。

1004-2954(2014)10-0033-03

U239.5

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.008