路基过渡段处理措施研究

在过渡点，由于轨道竖向刚度突然变化、车轮标高突然改变 （或升或降），随后引起行车竖向加速。根据牛顿定律，由此产生 动载，导致车轮竖向受力的改变。力的改变量取决于过渡点两侧 高程差（轨道挠度），过渡段ｋ的变化取决于行车速度、悬挂类型
及车身质量。车轮作用于钢轨上竖向力也取决于行车方向，如图 ２所示。
混凝土桥台或隧道基底
ｔｍｓｉｔｉｏｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ａｎｄ ｓⅡｍｌａ一强ｔｈｅ
ｓｔａｇｅ ｏｆ Ｑｉｎｇ－Ｓｈｅｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ，ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｒｅｆｅｒｅｎｏｅ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓＩ：ａｇｅ ｏｆ Ｗｅｎ－Ｆｕ ｒａｉｌｗａｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，ｔｒａｃｋ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｈ提ａｓｕ】懋，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｃｒａｆｔｓ
第３３卷第１６期 ２ ０ ０ ７年６月
山 西建筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ兀瓜Ｅ
Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１６ Ｊｔｍ．２００７
·２９５·
文章编号：１００９—６８２５（２００７）１６．０２９５．０２
路基过渡段处理措施研究
曹钢龙
摘要：分析了铁路过渡段轨道力学机理：综述了国内外高速铁路过渡段处理措施，并对我国秦沈客运专线过渡段的处
报。２００１（ｓｕｐ）：１６２—１６５，１５９． ［５］周天想，白羚．秦沈客运专线路桥Ａ，Ｂ组加筋土过渡段施工
技术［Ｊ］．铁道工程学报，２００１（ｓｕｐ）：１３３—１３６． ［６］秦沈客运专线基床表层级配碎石施工［Ｊ］．铁道工程学报，
２００１（ｓｕｐ）：１８１．１８３，１７１． ［７］杨广庆，彭华，刘建坤．软基上高速铁路路桥过渡段的技术
迥异的线下构筑物（桥涵、隧道、路基组成线路的各结构物在变形、强度、刚度、材料等方
面存在巨大差异，并会随着运量、时间、气候环境等因素而变化， 以及车辆荷载的随机性和重复性、轨道结构的组合性和松散性、
养护维修的经常性和周期性等特点，决定了轨道的变形和刚度在
线路纵向是变化的和不均匀的（不平顺）。特别是当轨下基础的
路基
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图２轨道过渡段相应的ｋ分布图
火车驶向桥梁，车轮受到不断增加的动载（也是钢轨承受的 动载）是由于车轮（和车辆）在短时间内（一秒或更少）往上提升到 刚度大的桥台上引起的，车轮动载在桥台处增加，发生损伤的是 过渡点附近顶部上的钢轨与木枕，它们不断受到打击，这些打击 力也会伤及桥台。行车方向背离桥梁，驶向较软的铺碴轨道，因 为铺有道碴的轨道比桥台上的轨道有更大的弯曲变形，车轮向背 离桥台方向“落下”，由此产生的附加动载传给轨道。最大受力位 置取决于车速，车速越大，则车轮受力最大值离桥台越远，因为附 加动载传递给道碴与路基较少，较大的附加动载使钢轨与轨枕受 到打击而损伤。这些车轮荷载使道碴相互碰撞而磨细、枕木悬 空、永久性钢轨变形和众所周知的桥梁末端“跳车”现象。类似的 情况在隧道两端也可能出现，特别是隧道中的轨枕置于坚硬基底 之上的地方。在平交道口两端，由于道口的结构及坚硬的道碴一 基底使轨道刚度增大，这些坚硬的道碴—基底是由于受到公路交 通车辆不断压紧所致。这种类型的问题在木枕与混凝土轨枕轨 道的过渡点也有可能发生，原因是轨道模量忌不同，在这种情况 下，当火车驶向混凝土轨枕时，其车轮产生的附加动载可能会使 毗邻的混凝土枕开裂和使“刚度”大的一侧软化。 ２国内外铁路路桥过渡段处理措施
般比土基床大，在过渡段范围内逐渐增加道床的厚度，也可逐步 提高轨道的刚度，减小路桥连接处两侧刚度的差异。必须注意的 是，由于高速铁路路基的压实标准较高，基床表层又采用了级配 碎砾石强化结构，路基基床的模量已普遍大于道床模量，在此条 件下，通过加厚道床来提高轨道刚度的设想与实际情况不符。 ２．３在过渡段较硬一侧，通过设置轨下、枕下、碴底橡 胶垫层来降低轨道刚度
２．１在过渡段较软一侧，增大基床刚度、减小路基沉降
该类处理方法的主要目的是通过加强路基结构来达到减小 路桥间在刚度和沉降两方面的差异，以减小路桥间的不平顺。具 体的处理方法有以下几种：
１）优质填料构筑法。使用强度高、变形小的优质填料（如级 配砾碎石、水泥稳定粒料等）进行过渡段的填筑。该法是最常用 的一种处理措施，几乎在各国的高速铁路设计规范中均推荐有此 方案。该方案的设计意图明确，材料性质稳定易控制，刚度与变 形逐渐过渡。可能存在的问题是台背狭窄空间的压实质量不易 得到保证，相对较大的填料容重引起的软土地基沉降也较大。使
４温福铁路过渡段处理措施，
温福铁路过渡段以采用级配碎石填筑处理措施为主。其中 桥路过渡段采用级配碎石加５％水泥和级配碎石填筑两种形式过 渡；涵路过渡段采用级配碎石填筑；遂路连接处如路基为土质路 基时采用底部换填Ｃ２０混凝土，基床表层采用级配碎石加５％水 泥过渡。过渡段要求与相邻路基为一体同时施工，填筑方案可参 照秦沈线施工经验制定试验方案确定。 参考文献： ［１］罗 强．高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研
对于桥梁或隧道等刚性结构物上的轨道，可通过调整轨下垫 板的刚度，或设置枕下垫块（无碴轨道）等方法，使轨道的刚度值 与较软一侧轨道的刚度值相适应。垫板或垫块的设计参数可通 过室内外试验和计算分析确定。
对于有碴轨道结构，由于列车荷载的动力作用较大，常使道 碴发生磨损粉化。为了解决这个问题，日本在高速铁路刚性轨道 基础的道碴层底面（桥面）铺设了一层厚约２５ ｍｍ的橡胶垫层。 美、德等国也铺设过由废旧汽车轮胎加工制作而成的碴底垫层。 碴底橡胶垫层的设置，会降低轨道的刚度，减小路桥问轨道的刚 度差。
措施研究［Ｊ］．探矿工程，２００２（５）：１３．１．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ
ＣＡＯ Ｇａｎｇ－ｌｏｎｇ
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３我国秦沈客运专线过渡段处治措施
秦沈线路桥过渡段设计采用级配碎石和加筋土两种过渡段 形式，对桥上无碴轨道与路基上有碴轨道的过渡除采用以上两种 形式外，还辅以桥台设置搭板及过渡段设置辅助轨排等辅助措 施；路涵过渡段采用级配碎石填筑形式。对于软土路基的路桥过 渡段，地基采用粉喷桩、旋喷桩、砂桩、水泥搅拌桩等复合地基加 固及塑料排水板、砂垫层、袋装砂井与预压土相结合的加固措施。
万方数据
即钢轨支撑模量或轨道模量。轨道刚度越大，足则越大。
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夕（∞ 图１标准轨道分析模型
而轨道过渡段及惫分布如图２所示，为了使正线保持良好状
态，采用木枕时，轨道模量愚＝２０ Ｎ／眦２，采用混凝土轨枕时，根
据轨枕刚度和基底条件，壳取值范围是４０ Ｎ危ｍｆ～１００ Ｎ／ｍｍ２， 隧道或桥台上的轨道，则ｋ值要更大一些。
收稿日期：２００７．０４—２６ 作者简介：曹钢龙（１９７３．），男，工程师，中铁十二局集团第一工程公司，山西临汾０４１０００
万方数据
．２９６．
２’９０３３０，９７年Ｊｇ １６６月期
山西建筑
用轻质力学性能较好的材料，如ＥＰＳ（聚苯乙烯泡沫塑料）、人工 气泡混凝土（泡沫水泥砂浆）、火山灰、粉煤灰等，填筑路桥过渡段 是近年来国内外研究、开发和应用的一种减轻构筑物自重的工艺 方法。该法可显著减小台背填料自身的压缩变形，减小对地基的 竖向加载作用及对台背的水平压力，有效降低地基的工后沉降。 与地基处理进行综合考虑，能降低地基的处理费用，减小地基处 理的范围和缩短施工工期。
１）通过调整轨枕的长度和间距来提高轨道刚度。 在过渡段范围内，可通过使用逐步增长的超长轨枕和减小轨 枕间距的方法来实现轨道刚度的逐步过渡。 美国ＡＲＥＡ在桥头路基上铺设较长的轨枕，自路桥连接处开 始铺设，轨枕长度逐渐减小，并最终降至标准长度。加拿大国铁 公司也采用了类似的方法来完成混凝土枕向木枕轨道的过渡，在 混凝土枕向木枕过渡时，铺设长度逐渐减小并最终降至标准长度 的木枕以形成过渡段。这样，随着轨枕长度的逐渐变化，轨枕在 道床上的支承面积逐渐减小，从而形成轨道刚度的连续渐变。 ２）通过增大轨排刚度来提高轨道刚度。 设置附加轨可增加较软一侧路基上的轨道刚度。德国在 ＩＣＥ高速铁路的Ｍｕｈｌｂｅｒｇ隧道人Ｅｌ处采用了这种方法。该隧道 内是无碴轨道，隧道外是有碴混凝土枕轨道，帮轨长约３０ ｍ，由四 根附加在轨枕上的钢轨组成，两根在运行轨之间，两根在运行轨 外侧。这样，由四根附加轨和两根运行轨组成的轨排具有较好的 整体性和较大的轨道刚度，可减小隧道内外轨道刚度的差异，降 低道床和基床的应力。 ３）通过加厚道床来提高轨道刚度。 道碴是一种强度高、变形小的优质散体材料，道床的模量一
导我国目前方兴未艾的高速铁路建设事业具有重要的参考价值。
１铁路过渡段力学机理
对标准有碴轨道分析如图１所示，钢轨由靠得很近但分隔开
的弹簧连续性支撑，弹簧代表了轨枕、扣件、道碴及地基的作用。
根据这个模型，钢轨与轨枕在Ｘ位置处接触压力。
ｐ（ｘ）＝抽（士）
（１）
其中，硼（ｚ）为点ｚ位置时钢轨轴竖向挠度；矗为比例系数，
３）过渡板法。在过渡段范围内路基填土上（内）现浇一块钢 筋混凝土厚板，并使板的一端支承在刚性桥台上，利用钢筋混凝 土厚板的抗弯刚度来增大轨道结构的刚度和消除错台。该法在 公路系统中得到了最为广泛的应用，也取得了较好的效果。
４＞土质改良法。使用各种土质改性的方法对过渡段路基填 料进行处理，提高填土的强度，降低填土的压缩性，增加路基的刚 度和减小路基的变形。同样，不同的加固范围和加固位置可达到 不同的处理目的。若只对基床部分填土进行土质改良，则对减小 路桥间轨道刚度的差异有一定效果，能降低由动载产生的基床变 形，但不能减小由柔性路基土工结构与刚性桥台人工结构间沉降 差引起的轨面变形。 ２．２在过渡段较软一侧，增大轨道刚度
治措施进行了总结，为温福铁路过渡段施工提供了参考。
关键词：过渡段，轨道，处理措施，施工工艺 中图分类号：Ｕ４１６．１
文献标识码：Ａ
引言
铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提，这些均取决于 构成铁路系统各方面的高品质和高可靠性。其中，铁道线路的稳
定与平顺是必不可少的条件之一。铁道线路是由不同特点、性质
结构不同时，轨道的变形和刚度就会随之发生较为明显的突变， 产生显著的过渡段问题。如桥上线路与两端的路基线路、隧道内
线路与隧道外的线路、填方路基线路与挖方路基线路以及有碴轨
道与无碴轨道、道岔外轨道与道岔内轨道、平交道ＩＺｌ内轨道与外
轨道等的交接部位，都是线路最易产生不平顺的地方。因此，对过 渡段轨道力学机理进行分析和总结，过渡段既有的工程经验对指
究［Ｄ］．成都：西南交通大学博士学位论文，２００３． ［２］匡志新，梁冰，白国良．高速铁路路桥过渡段变形机制研究
［Ｊ］．青岛建筑工程学院学报，２００４，２５（２）：４０—４３， ［３］杨广庆，刘宪福，叶朝良．高速铁路路基与桥梁过渡段技术措
施分析［Ｊ］．铁道标准设计，１９９９（５）：３８—３９． ［４］王育红．秦沈客运专线路桥过渡段施工技术［Ｊ］．铁道工程学
２）加筋土法。在过渡段路基填土（必要时也可包括地基）中 埋设一定数量的拉筋材料，形成加筋土路基结构，加筋土不仅能 增加路基的强度，还能大幅提高路基的刚度，显著减小路基的变 形。通过调整拉筋材料的布置间距和位置，可方便地达到路桥间 线路平顺过渡的目的。必须注意的是拉筋埋设范围与位置不同， 将达到不同的处理效果。拉筋仅布置于基床内，其主要作用是加 强基床结构、增大基床刚度、减小列车动荷载引起的路基变形。 拉筋满布于路基面以下的路堤（包括地基）内，既能增大基床的刚 度，又能减小动载和自重引起的路基变形。