第九章 高速、重载铁路路基解析

第三章高速、重载铁路路基

本章要点：高速、重载铁路对路基的技术要求；高速、重载铁路路基的主要技术标准；高速、重载铁路路基的基床及其过渡段。

第一节概述

一、高速、重载铁路发展概况

随着运输工具的现代化，特别是航空和高速公路的迅速发展，铁路运输面临激烈竞争，迫切需要新的运输模式以迎接挑战。1964年，日本诞生了世界上第一条高速铁路一一东海道新干线，运行速度达210km/h。随后，法、德、西班牙等国根据各自国家的特点，竞相发展高速铁路。1981年，法国修建了速度达270km/h的TGV东南线，尔后又修建了时速300km 的TGV大西洋线，并于1990年5月13日创下试验速度达515.3km/h的新纪录。目前，全世界最高运行速度在200km/h及其以上的铁路已超过10000km。高速铁路以快捷、安全、舒适、良好的经济和社会效益等优势，在客运市场中赢得了主动。在货运方面，一些国家如美国、加拿大、澳大利亚和南非等，相继发展了适合本国国情的重载运输，降低了运输成本，增强了竞争力。

为适应我国国民经济的高速发展，我国铁路积极稳妥地推进货运重载和客运快速、高速化。继20世纪80年代建设了我国第一条重载铁路一一大秦线后，通过线路改造、车辆和信号设备的更新，相继在一些重要干线（京广、沈山、石德线等）开行了不同形式的重载列车，使这些线路的运输能力有了大幅提高。客运方面，1994年建成了我国第一条准高速铁路一一广深线，速度达160km/h。1998年从瑞典引进摆式列车后，最高速度达200km/h。1999年我国第一条客运专线——秦沈线动工建设，设计速度200km/h。京沪高速铁路也将在21世纪初开始修建。1994年铁道部颁布的《铁路主要技术政策》明确提出要在沿海经济发达、客流集中的东部走廊，发展最高时速250km/h其以上的客运专线。可以预见，我国的高速、重载铁路将在本世纪得到大力发展。

二、高速铁路对路基的技术要求

路基是轨道的基础，对高速行车的线路而言，路基的坚实稳固是线路稳定及列车高速运行的重要保证。高速、高密度行车对路基的作用特点是：轨道及路基振动加剧，路基所受的由列车动荷载产生的重复荷载增大，作用次数增加，土体的疲劳作用加剧；同时，由于行车速度的提高，路基振动及所受动荷载增大，促使基床强度降低和变形发展。此外，由于行车密度增大，养护维修的作业时间受到限制，这些都对作为轨道基础的路基提出了更高的要求。高速铁路路基除满足常速铁路对路基的一般要求外，为适应列车高速运行的要求，尚应满足

下列要求：

（一）有足够的强度和经受重复荷载的疲劳强度

由于列车轮轨系统的振动加速度、冲击功能等均与速度的平方成正比，所以随着行车速度的提高，路基所受动荷载及动荷载作用次数将明显增加。为保证高速行车条件下路基的稳定，路基必须具有足够的强度。此外，由于动荷载的作用次数增加，路基土体的疲劳作用加强。日本的试验资料指出：在高速行车的条件下，当重复荷载达100万次时，土的强度将降到80%左右。为了保证高速铁路路基在重复荷载作用下的稳定，路基还应具有足够的经受重复荷载的疲劳强度。

（二）在高速行车条件下路基的弹性变形和累计塑性变形要小

由于轮轨动力作用随轨道不平顺的增大而明显增加，因此，高速铁路对轨道变形有严格的要求。路基是轨道的基础，其变形直接影响到轨道的变形和轮轨动力作用的大小。因此，在高速行车条件下，路基应满足变形小的要求。长期以来，路基的设计均按强度破坏条件进行设计，在高速行车条件下，强度已不成问题，一般在达到强度破坏前，可能已出现了不能容许的过大变形，变形已成为路基设计的控制因素。日本东海道新干线的设计时速为220km，由于在设计中仅对轨道采取了加强措施而忽视了路基的加强，以至从1965年开始，因为路基的下沉，线路变形严重超限，列车运行平均时速降到100～110km，不得不以年均30km以上的速度对路基进行整修。

（三）路基应有与轮轨系统匹配的合理刚度

为了满足高速行车对变形的要求，路基应有足够的刚度，但如果刚度太大，弹性很差又会使钢轨所受的轮载增大，所以路基必须具有合理的刚度，既要为轨道提供一个坚实稳定的基础，以减少变形，同时又要保持适当的弹性。德国著名的高速铁路专家Eisenmann指出：铁路路基作为承受轨道和列车荷载的基础，如果选择了合理的刚度，则能明显地影响轮载的分配，可以使轨面的最大支承力减少60%～70%，而且还可改善基床动应力的分布，减弱重复荷载的动力作用，减少列车荷载对线路的不良影响。

第二节高速铁路路基的主要技术标准

一、路肩宽度

路肩虽不直接承受列车荷载，但对保证路基受力部分的稳固十分重要。高速铁路的路肩宽度除满足一般路基的要求外，还应考虑高速铁路维修机具和维修方式的特点以及在路肩上待避作业人员安全待避限界的要求。

高速铁路虽说是高标准、高质量的线路，但小型维修、紧急补修还是不可避免的，因此仍需考虑临时搁置小型养路机具及零星工具的位置。高速铁路的区间较长，不能使用轨道摩托车，因此，必要时，路肩宽度还要考虑使用摩托车的需要。

虽说高速铁路是全封闭的，但养护维修人员在列车经过时还是要在路肩上待避的，高速列车经过时会产生较大的风压，直接影响到在路肩上待避的养护维修人员的安全。关于作业

人员的安全待避距离，日、法等国均做过大量试验，日本的试验结果认为，速度为250km/h 时距车体0.8m安全的；法国的试验结果认为，速度为350km/h时距车体1.0m安全的。

由于高速、重载铁路对路堤的填筑密度及强度均有较高要求，为达到要求，必须采用重型碾压机械，为满足施工要求，路肩也应有足够宽度。此外，路肩宽度还应为路堤下沉与道床边坡坍落留有适当余地。

广深准高速铁路的路肩宽度为：路堤0.8m，路堑0.6m；大秦重载铁路的路肩宽度为：路堤不小于0.8m，或一侧不小于1.0m，另一侧不小于0.6m，路堑不小于0.6m。我国高速铁路路肩宽度根据行车速度、机车外形等，通过现场试验并参考其他国家的资料确定为：路堤一侧为1.0m，另一侧为1.4m或两侧均为1.2m；路堑两侧均为1.0m。其他国家高速铁路路肩宽度见表3-2。

图3-1 路基标准横断面图

二、路基面形状及宽度