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铁路工程施工

引言

在铁路工程施工中，所谓的铁路路基施工，就是以设计和施工技术规范为依据，以工程量为中心，有组织，有计划地将设计图纸转化成工程实体的建筑活动。

路基施工包括路堑、路堤土石方，防排水设施，挡土墙等防护加固构筑物以及为建筑路基而做的改移河道、道路等。

其中路基土石方工程是最主要的，他包括路堑工程的开挖，路堤工程的填筑以及路基的平整工作，包括平面路基面、整修路堑（路堤）边坡、平整取土坑等，而有关防排水这方面的工程，由于项目众多而较为零星，往往受到忽视，但是防排水是保证路基主体工程得以稳固的根本措施，因此必须妥当安排、保证质量。

路基施工时的基本操作是挖、装、运、填、铺、压，虽然工序比较简单，但通常需要使用大量的劳动力及施工机械，并占用大量的土地，尤其是重点的土方工程往往会成为控制工期的关键工程。

修筑路基时常会遇到各种复杂的地形、地质、水文与天气条件，给施工造成很大的困难。

因此，路基施工绝非一般人所想象的那样简单，相反，对路基的施工不能有任何轻视之意。

要得到满意的路基工程施工质量，必须严密组织，精心施工。

而在整个铁路基本建设中，路基工程无论是工程数量和工程投资均占有很大的比重。

修筑路基需要使用大量的劳动力及施工机械。

在各种不同的地形条件下，路基工程费一般可达全线总工程费的25%~60%，所占劳动量可达40%~45%。

铁道线路绵延千里，不但占用大量的土地，且常穿越各种复杂的地形、地质、水文与气象条件的地带，常会给施工造成非常大的困难，有些重点土方工程，如高寒缺氧、永久冻土、盐碱戈壁、原始森林等往往成为技术攻关和控制工期的关键工程。

本次课程设计主要是对铁路路基施工的基本概念、方案选择和土

石方计算方法做一简单概述，并做对某站场土石方工程量进行计算，以求达到初步应用的目的。

第一部分概述

1.1铁路路基定义路基是以土石材料为主建造的一种条形建筑物，它与桥涵、隧道和轨道等组成铁道线路的整体。

因此，路基工程包括区间与站场路基土石方工程及路基附属工程。

区间与站场路基土石方工程表情拗口填筑路堤、开挖路堑和场地平整；附属工程包括区间与站场路基的防排水设备及平交道土石方、路基坚固及防护工程、因修筑路基而引起的改河改道工程、挡土墙工程等。

1.2路基工程工作内容铁路路基工程施工组织设计是征集到拟建路基工程项目进行施工准备工作、基本工作和整修工作的综合性技术经济文件。

他的主要内容是精确计算工程量，合理选择施工方案、施工方法，采用机械化施工，精心调配土石方，制定土石方最佳调配方案，使土石方的利用达到最大的限度，以减少土石方数；周密安排施工进度计划，准确计算和科学安排施工的人力物力，保证紧张有序地均衡施工，达到缩短工期，降低成本，保证优质的完成路基工程施工的目标。

1.3路基工程工作内容

1.3.1准备工作

主要包括砍伐施工地区的树木和拔出树根，排除地表水使施工地区预先干燥，设置运土道路等。

132基本工作

完成路基工程：

路堑、路堤及加固防护等所进行的工作及辅助工作（摊平卸土、修筑和回填路堤上的机械进出口等）。

133整修工作

使路基各部分的形状和尺寸符合设计要求，包括整修路基顶面和整修路基边坡两项内容。

1・4路基的作用

铁路路基是铁道线路的下部建筑。

它为铁路快速、安全、准点行车提供既平顺有稳定的轨下基础。

路基的构造除指路基本体外，还包括防水及防护加固设备、改河移道、道路等部分。

路基施工质量的还坏，直接关系到铁路的状态以及铁路运营的效益。

1・5路基施工方法的确定

路基施工方法的确定取决于工程特点、工期要求、施工条件等因素，所以，各种不同类型工程的施工方法有很大的差异。

同种工程，在选择时，必须考虑以下因素:

同种工程

考虑因素

自然

条件

I）

机具

的选用

I）

厂工序的、衔接配合

厂大型施

工机械

选用

I丿

令点工程

石方集

中地段

1.6施工顺序的安排

1.6.1路堤填筑要保障路堤的填筑质量，应严格按照横断面、全宽度、逐层、水平铺填并夯实路基。

“分层填筑”和“压实达到标准”是对路堤填筑的基本要求，至于在不同条件下保证其实现的作法要求，则应根据不同的情况分别考虑。

1.6.2路堑开挖路堑开挖是将路基范围内设计标高之上的天然土体挖除并运到填方地段或其他指定地点的施工活动。

常见的开挖方法包括单层横挖法、多层横挖法、分层纵向开挖法、通道式纵挖法及纵向分段开挖法。

1.7其他基本概念

1铁路可分为上部结构—轨道和下部结构—路基。

2轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。

轨道由钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及防爬设备等主要部件组成。

3轨道的断面形状采用具有最佳抗弯性能的工字形断面，由轨头、轨腰和轨底三部分组成。

4轨道铺设是一项非常重要的基本工作，它包括铺轨和铺蹅两项基本内容。

5铁路路基是轨道的基础，是经过开挖或填筑而形成的土工建筑物。

6其主要作用是满足轨道的铺设、承受轨道和列车产生的荷载、提供列车运营的必要条件

7路基工程包括区间与站场路基土石方工程及路基附属工程

第二部分路基土石方工程量的计算

2.1区间路基土石方工程量计算方法

2.1.1平均面积法：

实际工作中，一般采用此计算方法计算

AnAn

Ln一1

（2.1）

A1+A2A2+A3

'VL1L2

公式中A、A•…、A----路基横断面;

2.1.2平均距离法:

Ln_1

二23）

L1L2L2：

：

.L3

AAn

2.2路基横断面积计算

求算横断面积的方法很多，主要有以下几种:

⑴用定性表确定横断面积

路基土石方面积表，是将各种情况下的路基断面面积，利用

几何图形的方法绘制成的定型表。

根据中心填挖高度，地面横坡

及路基本体的形状，及可查得与之相对应的路基断面面积。

使用路基土石方面积表，在地形起伏较大，其精度亦粗，不能满足施工图设计的需要。

⑵用路基横断面图计算断面面积

在施工设计阶段，一般利用路基实测的横断面进行横断面积计算。

初步设计阶段必要时，可用线路平面图点绘横断面，在横断面图上计算面积。

在横断面图上计算面积的方法较多，有卡规法、求积仪法和分块计算发等方法。

卡规法是用平行于线路中心线的垂直线系，将横断面分为若干个高度等于1m的梯形，然后用卡规量出每个梯形的中心长，按顺序累积起来即得横断面面积。

分块计算法是将路基分成若干个底面水平的梯形或三角形来进行计算。

⑶用电子计算机计算

①路基横断面积。

计算的数学模型如下所示路基横断面，y轴与线路中性线重合，x轴侧在地表以下通过。

路基横断面设计线与x轴之间的面积A设，地面线与x轴之间的面积A地，A设与A地之差即为路基横断面面积A。

②计算原理。

A设与A地的计算，是将路基横断面，分别按其设计线上的比起变化点与地面线上的变化点，划分为若干个直角梯形，各梯形的面积相加，即可求得A设及A地。

如图2.1得：

将设计线上每个点的坐标储存在数组Ax和Ay中，其起点下标mi,终点下

标ni；地面线上每个变化点的坐标及与设计线橡胶垫的坐标储存在数组Bx、By中，其左交点下标为m2，有交点下标为n2。

则路基横断面积可按如下公式计算。

图2.1路基横断面计算图

ni-1

A设=送｛【Ax（i+1）—Ax（i）】*【Ay（i+1）+Ay（i卩/2〉（23）

i=m1

n2-1.

（2.4）

A地八「Bxi1-Bxi1*〔Byi1Byi12?

i=m1

A=A设-A地

式中Ax、Ay设计线上变化点坐标；

Bx、By地面线上变化点坐标。

2.3路基横断面技术标准

2.3.1直线地段路基面宽度

《铁路路基设计规范》TB10001—99简称“路规”的规定（见附录一）

2.3.2区间单线曲线地段路基面宽度

曲线地段路基面宽度，应按“路规”的规定在曲线外侧取曲线地段路基面加宽度表（见附录二）的数值进行加宽，加宽值在缓和曲线范围内线性递减。

233路堤边坡

路堤边坡形式和坡度应根据填料的物理力学性质，边坡高度、列车荷载和地基工程地质条件等确定。

“路规”规定当地地质条件良好，边坡高度大于路堤边坡形式和坡度表（见附录三）所列范围时，其边坡形式和坡度应按表采用。

2.3.4路堑边坡

路堑边坡形式及坡度应根据工程地质水文地质条件、土的性质、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。

（见附录四）

2.4站场土石方工程量计算

2.4.1场地设计高程的确定

图2.2场地不同设计高程的比较

如图2.2所示，场地设计高程为H0时，填挖方基本平衡，可将土

石方移挖作填，就地处理；当设计高程为H时，填方大大超过了挖方

则需要从场地外大量取土回填；当设计高程为H2挖方大大超过了填

方，则要向场地外大量弃土。

因此，在确定场地设计高程时，应结合现场的具体条件，反复进行技术经济比较，选择其中最优方案。

241.1场地设计高程确定的原则

⑴应满足站场设计的技术要求；

⑵充分利用地形条件，将场地设计成具有不同设计高程的分区或

台阶状布置；

⑶尽量使挖填方平衡，以减少土方量。

2.4.1.2场地设计高程确定步骤

场地设计高程如无其他特殊要求时，在满足《铁路车站及枢纽设计规范》GB5009—99的前提下，则可根据填挖方量平衡的原则加以确定，计算一般采用方格网法，确定步骤如下：

⑴初步确定场地设计高程H。

初步确定场地设计高程如无特殊要求时刻采用场地范围内挖填方量平衡，即场地内的土方体积在平整前后相等的原则而定。

如设计中规定站场必须与路基面设计高程一致时，则初步场地设计高程H。

可参照路基设计高程而定。

如图2.3所示：

在场地地形土图上划分为一定边长（a=10~50m）的方格网。

每个方格的角点高程，可根据地形图上相邻两条等高线的高程，用插入法求得。

按照挖填放量平衡原则，场地设计高程计算式如下所示：

因为Ho'N'aa

i4丿

图2.3某场地地形图和方格网布置图

Z（比+H2+H3+H4）

所以％4N（2.5）

从图2.3上取出一个方格1—1如图2.4所示来分析：

H为一个方格

独有的角点高程；H、H为相邻的两个方格的公共角点高程；H则为

4个方格的公共点高程。

在场地方格网上所有的角点高程累加时，类

似H角点高程仅加一次；类似H、H的角点高程加2次；H4的角点高

程要加4次，因此上述公式可改变为:

式中H—1个方格独有的角点高程;

H2—2个方格共有的角点高程；

3个方格共有的角点高程；

⑵场地设计高程调整。

调整考虑的因素较多，主要是处理好地表排水，应按“路规”的规定排水要求来调整。

场地表面排水分单向排水和双向排水两类，其计算可按式2.7、式2.8:

1单向排水时场地各角点设计高程为

Hn二H。

一1i（2.7）

2双向排水时场地各角点设计高程为

Hn=Ho：

liJyiy（2.8）

式中H—场地内任一角点的设计高程；

l,lx,ly—该角点至场地中心线x-x,y-y轴的距离；

i,ix,iy—场地排水坡及x-x,x-x方向排水坡，（》2%。

）。

2.4.2场地土石方量计算

1场地各方格角点的施工高度

场地方格网角点施工高度可按下列公式计算

hn=Hn-H地（2.9）

式中hn—角点施工高度，即填挖高度，（“+”为填方，“-”为挖方）；H设一角点的设计高度；

H地一角点的地面自然高度。

2确定“零线”

如果一个方格中，一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分施工高度为“-”，则此方格中的土方必然为一部分为填方，一部分为挖方。

计算此类方格的土方量需先确定填方与挖方的分界线，即零线的

位置。

“零线”位置确定方法：

先求出有关方格边线（此边线一端为挖，另一端为填）上的“零点”（即不填不挖），然后将相邻两个“零点”相连即为“零线”。

图2.5所示：

设hi为填方角点的高度，h2为挖方角点高度，0为“零点”位置，可求得

（2.10）

x——h,+h2

而x，=a_x

式中，hi，h2取绝对值代入计算

3场地填挖方量的计算

图2.5求零点的图解

“零线”可将方格划分为三角形、五边形、四边形及梯形，土方

量计算式见表2.1

2.4.3场地边坡土石方量计算

为使场地四周土壁稳定，必须沿场地周边设置边坡。

边坡的大小

应根据线路路基的等级及土质状况而确定。

图2.6是一场地边坡平面示意图，图中m为坡度系数，根据角点

高度h,求出边坡的宽度b=mh从图2.6中，边坡的土方量主要分解为3种不同的类型，其计算方法分别为:

-Fli

⑴三角锥体（如上图①），计算公式为

（2.11）

表2.1常用的方格网计算公式

h3、h4—各角点的施工高度，用绝对值代入；V—挖方或填方的体积（m3）

⑵三角棱柱体（如上图），计算公式为

（2.12）

⑶角点处由二个三角锥体组成的阳角（或阴角）土体，由于两个坡面的交点较难确定，为简化计算，一般取平面为正方形，即二个三

角锥体长度均取方格角点填挖深度乘以角点的坡度系数m来求得。

图2.6场地边坡平面图

第三部分某站场土方工程计算案例

某站场建筑场地，其地形土方格网（边长a=50m）布置如图下，土壤为二类土，场地地面排水坡度ix=2%。

，iy=3%。

，场地无其他的要求，使确定场地设计高程（不考虑土的可松性影响，余土加宽坡度），计算方格网填、挖方工程量及边坡土方工程量。

1.方格角点的地面高程计算

地面高程的计算可根据地形图上所标等高线，用插入法求交点8的地

面高程H,如图3.1解得

hx：

2=x:

则hx=2/lxx

••H地8=132+h<

图3.1插入法计算简图图3.2图解法示意图

为避免繁琐的计算，常采用图解法如图3.2。

采用以上方法，求出图2.3方格网上所有角点的地面咼程，并标注在角点标咼栏内，见图3.3所示：

图3.3某站场计算土方工程量图

2.求初步场地设计高程Ho,根据公式2.6

根据图2.3分析得出:

刀14=130+140+124.3+146.1=540.4

2刀”=2（130.4+122.4+120+134.5+133.2+129+122+124.3+135.1+140）

=2581.8

3刀H=04刀H=4（133.5+124.2+120+121.8）=1998

由公式2.6求得

公式2.8求得各角点的设计高程为:

H0-1252%。

503%。

=128.0-0.250.15二127.9m

HH1502%二127.90.1二128.0m

HH2502%二128.00.1二128.1m

HH3502%二128.10.1二128.2m

H5=H4502%=128.20.1二128.3m

HH5502%二128.30.1二128.4m

H7=H〔-503%=127.9-0.15二127.75m

HH7502%二127.750.1二127.85m

H8502%二127.850.1二127.95m

H1^H9502%二127.950.1二128.05m

H1^H10502%二128.050.1二128.15m

H12二H11502%二128.150.1二128.25m

H13二H7-503%二127.75-0.15二127.6m

4.计算各角点的施工高度

由公式2.9求得各角点的施工高度（以“+”为填方，“-”为挖方）

h,=-H地|=127.9-130.0=-2.1m

h2=128.0-130.4=-2.4m

hfe=128.1-122.4=5.7m

h4=128.2-120.0=8.2m

h5=128.3-134.5=-6.2m

hs=128.4-146.1二-17.7m

h7=127.75-140.0二-12.25m

hs=127.85-133.5二-5.65m

h,=127.95-124.2=3.75m

hi0=128.05-120.0=8.05m

hn=128.15-121.8=6.35m

02=128.25-133.2=「4.95m

03=127.6-140.0=-12.4m

hi4=127.7-135.1二-7.4m

hi5=127.8-124.3=3.5m

hi6=127.9-122.0=5.9m

07=128.0-129.0—1.0m

h8=128.1-124.3=3.8m

5.确定“零线”（即填挖方分界线）由公式2.10确定各“零点”的

位置。

在角点2—3线上:

2.4

5.7

X2.3

50一x2.3

解得:

x2.3=14.815mx'2.3=50-14.815=35.185m

在角点4—5线上:

8.26.2

X4.5

50-x4.5

解得：

X4.5

二28.472mx'4.5二50-28.472二21.528m

同理得到：

心.17=42.857mX11.17=5°-42.857=7.143m

x14.15=33.945mx'14.15二50-33.945二16.055m

x16.1^42.754mX16.17=50—42.754=7.246m

人2.18=28.286mx'12.1^50-28.286=21.714m

人7.18二10.417mx'17.18二50-10.417二39.583m

将相邻边线上的“零点”相连，即为“零线”见图虚线所示：

6.方格网土方工程量计算

（1）全填或全挖方格:

502

2.12.412.255.65=14000m3-

5023

12.255.6512.47.4二23562.5m3-

502

5.78.23.758.05二16062.5m3

5023

8.05二3.753.55.9二13250am3

（2）

两挖两填方格：

计算米用以下公式进行:

/22、

h；土h；

502

/22\

2.42亠5.652

5+h4h2+馆丿

12.4+5.75.65+3.75丿

fh：

.h^

502

5.72丄3.752

564hz+b丿

24+5.75.65+3.75丿

及公式3.2计算得:

=3442m3

二2567m3-

由公式计算得3.1

hi2

502

5.652

V2（：

hi+h4h2+h3yh：

*h；"

4（hi+h4h2+h3?

502

5.653.75

3.752

5.653.75

7.42

7.4+3.5/

3.52'

7.4+3.5/

=5262m-

-1637m

（3）三填一挖或三挖一填方格:

（4）

方格2-5，采用方格正四等分进行计算:

计算采用以下公式进行:

一个角点部分的土方量：

Va2h：

4「6h1h4h3h4（3.3）

三个角点部分的土方量：

Vi23=q2h

由公式3.3和公式3.4计算得:

吧+）=^252-3»1第6丫.05+1；+*8=?

51[4#（+）

k2丿5

吧+）二_（3」+22.4\0.7+1.05）=139.45/w3（+）

减T=^（21.9+2.6X<95+0.58）二423.39^（-）

将计算结果汇总得：

V挖““VW，=140002356252567526288.614139.38.211.794.6642339=60067.44m3

V填八V「=1606251325034421637129838118.59966.5

1684.4604.97751.14139.45=6064Q26m3

可见场地范围内填方与挖方的土方量基本相等。

7.方格网边坡土方量计算：

11『21.75）3

V^u—Fl=—x3.82江——1*39.583=166.7m3（+）

33i2丿

11.023

V1213=—江——x（7.246+7.143+10.417）=4.1m3（—）

V14Fl5.921.7542.754=434.1m3（）

332

11『12、3

V15Fl5.921.755016.055=670.7m"（）

331.2丿

V16=—F」=—x|—"2.42"50+33945）=12907.4m3（-）

3312丿

123

V1718=—^12.42x12.4=635.5m3（—）

V19.2。

订2.122.^3.1m3（-）

•••各边坡的填方量和挖方量为：

'Vw”=47.63734.81848.44087.74.112907.4635.53.13954.3二27222.9m3

'Vt.=1670.6558.491.556166.7434.1670.7=3648m3

9.基地广场总土方量为：

'乂二'VW「'VW'，=60067.4427222.9二87290.34m3

\VT二'V「'VT"二60640.263648二64264.26m3

第四部分附录

4.1附录一一直线地段基面宽度

《铁路路基设计规范》TB1000—99简称“路规”

注：

①表中宽度值系按非无缝线路道床顶宽计算，当铺设无缝路时，特重型与重

型轨道路基面宽度均应增加0.2m.,次重型轨道路基面宽度均应增加0.3m；

2困难条件下，当路肩宽度为路堤0.6m、路堑0.

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