铁路客运专线技术标准与综合施工关键技术.docx

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铁路客运专线技术标准与综合施工关键技术

第一章铁路客运专线路基技术标准

与综合施工关键技术

第一节国内外高速铁路路基发展状况

一、高速铁路路基设计原则

高速铁路路基是一种土工结构物。

对其设计应考虑路基结构的受力及变形要求、填筑材料类型的要求、结构尺寸的要求、压实标准的要求等。

路基结构的受力及变形要求主要考虑——在列车荷载作用下，路基表层最大动应力和动变形值，以及经地基处理后满足高速铁路路基平顺性要求的路基工后沉降值。

路基结构形式及尺寸要求主要考虑——路基表层、路基底层、路基本体、路肩等部分组成的路基断面形式。

以及路基结构厚度、路基宽度、路肩宽度、边坡坡度等尺寸。

路基填筑材料类型要求主要考虑——对路基不同结构部位填筑材料的要求，如级配碎石、A、B、C组土及改良土等。

路基压实标准要求主要考虑——对路基不同结构部位的填筑材料提出的压实标准，如图1-1-1所示，压实系数K、基床压实系数（K30）、孔隙率n及动刚度值等。

图1-1-1客运专线路基的结构形式及压实标准

路基基床由表层和底层组成。

表层厚度应为0.7m，底层厚度应为2.3m，总厚度为3.0m。

基床表层应采用级配碎石或级配砂砾石等材料，压实标准应符合：

地基系数K30≥190（MPa/m），动态变形模量Evd≥55（MPa），孔隙率n＜18%。

对路基工后沉降量提出了要求，路基工后沉降量不应大于5cm，沉降速率应小于2cm/年。

桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3cm。

对路桥过渡段的设置结构形式、填筑材料及压实标准提出了要求。

路桥台过渡段采用纵向正梯形断面形式，如图1-1-2所示。

过渡段长度为L=2（h-0.7）+a；过渡段采用级配碎石分层填筑,填筑压实标准应满足K30≥150MPa/m、Evd≥50MPa和孔隙率n＜28%。

图1-1-2路桥过渡段设置图

二、国外高速铁路路基发展状况

三、我国铁路客运专线路基的发展情况

路基工程是铁路工程建设项目中所占比例较大的工程，在线下工程中占有举足轻重的地位。

随着铁路向高速化发展，路基标准及施工状况直接影响列车高速、平稳、舒适和安全的技术指标。

我国客运专线铁路路基的技术标准及主要参数，是九十年代以来在高速铁路“八五”、“九五”研究成果的基础上，吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验；在设计过程中借鉴、消化、吸收了国外铁路设计新方法和新标准；结合秦沈线的实际情况，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。

通过秦沈客运专线的工程实践，铁路技术人员对路基工程有了新的认识，路基工程的设计和施工达到了新的水平和标准。

客运专线路基工程有如下技术特点：

（一）路基填筑质量标准高

秦沈客运专线提出路基填筑采用双控压实标准的新概念。

秦沈线路基施工标准较目前的国铁标准提高了很多，路基填筑根据不同部位，提出了压实系数K、地基系数K30、孔隙率n等压实标准。

为此，要求各施工单位在正式进行路基施工前必须做路基填筑试验段的压实工艺试验。

针对不同土质，在试验室得出最大干密度和最佳含水量的基础上，控制现场含水量范围，虚铺厚度，并采用重型压实机械压实，得到压实度和碾压遍数的关系，以指导大面积施工。

秦沈客运专线沿线填料种类很多，有些粉质土和粉细砂，经现场试验达不到K30标准，通过专家论证和反复试验，进行了物理改良处理。

沿线大量的山皮土属粗粒土，在重型击实试验中表现出较好的可击实性，属于级配良好的填料，但压实后达不到孔隙率n的要求，同样经专家论证和反复试验，提出对可击实性山皮土采用压实系数K和地基系数K30作为双控指标。

秦沈线路基填筑充分体现了新技术和高标准。

（二）路基基床表层采用级配碎石强化结构

铁路路基的基床表层是路基直接承受列车动荷载的部分，是路基设计中最重要的部分之一。

秦沈线首次在基床表层采用了60cm厚的级配碎石结构。

其主要作用是①增强线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚度；②均匀扩散作用到基床土面上的动应力，使其不超出下部基床土的容许动强度；③隔离作用，防止道碴压入基床及基床土进入道碴层；④防止雨水浸入使基床软化，防止发生翻浆冒泥等基床病害；⑤满足基床防冻等特殊要求。

为保证级配碎石的施工质量，施工技术细则中对级配碎石的材料质量、颗粒粒径级配范围、含水量、拌合、摊铺及碾压工艺和压实质量控制方法等提出了技术要求，施工过程中进行了严格地控制。

（三）路桥及横向构筑物间设置过渡段

路桥及横向构筑物间的过渡段，是以往设计及施工中的薄弱环节，也是既有线发生路基病害的重要部位。

由于桥台与路堤的刚度相差显著，高速列车通过时对轨道结构及列车自身会产生冲击，从而降低列车运行的平稳性和舒适度，加快结构物和车辆的损坏。

为此，在秦沈客运专线的设计中，为保证列车高速运行时的平稳舒适，对路桥过渡段采用了刚度过渡的设计方法。

在桥台后一定范围内，采用刚度较大的级配碎石作为过渡填筑段，与路堤相接处采用1：

2的斜坡过渡。

在施工过程中要求路桥过渡段与路堤同步分层填筑，用振动碾进行碾压，对振动碾达不到的边角部位应用小型压实机具补充压实，以保证整体的施工质量。

压实质量采用K30和孔隙率指标控制。

秦沈线把路桥过渡段作为结构物进行了专门的设计。

对软土、松软地基地段采用复合地基处理方式，如旋喷桩、水泥搅拌桩、粉喷桩、碎石桩、砂桩等，以减少地基沉降，提高地基刚度；同时在路桥过渡段采用倒梯形级配碎石填筑，以使过渡段之间的刚度平缓过渡。

施工过程中严格分层填筑压实，

（四）严格控制路基变形和工后沉降

秦沈客运专线工后沉降要求一般地段15cm（年沉降量不得大于4cm），路桥过渡段8cm（年沉降量不得大于3cm）。

运营期间的弹塑性变形主要发生在路基本体部分和地基部分。

秦沈线基床表层采用级配碎石，其压实标准高K30≥190Mpa/m，表层弹性模量可达200Mpa，基床底层的K30≥110Mpa/m，基床底层以下的K30≥90Mpa/m，路基本体部分的弹塑性变形可满足运营动荷载的要求。

地基的沉降变形控制是秦沈线的关键和重点。

为保证施工期间松软、软土地基满足工后沉降控制的要求，针对强度低，压缩性大，渗透系数小的秦沈线东部松软、软土地基采用了排水固结法和复合地基法进行地基加固处理，以保证施工过程中尽量完成沉降变形。

在工期紧标准高的情况下，在部分地段的基床底层填筑时采用土工格室（栅）加筋垫层和堆载预压的方法进行处理，以加快沉降和保证地基的稳定。

在填筑施工全过程中，每天都定时进行沉降和路基坡脚的位移观测，依据沉降和位移量确定下一步的填筑高度，从而保证了路基在施工过程中从未出现失稳的情况。

（五）路基动态设计

秦沈线有93km的松软土和软土路基，占全线总长度的比例较大，为了有效地控制工后沉降量及沉降速率，开展了动态设计。

为此，在每个松软、软土地基工点及台尾过渡段均于路基中心、两侧路肩及边坡坡脚之外设置沉降和位移观测设备，全线共设置了720个观测断面，并提出了观测控制标准和随施工进程而定的观测频次及观测精度，及时绘制填土～时间～沉降曲线。

一方面控制填土速率，保证了路基在施工过程中的安全与稳定，避免施工控制不当而产生过大附加沉降。

同时，根据沉降观测资料及沉降发展趋势、工期要求等，采取相应的措施，如调整预压土高度，确定预压土卸荷时间，提出基床底层顶面抬高值，以及铺轨前对路基进行评估及合理确定铺轨时间，以确保铺轨后路基工后沉降量与沉降速率控制在允许范围内。

路基动态设计的成果为后续的轨道工程打下了良好的基础。

（六）路基质量评估

针对秦沈线箱梁运架过程中的路基安全稳定问题及铺轨前路基质量状况进行了路基质量评估工作。

秦沈线大部分桥梁为预制梁，梁体结构尺寸及重量均较大，其中24m双线整孔箱梁重达540t，加上运架设备总重已超过800t。

通过路基运架远超过设计荷载，为保证秦沈通过运架梁段的路基安全稳定，特对高填方、桥头及软基地段进行安全监测评估，确保了箱梁运架的顺利完成。

为保证铺轨前路基满足工后沉降要求及路基表层符合设计要求，分段对全线路基进行了施工质量状况调查、沉降观测分析、表层抽检、地质雷达检测等工作，进一步保证了路基质量。

（七）地基处理的种类多

根据地质勘察资料，结合秦沈铁路路基的工后沉降要求，针对不同地质条件的地基土选用了合理的10种地基处理方法。

对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层处理。

对于深层软基的主要地段采用了袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压的处理方法。

对于工后沉降要求高及路桥过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等地基处理方法。

对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用了挤密砂桩的处理方法。

不同的地基处理方法在秦沈线得到了成功地应用，为今后我国客运专线的设计施工提供了有益的经验。

总的来看，秦沈线路基工程一方面从设计和施工，另一方面从技术管理和建设管理，都积累了很多的经验与教训；可以说全线路基工程的完成，将成为我国铁路客运专线路基建设的新起点。

四、高速铁路路基特点

（一）控制路基变形

高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，对轨道不平顺管理标准要求非常严格。

路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺。

因此，高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高速铁路轨道对基础提出的性能要求。

不仅要求静态平顺，而且还要求动态条件下平顺。

一般铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。

因为在强度破坏前，可能已出现了不容许的过大变形。

日本东海道新干线的设计时速为220km，由于在设计中仅仅采取了轨道的加强措施，而忽略了路基的强化，以至从1965年开始，因为路基的严重下沉，使路基病害不断，线路变形严重超限，不得不对线路以年均30km以上的速度大举整修，10年内中断行车200多次，列车的平均速度也降到100～110km/h。

（二）路基刚度的均匀性

列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。

弹性变形过大，高速运行就得不到保证，就像车辆在松软的沙滩上无法快速行驶一样。

当然，刚度也不能过大，过大了会使列车振动加大，也不能做到平稳运行。

路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺，研究表明，由刚度变化引起的列车振动与速度的平方成正比。

列车速度越高，刚度变化越剧烈，引起列车振动越强烈。

轻则使旅客舒适度降低，重则影响列车运行安全。

所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变。

（三）在列车运行及自然条件下的稳定性

在列车运营时，路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。

同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。

路基工程必须在这些条件的长期作用下，其强度不会降低，弹性不会改变，变形不会加大。

真正做到长寿命，少维修。

只有这样，才能高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。

以上几点要求，目前的普通铁路路基是不能满足的。

而高速铁路必须在路基结构、路基材料及路基施工工艺等方面采取一系列与普通路基不同的技术标准才能实现。

具体表现在有一个强度高、刚度大的路基基床，沉降很小或没有沉降的地基以及沿线路方向平缓变化的刚度等三个方面。

五、相关技术标准

《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》

《客运专线无碴轨道铁路设计指南》

《客运专线铁路路基工程施工技术指南》

《客运专线铁路路基工程施工质量验收标准》

《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》

《铁路工程土工试验规程》

《铁路工程原位测试规程》

《变形模量EV2检测规程》

《铁路工程竣工验收动态检测评价指南》

第二节客运专线路基设计暂规的主要内容

一、路基一般规定

主要提出了客运专线铁路路基的设计原则。

对路基工程勘察、结构设计、填料、工后沉降控制等作了一般性的要求和规定。

强调路