CRTSⅡ型板式無砟軌道在客運(yùn)專線線路設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

李桂芳,杜通道

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

1 概述

CRTSⅡ型(以下簡稱Ⅱ型)板式無砟軌道采用了預(yù)應(yīng)力軌道板結(jié)構(gòu)、經(jīng)數(shù)控磨床打磨的高精度承軌槽、軌道板快速測量定位系統(tǒng)以及高性能瀝青水泥砂漿墊層等先進(jìn)的技術(shù)和工藝；同時長橋兩端設(shè)置路橋過渡段端刺和摩擦板、橋面上設(shè)兩布一膜滑動層以及梁面增加剪力齒槽和側(cè)向擋塊,結(jié)合我國鐵路軌道電路傳輸?shù)闹剖?增加了鋼筋絕緣保護(hù)的措施等。Ⅱ型板式無砟軌道從軌道扣件、軌道板等方面實(shí)現(xiàn)了路基、橋梁、隧道地段無砟軌道結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一,方便了軌道板的生產(chǎn),極大提高了生產(chǎn)效率,保證了軌道板的預(yù)制質(zhì)量,大幅度減少了扣件節(jié)點(diǎn)精調(diào)工作,整體精度高。

Ⅱ型板式無砟軌道的運(yùn)用,保證了線路的高平順性,提高了旅客乘坐的舒適度,而且減少了鋼軌與列車車輪的磨耗。使線下結(jié)構(gòu)與無砟軌道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高精度對接,但對線下結(jié)構(gòu)提出了更高要求,本文主要介紹在線路設(shè)計中應(yīng)該注意的幾個問題。

2 Ⅱ型板式無砟軌道對線路平、縱斷面的要求

2.1 應(yīng)選擇地質(zhì)條件好的線路區(qū)段進(jìn)行Ⅱ型板式無砟軌道的鋪設(shè)

客運(yùn)專線鐵路對軌道的平順性有著近乎苛刻的要求,故基礎(chǔ)穩(wěn)固的線路可為客運(yùn)專線鐵路的工程投資、運(yùn)營條件、養(yǎng)護(hù)維修等方面產(chǎn)生非常重要的影響。尤其是Ⅱ型板由于采用縱連結(jié)構(gòu),在大部分溫度條件下,底座板、軌道板內(nèi)儲存了很大應(yīng)力,很難進(jìn)行大的維修?；诖?對于承載軌道的基礎(chǔ)——路基、橋梁及隧道的穩(wěn)定性、變形也有更嚴(yán)格的要求。而這些結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性均需要在一個好的地質(zhì)條件上才能提供?？紤]到無砟軌道可調(diào)性的限制,在線路選線時,應(yīng)盡量避開易產(chǎn)生差異性沉降的不良地質(zhì)地段,以避免其對鐵路工程的影響。對難于避讓的地段,線下基礎(chǔ)要采取特殊處理措施,并在結(jié)構(gòu)上選取可以適量調(diào)整的形式,如橋梁梁型選擇上盡量選用簡支梁為主的橋跨形式,同時采用可調(diào)支座,增加結(jié)構(gòu)對沉降的適應(yīng)能力；線上軌道采用調(diào)高扣件系統(tǒng)等工程措施,最大程度地適應(yīng)地面沉降的影響。

2.2 選擇合理的縱斷面高程,減少水對無砟軌道鋪設(shè)的影響

水是生命之本,也是工程的萬惡之源,如何降低水對無砟軌道線路的影響是無砟軌道鋪設(shè)成功與否的重要因素。路堤較矮的地段,一般易受地表水和地下水的雙重影響,安全度較低,易產(chǎn)生不均勻沉降。故一般情況下,路基填高應(yīng)盡量不小于路基表層厚度3.0 m,對無法達(dá)到上述要求的,應(yīng)進(jìn)行特殊的路基防水設(shè)計。

3 實(shí)設(shè)超高的選取及實(shí)現(xiàn)

與有砟軌道相比,客運(yùn)專線無砟軌道線路的縱、橫向穩(wěn)定性大大增加,在提高線路的平順性和穩(wěn)定性方面可發(fā)揮它的優(yōu)勢。Ⅱ型板系統(tǒng)主要由底座板、砂漿墊板、軌道板、扣件等組成,超高不便于調(diào)整,故實(shí)設(shè)超高的選取時必須滿足近遠(yuǎn)期行車速度下旅客乘坐舒適度要求。

3.1 最大實(shí)設(shè)超高

由于Ⅱ型板式無砟軌道具有很好的縱、橫向穩(wěn)定性,因此,其最大實(shí)設(shè)超高允許值由列車在曲線上停車時的旅客乘坐舒適度條件所控制。試驗(yàn)研究資料表明,當(dāng)列車停在超高為200 mm的曲線上時,部分旅客感到站立不穩(wěn),行走困難且有頭暈感覺。日本新干線最大實(shí)設(shè)超高為180 mm(東海道新干線提速到270～300 km/h后為200 mm,實(shí)屬不得已)；法國TGV高速鐵路最大實(shí)設(shè)超高為180 mm；德國ICE高速鐵路最大實(shí)設(shè)超高為170 mm。所以Ⅱ型板式無砟軌道最大實(shí)設(shè)超高允許值取175 mm。

3.2 欠、過超高

英、日等國試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為,欠、過超高對旅客乘坐舒適度的影響是同等的,性質(zhì)均為未被平衡的超高?？瓦\(yùn)專線鐵路高速與跨線列車共線運(yùn)營模式是以高速列車為主,考慮到重點(diǎn)應(yīng)保證高速列車的旅客乘坐舒適度,因此建議Ⅱ型板式無砟軌道欠、過超高允許值([hq]、[hg])取相同值。

3.3 實(shí)設(shè)超高的實(shí)現(xiàn)

由于無砟軌道線路的曲線超高難于根據(jù)列車運(yùn)行速度的變化進(jìn)行調(diào)整,因此,在無砟軌道線路最小圓曲線半徑的計算參數(shù)中,無需留有超高調(diào)整裕量,即取[hq+hg]=[hq]+[hg]。根據(jù)我國已運(yùn)營的京津城際鐵路和正在建設(shè)的京滬高速鐵路的實(shí)際情況,對實(shí)設(shè)超高的實(shí)現(xiàn)有如下建議。

路基部分：根據(jù)德國經(jīng)驗(yàn)實(shí)設(shè)超高一般在路基面來實(shí)現(xiàn),京津城際鐵路由于大部分為橋梁通過,曲線路基較少,路基地段的實(shí)設(shè)超高是通過路基面來實(shí)現(xiàn)的；但施工單位反映通過路基面實(shí)現(xiàn),施工難度較大,為此在京滬高速鐵路設(shè)計中,建議實(shí)設(shè)超高通過混凝土支承層來實(shí)現(xiàn)(圖1)。

圖1 曲線地段路基面實(shí)設(shè)超高(單位：mm)

橋梁部分：由于實(shí)設(shè)超高在緩和曲線范圍內(nèi)是一個漸變過程,縱橫向都有坡度,而梁頂面是平的,通過梁面來實(shí)現(xiàn)這個漸變過程非常困難,因此在橋梁部分實(shí)設(shè)超高設(shè)置在混凝土底座板上完成。

隧道部分：考慮到仰拱上混凝土回填層和無砟軌道的混凝土底座板是同一性質(zhì)的材料,因此隧道內(nèi)的實(shí)設(shè)超高在混凝土底座板設(shè)置完成。

4 豎曲線半徑的設(shè)置要求

為保證列車在變坡點(diǎn)處的運(yùn)行安全,滿足旅客乘坐舒適度的要求,參照國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范,相鄰坡度差大于1‰時,應(yīng)采用圓曲線型豎曲線連接。

日本東海道(山陽)新干線豎曲線半徑取10 000(15 000)m,對應(yīng)220(240) km/h的豎向離心加速度允許值為0.35(0.3)m/s2；法國TGV高速鐵路豎曲線半徑取16 000 m,對應(yīng)300 km/h的豎向離心加速度允許值為0.045g,特殊情況下,在坡底和坡頂可分別取0.06g和0.05g；德國ICE高速鐵路豎曲線半徑取25 000 m,對應(yīng)250(280)km/h的豎向離心加速度允許值為0.02(0.025)g。根據(jù)我國客運(yùn)專線的具體情況,建議豎向離心加速度允許值取0.4 m/s2(0.04g),對應(yīng)300 km/h及以上的客運(yùn)專線無砟軌道線路,其豎曲線半徑不應(yīng)小于25 000 m；250～300 km/h的客運(yùn)專線無砟軌道線路,其豎曲線半徑不應(yīng)小于20 000 m。且豎曲線與豎曲線、緩和曲線、道岔均不得重疊設(shè)置,豎曲線與平面圓曲線不宜重疊設(shè)置?？紤]到現(xiàn)場施工,最大豎曲線半徑不應(yīng)大于30 000 m。

在京津城際實(shí)車試驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn),設(shè)置變坡點(diǎn)的地點(diǎn),不論考慮設(shè)置豎曲線與否,列車均會產(chǎn)生較大的豎向加速度變化。故變坡點(diǎn)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合工程情況盡量減少或合并。對于相鄰坡度差小于1‰的情況盡量取消。取消不了的情況,為了提高舒適度,根據(jù)CRTSⅡ型板式無砟軌道可以滿足精度0.2 mm精度特性,建議：不論是高速區(qū)段還是低速區(qū)段,設(shè)置豎曲線不單一的以≥1‰為根據(jù),可按照豎曲線長度來控制,只要豎曲線長度大于20 m,都宜設(shè)置豎曲線。

5 CRTSⅡ型板式無砟軌道排水要求

5.1 一般原則

無砟軌道的表面排水應(yīng)順暢,并且避免邊界沖刷；排水設(shè)施的尺寸應(yīng)通過水文計算確定。

5.2 橋梁排水系統(tǒng)(圖2)

圖2 橋面排水示意(單位：mm)

橋面構(gòu)造,橋面采用六面排水坡,在梁中線位置設(shè)置泄水管,形成三向排水。梁面縱向按照設(shè)3排泄水管進(jìn)行布置,縱向間距8 m,梁體中心處泄水管直徑110 mm,兩側(cè)防撞墻內(nèi)側(cè)泄水管直徑160 mm,泄水管均采用PVC材質(zhì)；橋面板橫向設(shè)置六面排水坡,坡度2%,梁中心泄水管專門排放雙線軌道間的積水,兩側(cè)泄水管排放電纜槽和軌道側(cè)向積水,防撞墻、電纜槽豎墻對應(yīng)泄水管位置分別設(shè)置150 mm×150 mm和100 mm×100 mm泄水孔,為防止雜物排水管道、泄水管口均設(shè)置了管篦或管蓋。

5.3 隧道排水系統(tǒng)(圖3)

隧道主要向兩側(cè)及中部排水,踏步雙側(cè)分段布置,縱向間距25 m,每段長2 m,踏步尺寸下設(shè)φ100 mm PVC排水管。直接下坡排出隧道。踏步與填充層總高度不變,填充層厚度隨軌道板底座厚度相應(yīng)調(diào)整,橫向坡度2%,二者在施工完軌道板以后進(jìn)行施做。軌道板中部排水匯集到仰拱填充中間位置的排水槽流入中心水溝檢查井,排出隧道。

圖3 隧道襯砌軌下斷面(單位：cm)

5.4 路基地段排水系統(tǒng)

為防止地表水滲入路基,路基面宜采用全封閉防水措施；路塹側(cè)溝外平臺應(yīng)采用漿砌片石封閉。

(1)直線地段(圖4)

一般情況,盡量采用橫向直排方式,軌道板上表面向軌道外側(cè)設(shè)0.5%的排水坡,兩線之間設(shè)C25混凝土封層,其上設(shè)2.5%的人字坡,將水排到線路兩側(cè)的排水設(shè)施內(nèi)。為防止?jié)B透,C25混凝土封層與軌道板間采用熱瀝青灌縫處理。

圖4 直線地段排水系統(tǒng)示意

在有條件的溫暖地區(qū),為減少工程投資,可考慮線間設(shè)置集水井進(jìn)行排水。

(2)曲線地段(圖5)

圖5 曲線地段排水系統(tǒng)示意(單位：mm)

曲線地段因超高原因,無法將水排到線路兩側(cè)。線間設(shè)置瀝青混凝土排水溝,順線路方向每30～50 m設(shè)置350 mm(寬)×650 mm(長)×800 mm(深)C20鋼筋混凝土集水井一個,積水井一側(cè)設(shè)置內(nèi)徑150 mm,壁厚不小于25 mm的鋼筋混凝土管(鋼筋混凝土管施工時接頭采用一層瀝青浸制麻布兩層石棉瀝青防水層防水滲漏措施),將水引至側(cè)溝或邊坡排水系統(tǒng)。

5.5 排水系統(tǒng)設(shè)計

無砟軌道上部結(jié)構(gòu)的積水,通過以上措施后,都匯集到下部結(jié)構(gòu),怎樣做好下部結(jié)構(gòu)的排水,將水引至路基外,也是至關(guān)重要。除橋梁部分通過泄水孔來完成外,路堤路塹和隧道部分,需將上部結(jié)構(gòu)引出來的水通過邊坡設(shè)置排水槽將路基面以及邊坡地表水引入排水溝；路塹邊坡平臺設(shè)置平臺截水溝將邊坡地表水引入天溝,形成完善的排水系統(tǒng),防止或最大程度減少雨水對路基變形穩(wěn)定的影響。天溝、側(cè)溝、排水溝應(yīng)與邊坡排水設(shè)施等排水溝、槽、管相互銜接,保證排水通暢,并與過水涵洞、自然溝渠相連接,形成完整的排水系統(tǒng)。

6 結(jié)語

Ⅱ型板式無砟軌道具有線路幾何高平順、高穩(wěn)定、壽命長、粉塵污染少、噪聲低、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),隨著我國高速客運(yùn)鐵路的迅猛發(fā)展,Ⅱ型板式無砟軌道技術(shù)正為多條線采用,希望本文的觀點(diǎn)能對其他的客運(yùn)專線鐵路項目有所借鑒,并在今后實(shí)踐中進(jìn)一步完善。

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