鐵路路基設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的思考

張珊珊

摘要：鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)行速度快、運(yùn)輸能力大、通用性能好和運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，隨著我國運(yùn)輸方式的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸已經(jīng)成為我國最主要的運(yùn)輸方式之一，我國對加強(qiáng)鐵路建設(shè)的重視力度之大，而鐵路路基是鐵路的重要組成部分，針對鐵路路基設(shè)計(jì)，本文提出及以下思考。

關(guān)鍵詞：鐵路路基 動(dòng)力學(xué)原理 樁板結(jié)構(gòu)

作為保證列車運(yùn)行的重要建筑物，鐵路路基承受并傳遞著軌道的重力，是軌道的基礎(chǔ)。鐵路路基的建設(shè)，具有工期長、工期復(fù)雜等特點(diǎn)。這些因素使我國鐵路的建設(shè)進(jìn)程緩慢。如何加快路基建設(shè)進(jìn)程，提高鐵路質(zhì)量促使我國鐵路運(yùn)輸業(yè)良好發(fā)展顯得尤為重要。

—、鐵路路基的概念及特點(diǎn)

（一）概念

鐵路路基（RailwaySubgrade）是為滿足軌道鋪設(shè)和運(yùn)營條件的建筑工程，它是一種基于不同地形地貌而使用不同土石建造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，一般路基是指修筑在良好的地質(zhì)、水文、氣候條件下的路基，特殊路基是指位于特殊土巖地段、不良地質(zhì)地段。或受水、氣候等自然因素影響強(qiáng)烈的路基。鐵路路基具有承受并傳遞軌道重力及列車動(dòng)態(tài)的作用，是軌道的基礎(chǔ)，是保證列車運(yùn)行的重要建筑物。

鐵路路基是一種土工結(jié)構(gòu)。由于路基需要在不同的地質(zhì)上建設(shè)，對工程的難度要求較高，再加上巖土具有破碎性、孔隙性等特點(diǎn)。使得鐵路路基的工程難上加難。

（二）特點(diǎn)

鐵路路基是一種暴露于自然環(huán)境下的建筑工程。由于我國東西、南北跨度大，自然氣候、地質(zhì)條件等有很大差異，同一段鐵路的海拔差可能達(dá)到2000米，更有甚者像被譽(yù)為“天路”的青藏鐵路不僅長達(dá)1956公里，而且穿越了海拔4000米以上。面對復(fù)雜的地質(zhì)，有些路段的路基修到山谷中，有些修在了開鑿的隧道里。因此，鐵路路基的建設(shè)要綜合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、氣候和地質(zhì)條件等多方面因素。合格的鐵路路基建設(shè)，能夠提高鐵路的使用年限，能夠促進(jìn)列車更快更平穩(wěn)的運(yùn)行，對經(jīng)濟(jì)的溝通發(fā)展更有促進(jìn)作用。

鐵路路基具有承載高壓力的特點(diǎn)，同時(shí)要具有防凍害，防鹽害的作用，鐵路路基還要求具有低壓縮性、防動(dòng)荷載、靜荷載的功能。因鐵路路基經(jīng)常受到地質(zhì)、水、降雨、氣候、地震等自然條件變化的侵襲和破壞，所以還要求鐵路路基具有防災(zāi)害、防洪水等能力。綜合自然條件與地形地貌等因素對鐵路路基建設(shè)的高要求，應(yīng)該采取科學(xué)的策略、必要的施工技術(shù)和高質(zhì)量的施工要求建造鐵路，確保鐵路能夠長久高效地被利用。

二、我國鐵路路基現(xiàn)狀

我國鐵路路基工程經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得了許多成就。尤其表現(xiàn)在特殊地質(zhì)和特殊地基方面，并且在科學(xué)技術(shù)、工程實(shí)施技術(shù)等方面都有了顯著的提高。但隨著我國經(jīng)濟(jì)對鐵路運(yùn)量增大、運(yùn)速增快的要求提高，對我國鐵路路基建設(shè)的要求也隨之加大。我國鐵路路基存在新線建設(shè)路基標(biāo)準(zhǔn)低、既有線路路基狀態(tài)不佳、路基維護(hù)及改造難度大等問題。綜合新時(shí)代對風(fēng)沙鐵路路基、重載鐵路路基及高速鐵路路基的新要求。我國對鐵路路基的建設(shè)工程技術(shù)還有很大的提升空間。

三、施工技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）風(fēng)沙鐵路路基建設(shè)

我國作為世界上鐵路穿越風(fēng)沙較多的地區(qū)之一。在對風(fēng)沙地質(zhì)的鐵路建設(shè)具有很高要求。我國風(fēng)沙地貌眾多。包括沙漠、戈壁等分布在我國不同的經(jīng)緯度地區(qū)，我國對鐵路的建設(shè)網(wǎng)逐漸加密，必然要通過大量風(fēng)沙地區(qū)，青海、西藏、寧夏等地區(qū)是我國風(fēng)沙鐵路建設(shè)的主要方向。

風(fēng)沙對鐵路的危害主要表現(xiàn)在風(fēng)蝕和沙埋兩種，對于沙漠地區(qū)的鐵路路基建造一般采用粉細(xì)沙填筑，粉細(xì)沙是黃河遷徒、改道后留下的舊河床、河堤、河灘及背河洼地等河道遺存，幾乎遍布整個(gè)華北平原。因粉細(xì)沙自身的優(yōu)點(diǎn)，使用粉細(xì)沙填筑鐵路路基，有利于減少風(fēng)對鐵路路基的侵害。對于風(fēng)埋，一般積沙超出軌道3cm以上，就會(huì)對鐵路安全事故造成影響，例如：車輛脫軌、造成停運(yùn)等事故。風(fēng)埋不利于軌道的清理，針對風(fēng)埋較重的鐵路路段，要對相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理，例如植樹造林，涵養(yǎng)水土，加固土壤等，這些做法對風(fēng)埋的現(xiàn)象會(huì)有所改善。

在風(fēng)沙路段進(jìn)行鐵路建筑，首先要有科學(xué)的規(guī)劃。風(fēng)沙鐵路路基設(shè)計(jì)，要針對現(xiàn)狀與長遠(yuǎn)角度相結(jié)合，利用高要求建設(shè)路基與長遠(yuǎn)保護(hù)路基同時(shí)進(jìn)行的原則，對風(fēng)沙鐵路路基進(jìn)行長期有效保護(hù)，主要體現(xiàn)在鐵路周圍的防護(hù)帶和環(huán)境的治理。方式之一為植被治理，建立防護(hù)帶、創(chuàng)造綠化帶，防風(fēng)固沙，在保護(hù)鐵路路基的同時(shí)，整治風(fēng)沙地區(qū)環(huán)境。另一種方式是工程治沙。工程治沙是指利用當(dāng)?shù)氐恼惩?、柴草、樹枝、板條、石子等物料在沙面上做成的障蔽物，目的是消減風(fēng)速、固定沙表，主要作用是固定流動(dòng)沙丘和半流動(dòng)沙丘。對鐵路風(fēng)沙進(jìn)行基本的加固，根據(jù)沙障防沙原理和設(shè)置類型，大致可將沙障概括為平鋪式和直立式兩種類型，平鋪式沙障是固沙型的沙障，直立式沙障大多是積沙型沙障。綜合不同的地質(zhì)條件，同時(shí)采用多種手段進(jìn)行機(jī)械固沙的措施。

（二）重載鐵路路基建設(shè)

重載鐵路是指行駛列車總重大、行駛大軸重貨車或行車密度和運(yùn)量特大的鐵路路段，主要用于輸送大宗原材料貨物。重載鐵路列車運(yùn)營具有運(yùn)量大、密度高等特點(diǎn)，在高負(fù)荷載重下，對鐵路的要求更高。

隨著鐵路技術(shù)的發(fā)展，我國對重載鐵路的建設(shè)能力增加，對重載鐵路路段的路基建設(shè)要求也隨之提高。可靠、穩(wěn)固的路基基礎(chǔ)必不可少，要求重載列車使用和長期高負(fù)荷列車運(yùn)行使用時(shí)不發(fā)生路基破壞。具體表現(xiàn)在路基及基床表層的加固和排水系統(tǒng)的能力提高。

我國的重載鐵路與國外相比起步較晚。但基于我國對鐵路建造的技術(shù)發(fā)達(dá)，使我國重載鐵路發(fā)展迅速。我國鐵路的重載運(yùn)輸兩種主要模式為在運(yùn)煤專線大秦線開設(shè)萬噸單元列車和萬噸、2萬噸組合列車和京廣、京滬等繁忙主線上開設(shè)一萬噸的整列式重載列車。為確保行車安全、平穩(wěn)。重載列車軌道需要經(jīng)常維修和大修。重載列車軌道承重程度高于一般的列車軌道承重程度的幾倍，因此需要路基的建設(shè)更加穩(wěn)固安全。在設(shè)計(jì)重載鐵路路基時(shí)，要精準(zhǔn)設(shè)計(jì)年度、荷載、限界、牽引種類。明確綜合選線、檢測與維修流程。設(shè)計(jì)圖紙要嚴(yán)密精確，規(guī)定線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)及載重等必要數(shù)據(jù)，同時(shí)對不同軸重和運(yùn)量登記的有砟軌道、無砟軌道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)密科學(xué)把關(guān)。重載鐵路還需謹(jǐn)慎考慮自然災(zāi)害對路基穩(wěn)定性的影響，針對自然災(zāi)害的防護(hù)措施，要明確生態(tài)保護(hù)和水土保持，綜合不同種自然災(zāi)害對路基的影響破壞程度，并加以分析制訂方案。

路基面在無砟軌道的正線曲線地段一般不加寬，當(dāng)軌道結(jié)構(gòu)和接觸網(wǎng)支柱等設(shè)施的設(shè)置有特殊要求時(shí)，根據(jù)具體情況分析確定；有砟軌道正線曲線地段加寬值應(yīng)在曲線外側(cè)按下表的規(guī)定加寬，曲線加寬值應(yīng)在緩和曲線內(nèi)漸變。

（三）高速鐵路路基建造

高速鐵路對路基穩(wěn)定和工后沉降的要求十分嚴(yán)格。高速鐵路的出現(xiàn)對傳統(tǒng)鐵路的設(shè)計(jì)施工和養(yǎng)護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。通常鐵路路基需解決低壓縮性、高承載力，且防凍害、防鹽害這些問題，傳統(tǒng)鐵路路基通常都采用碎石作為填筑路基，有利于對下步軟弱地基進(jìn)行處理，同時(shí)可以提高路基高度，很好的防止鹽害、洪水對鐵路路基的破壞。

高速鐵路建造的另一個(gè)要點(diǎn)在于防止軌道變形。軌道變形的主要來源為散體材料組成部分。其具有薄弱、不穩(wěn)定的特點(diǎn)。針對這個(gè)問題，高速鐵路的路基建設(shè)要抓住控制變形這一方法，采用各種不同的路基結(jié)構(gòu)形式。為高路鐵路路基提供一個(gè)強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐久性好且線路縱向剛度比較均勻或坡度緩慢的軌下基礎(chǔ)。我國高速鐵路路基建造可以吸取日本新干線鐵路特點(diǎn)。新干線鐵路于1964年建成以后從未發(fā)生過因人為因素導(dǎo)致人員死亡的事故。是世界上行駛最平穩(wěn)的列車。

將動(dòng)力學(xué)理論應(yīng)用于高速鐵路路基建設(shè)。要把握軌道、車輛之間的變耦合動(dòng)力分析模型的構(gòu)建，基于動(dòng)力學(xué)原理，科學(xué)計(jì)算路基及軌道列車之間所能產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)，提高模型的實(shí)用指導(dǎo)能力，使我們能從動(dòng)力學(xué)理論科學(xué)分析鐵路路基設(shè)計(jì)的有關(guān)問題。

另一方面。利用新型路基樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建造高速鐵路。新型路基樁板結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)相比具有施工更加簡單的特點(diǎn)，同時(shí)新型路基樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在路塹地段的軟弱地基處更加適用。根據(jù)不同的托梁設(shè)置?？梢詫鍢督Y(jié)構(gòu)氛圍獨(dú)立墩柱式樁板結(jié)構(gòu)、托梁式板樁結(jié)構(gòu)和復(fù)合式板樁結(jié)構(gòu)三種。樁板結(jié)構(gòu)作為一種新型的高速鐵路軟土路基處理結(jié)構(gòu)形勢，具有強(qiáng)度較高、剛度較大的特點(diǎn)，而且樁板結(jié)構(gòu)施工穩(wěn)定性好、沉降變形控制效果好。是我國高速鐵路路基建設(shè)新的發(fā)展趨勢。

四、結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展。鐵路已然成為連接各大經(jīng)濟(jì)區(qū)域之間、城鄉(xiāng)之間的大動(dòng)脈。加大對鐵路路基建設(shè)的重視程度。有利于充分發(fā)揮鐵路對經(jīng)濟(jì)輻射的作用，加快對外開放，促進(jìn)外向型經(jīng)濟(jì)發(fā)展。鐵路路基相關(guān)工作者要加強(qiáng)路基技術(shù)的應(yīng)用與管理，確保鐵路施工順利高效的進(jìn)行。