CRTSⅡ型板式无砟轨道在客运专线线路设计中应注意的几个问题

2010-01-22李桂芳杜通道

铁道标准设计 2010年7期

李桂芳,杜通道

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

1 概述

CRTSⅡ型(以下简称Ⅱ型)板式无砟轨道采用了预应力轨道板结构、经数控磨床打磨的高精度承轨槽、轨道板快速测量定位系统以及高性能沥青水泥砂浆垫层等先进的技术和工艺；同时长桥两端设置路桥过渡段端刺和摩擦板、桥面上设两布一膜滑动层以及梁面增加剪力齿槽和侧向挡块,结合我国铁路轨道电路传输的制式,增加了钢筋绝缘保护的措施等。Ⅱ型板式无砟轨道从轨道扣件、轨道板等方面实现了路基、桥梁、隧道地段无砟轨道结构的统一,方便了轨道板的生产,极大提高了生产效率,保证了轨道板的预制质量,大幅度减少了扣件节点精调工作,整体精度高。

Ⅱ型板式无砟轨道的运用,保证了线路的高平顺性,提高了旅客乘坐的舒适度,而且减少了钢轨与列车车轮的磨耗。使线下结构与无砟轨道系统实现了高精度对接,但对线下结构提出了更高要求,本文主要介绍在线路设计中应该注意的几个问题。

2 Ⅱ型板式无砟轨道对线路平、纵断面的要求

2.1 应选择地质条件好的线路区段进行Ⅱ型板式无砟轨道的铺设

客运专线铁路对轨道的平顺性有着近乎苛刻的要求,故基础稳固的线路可为客运专线铁路的工程投资、运营条件、养护维修等方面产生非常重要的影响。尤其是Ⅱ型板由于采用纵连结构,在大部分温度条件下,底座板、轨道板内储存了很大应力,很难进行大的维修。基于此,对于承载轨道的基础——路基、桥梁及隧道的稳定性、变形也有更严格的要求。而这些结构物稳定性均需要在一个好的地质条件上才能提供。考虑到无砟轨道可调性的限制,在线路选线时,应尽量避开易产生差异性沉降的不良地质地段,以避免其对铁路工程的影响。对难于避让的地段,线下基础要采取特殊处理措施,并在结构上选取可以适量调整的形式,如桥梁梁型选择上尽量选用简支梁为主的桥跨形式,同时采用可调支座,增加结构对沉降的适应能力；线上轨道采用调高扣件系统等工程措施,最大程度地适应地面沉降的影响。

2.2 选择合理的纵断面高程,减少水对无砟轨道铺设的影响

水是生命之本,也是工程的万恶之源,如何降低水对无砟轨道线路的影响是无砟轨道铺设成功与否的重要因素。路堤较矮的地段,一般易受地表水和地下水的双重影响,安全度较低,易产生不均匀沉降。故一般情况下,路基填高应尽量不小于路基表层厚度3.0 m,对无法达到上述要求的,应进行特殊的路基防水设计。

3 实设超高的选取及实现

与有砟轨道相比,客运专线无砟轨道线路的纵、横向稳定性大大增加,在提高线路的平顺性和稳定性方面可发挥它的优势。Ⅱ型板系统主要由底座板、砂浆垫板、轨道板、扣件等组成,超高不便于调整,故实设超高的选取时必须满足近远期行车速度下旅客乘坐舒适度要求。

3.1 最大实设超高

由于Ⅱ型板式无砟轨道具有很好的纵、横向稳定性,因此,其最大实设超高允许值由列车在曲线上停车时的旅客乘坐舒适度条件所控制。试验研究资料表明,当列车停在超高为200 mm的曲线上时,部分旅客感到站立不稳,行走困难且有头晕感觉。日本新干线最大实设超高为180 mm(东海道新干线提速到270～300 km/h后为200 mm,实属不得已)；法国TGV高速铁路最大实设超高为180 mm；德国ICE高速铁路最大实设超高为170 mm。所以Ⅱ型板式无砟轨道最大实设超高允许值取175 mm。

3.2 欠、过超高

英、日等国试验结果认为,欠、过超高对旅客乘坐舒适度的影响是同等的,性质均为未被平衡的超高。客运专线铁路高速与跨线列车共线运营模式是以高速列车为主,考虑到重点应保证高速列车的旅客乘坐舒适度,因此建议Ⅱ型板式无砟轨道欠、过超高允许值([hq]、[hg])取相同值。

3.3 实设超高的实现

由于无砟轨道线路的曲线超高难于根据列车运行速度的变化进行调整,因此,在无砟轨道线路最小圆曲线半径的计算参数中,无需留有超高调整裕量,即取[hq+hg]=[hq]+[hg]。根据我国已运营的京津城际铁路和正在建设的京沪高速铁路的实际情况,对实设超高的实现有如下建议。

路基部分：根据德国经验实设超高一般在路基面来实现,京津城际铁路由于大部分为桥梁通过,曲线路基较少,路基地段的实设超高是通过路基面来实现的；但施工单位反映通过路基面实现,施工难度较大,为此在京沪高速铁路设计中,建议实设超高通过混凝土支承层来实现(图1)。

图1 曲线地段路基面实设超高(单位：mm)

桥梁部分：由于实设超高在缓和曲线范围内是一个渐变过程,纵横向都有坡度,而梁顶面是平的,通过梁面来实现这个渐变过程非常困难,因此在桥梁部分实设超高设置在混凝土底座板上完成。

隧道部分：考虑到仰拱上混凝土回填层和无砟轨道的混凝土底座板是同一性质的材料,因此隧道内的实设超高在混凝土底座板设置完成。

4 竖曲线半径的设置要求

为保证列车在变坡点处的运行安全,满足旅客乘坐舒适度的要求,参照国内外有关规范,相邻坡度差大于1‰时,应采用圆曲线型竖曲线连接。

日本东海道(山阳)新干线竖曲线半径取10 000(15 000)m,对应220(240) km/h的竖向离心加速度允许值为0.35(0.3)m/s2；法国TGV高速铁路竖曲线半径取16 000 m,对应300 km/h的竖向离心加速度允许值为0.045g,特殊情况下,在坡底和坡顶可分别取0.06g和0.05g；德国ICE高速铁路竖曲线半径取25 000 m,对应250(280)km/h的竖向离心加速度允许值为0.02(0.025)g。根据我国客运专线的具体情况,建议竖向离心加速度允许值取0.4 m/s2(0.04g),对应300 km/h及以上的客运专线无砟轨道线路,其竖曲线半径不应小于25 000 m；250～300 km/h的客运专线无砟轨道线路,其竖曲线半径不应小于20 000 m。且竖曲线与竖曲线、缓和曲线、道岔均不得重叠设置,竖曲线与平面圆曲线不宜重叠设置。考虑到现场施工,最大竖曲线半径不应大于30 000 m。

在京津城际实车试验当中发现,设置变坡点的地点,不论考虑设置竖曲线与否,列车均会产生较大的竖向加速度变化。故变坡点的设计应结合工程情况尽量减少或合并。对于相邻坡度差小于1‰的情况尽量取消。取消不了的情况,为了提高舒适度,根据CRTSⅡ型板式无砟轨道可以满足精度0.2 mm精度特性,建议：不论是高速区段还是低速区段,设置竖曲线不单一的以≥1‰为根据,可按照竖曲线长度来控制,只要竖曲线长度大于20 m,都宜设置竖曲线。

5 CRTSⅡ型板式无砟轨道排水要求

5.1 一般原则

无砟轨道的表面排水应顺畅,并且避免边界冲刷；排水设施的尺寸应通过水文计算确定。

5.2 桥梁排水系统(图2)

图2 桥面排水示意(单位：mm)

桥面构造,桥面采用六面排水坡,在梁中线位置设置泄水管,形成三向排水。梁面纵向按照设3排泄水管进行布置,纵向间距8 m,梁体中心处泄水管直径110 mm,两侧防撞墙内侧泄水管直径160 mm,泄水管均采用PVC材质；桥面板横向设置六面排水坡,坡度2%,梁中心泄水管专门排放双线轨道间的积水,两侧泄水管排放电缆槽和轨道侧向积水,防撞墙、电缆槽竖墙对应泄水管位置分别设置150 mm×150 mm和100 mm×100 mm泄水孔,为防止杂物排水管道、泄水管口均设置了管篦或管盖。

5.3 隧道排水系统(图3)

隧道主要向两侧及中部排水,踏步双侧分段布置,纵向间距25 m,每段长2 m,踏步尺寸下设φ100 mm PVC排水管。直接下坡排出隧道。踏步与填充层总高度不变,填充层厚度随轨道板底座厚度相应调整,横向坡度2%,二者在施工完轨道板以后进行施做。轨道板中部排水汇集到仰拱填充中间位置的排水槽流入中心水沟检查井,排出隧道。

图3 隧道衬砌轨下断面(单位：cm)

5.4 路基地段排水系统

为防止地表水渗入路基,路基面宜采用全封闭防水措施；路堑侧沟外平台应采用浆砌片石封闭。

(1)直线地段(图4)

一般情况,尽量采用横向直排方式,轨道板上表面向轨道外侧设0.5%的排水坡,两线之间设C25混凝土封层,其上设2.5%的人字坡,将水排到线路两侧的排水设施内。为防止渗透,C25混凝土封层与轨道板间采用热沥青灌缝处理。

图4 直线地段排水系统示意

在有条件的温暖地区,为减少工程投资,可考虑线间设置集水井进行排水。

(2)曲线地段(图5)

图5 曲线地段排水系统示意(单位：mm)

曲线地段因超高原因,无法将水排到线路两侧。线间设置沥青混凝土排水沟,顺线路方向每30～50 m设置350 mm(宽)×650 mm(长)×800 mm(深)C20钢筋混凝土集水井一个,积水井一侧设置内径150 mm,壁厚不小于25 mm的钢筋混凝土管(钢筋混凝土管施工时接头采用一层沥青浸制麻布两层石棉沥青防水层防水渗漏措施),将水引至侧沟或边坡排水系统。

5.5 排水系统设计

无砟轨道上部结构的积水,通过以上措施后,都汇集到下部结构,怎样做好下部结构的排水,将水引至路基外,也是至关重要。除桥梁部分通过泄水孔来完成外,路堤路堑和隧道部分,需将上部结构引出来的水通过边坡设置排水槽将路基面以及边坡地表水引入排水沟；路堑边坡平台设置平台截水沟将边坡地表水引入天沟,形成完善的排水系统,防止或最大程度减少雨水对路基变形稳定的影响。天沟、侧沟、排水沟应与边坡排水设施等排水沟、槽、管相互衔接,保证排水通畅,并与过水涵洞、自然沟渠相连接,形成完整的排水系统。