武广铁路客运专线无砟轨道路基工程接口设计

刘 洋,赖紫辉

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

1 概述

在以往的路基接口设计中,适用于设计时速160 km及以下的《铁路路基设计规范》规定：通信、信号、电力等各种光、电缆沟槽应从路堤坡脚或路堑侧沟平台上通过,必须从路肩或路堤边坡上通过时,应进行结构设计,并采取有效措施,保证路基的完整和稳定[1]。适用于设计时速200 km及以上的客货共线和客运专线相关暂行规定均要求：路基上的各种设备宜与路基同步修建,并不得因其设置而损坏和危及路基的稳固与安全[2]。德国DB836行业标准《路基工程设计、施工与维护》规定：路基附属工程(电缆槽沟、防噪声保护措施、轨道电路等)一般应在填筑路基保护层(基床表层)之前施工,过轨管道“横穿”路基,应满足静力学和构造方面的要求[3]。无砟轨道客运专线要求路基作为结构物设计,必须保证路基的完整和稳定,路基接口设计显得尤为重要。

2 路基工程接口相关专业及主要内容

与路基工程接口有关的站后专业主要有：通信(包括有线和无线通信)、信号、电力、接触网、环境工程等。主要接口工程包括以下内容：

(1)通信、信号、电力电缆槽及手孔设置；

(2)综合接地贯通地线在路基地段的敷设方式；

(3)通信、信号、电力、综合接地贯通地线的横向连接线(以下简称“接地电缆”)及接触网PW线的横向过轨管道敷设方式；

(4)电力电缆从路肩向坡脚转换方式；

(5)通信、信号、电力电缆引入通信基站或信号中继站；

(6)接触网立柱基础；

(7)声屏障立柱基础。

上述各类接口工程应与路基主体工程同步施工,在铺轨以前全部完成。

3 路基接口工程主要设计原则及参数

3.1 电缆槽及手孔

3.1.1 电缆槽及手孔的布置及功能

按照强、弱电分槽设置、就近使用的原则,结合路肩上护肩的设置,一般情况下,通信和信号电缆合槽铺设,电缆槽拉通设置在路肩上,电力电缆槽拉通设置在路堤坡脚或侧沟平台上。在桥隧之间路基很短时,为避免电力电缆频繁上下穿梭于路肩与坡脚之间,电力电缆槽可与通信信号电缆槽并行设置于路肩上,但二者之间须保持一定的距离(一般不小于50 cm)。

在桥头,隧道洞门处,通信、信号、电力、接地电缆及接触网PW线需要横向过轨和检修的位置设置手孔。通信信号手孔对称设置在两侧路肩上,电力手孔对称设置在两侧路堤坡脚或侧沟平台上。除了专门供接触网PW线过轨设置的手孔外,路肩上的手孔位置应避开声屏障立柱基础。

各类电缆槽及手孔的规格及功能见表1。

3.1.2 电缆槽及手孔的材料及规格

电缆槽及手孔采用C25钢筋混凝土或无机复合板预制构件(手孔为现浇)。电缆槽每50 cm一节,手孔为单节,电缆槽内及手孔内均铺设中粗砂。为避免电缆在通过手孔时下垂弯曲,在手孔侧壁上设角钢支架,高度同电缆槽底部高程。为防止鼠害及孔内中粗砂流失,在外侧隔板的泄水孔处设置一层φ2 mm钢丝网(网距1.0 cm×1.0 cm),预制混凝土时一并埋入。电缆槽采用横向排水措施,在中间隔板和外侧隔板底部间隔2.0 m设置泄水孔,采用φ50 mm PVC塑料管制作。

电缆槽及手孔的关系如图1所示。

表1 电缆槽、手孔规格及功能一览

图1 电缆槽、手孔及过轨管道平面关系(单位：cm)

3.2 综合接地贯通地线敷设方式

路基地段的综合接地贯通地线采用两侧对称设置方式,埋设于路肩以下,通信信号电缆槽下方,距离基床底层顶面30 cm。在设置手孔位置从手孔内穿过。根据轨道、通信、信号、电力、接触网等相关专业的需求,在适当里程分别预留接地线,连接电缆槽内的引接线端子排。间隔一定距离采用与贯通地线同材质、同规格的铜缆进行横向等电位连接,要求综合接地系统的接地电阻应不大于1 Ω。

3.3 横向过轨管道及敷设方式

有横向过轨需求的电缆包括通信、信号、电力、接地电缆及接触网PW线,在路堤基底或路基基床通过开槽或预埋穿管敷设实现过轨目的。为避免电磁干扰,在同一里程位置强电电缆(电力及接触网PW线)与弱电电缆(通信、信号和接地电缆)原则上不能同时过轨或共沟(槽)埋设,间距不小于1.0 m,分别从手孔的大小里程端引出。

过轨管道全长采用内径100 mm的高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管(PE100)或无缝钢管,管内预埋2根φ2 mm钢丝用于穿管。

在路堤、路堑及桥隧之间短路基地段,各种过轨管道的敷设方式如下。

3.3.1 路堤地段横向过轨管道

(1)通信、信号、接地电缆及接触网PW线过轨管道

通信、信号、接地电缆或接触网PW线从甲型手孔侧面引出,过轨位置在路基基床底层上部,过轨管道顶部距离路基面不小于820 mm。

(2)电力电缆过轨管道

电力电缆从乙型手孔侧面或底部引出,过轨位置位于路堤填方基底,管道在地面、挡土板及排水沟等结构物以下最小埋深不小于0.3 m。

路堤地段过轨管道的敷设方式如图2所示。

图2 路堤地段过轨管线埋设布置设计(单位：mm)

3.3.2 路堑地段横向过轨管道

(1)通信、信号、接地电缆及接触网PW线过轨管道

土质及软质岩路堑同路堤地段。

硬质岩路堑地段的通信、信号、接地电缆或接触网PW线从甲型手孔侧面引出,过轨位置在路基基床底层上部,过轨管道顶部距离路基面不小于820 mm。

(2)电力电缆过轨管道

土质及软质岩路堑地段的电力电缆从乙型手孔底部引出,过轨位置位于路堑基床底层换填中部,管道在侧沟以下埋深不小于0.1 m,过轨管道顶部距离路基面不小于2 164 mm。

电力电缆在硬质岩路堑地段原则上不过轨,特殊情况下个别设计。

土质及软质岩路堑地段过轨管道的敷设方式如图3所示。

图3 土质及软质岩路堑地段过轨管线埋设布置设计(单位：mm)

3.3.3 桥隧之间短路基地段横向过轨管道

在桥隧之间短路基地段,包括电力电缆在内的几乎所有电缆都位于路肩上,通信、信号、电力、接地电缆或接触网PW线从丙型手孔侧面引出,过轨位置在路基基床表层内,过轨管道顶部距离路基面不小于300 mm。

3.4 电力电缆从路肩向坡脚转换方式

当电力电缆需要从路肩向坡脚转换时,电力电缆管道从丙型手孔侧面引出,通过路堤边坡和排水沟底部,引入路堤坡脚外的乙型手孔。管道在地面及排水沟沟底以下最小埋深不小于0.3 m,在边坡坡面上埋深不小于0.4 m。

3.5 通信、信号、电力电缆引入通信基站或信号中继站

3.5.1 路堤地段

通信、信号电缆管道从甲型手孔侧面引出,通过路堤边坡和排水沟底部,电力电缆从乙型手孔引出,同时引入路堤坡脚外通信基站或信号中继站。电力电缆与通信、信号电缆不应共沟(槽)埋设。

管道在地面及排水沟沟底以下最小埋深不小于0.3 m,在边坡坡面上埋深不小于0.4 m。

3.5.2 路堑地段

通信、信号电缆管道从甲型手孔底部引出,从侧沟沟底混凝土中穿过,电力电缆从乙型手孔引出,同时引入路堑外通信基站或信号中继站。电力电缆与通信、信号电缆不应共沟(槽)埋设。

管道距离沟底高程不小于0.1 m,在地面以下最小埋深不小于0.3 m。

3.6 接触网立柱基础

接触网立柱位于电缆槽内侧,距离左右线的距离为3.0 m。

3.7 声屏障立柱基础

声屏障立柱位于电缆槽内侧,距离左右线的距离不小于4.60 m。

4 施工方法及施工技术要求

4.1 电缆槽及手孔

4.1.1 施工顺序

(1)基床表层级配碎石填筑到设计高程、经过观测已经满足沉降要求,并且接触网立柱的钢筋混凝土基础已经施工完毕后,在两侧路肩上把接触网立柱基础以外级配碎石全部切除。

(2)在现场预制电缆槽。

(3)在基床底层上现浇C15混凝土底座,同时安装电缆槽及现场浇筑手孔(丙型手孔为预制),采用M7.5沥青水泥砂浆连接成一个整体；电缆槽与接触网立柱基础之间的空隙也采用M7.5沥青水泥砂浆封闭。

(4)预留电缆槽泄水孔后,砌筑浆砌片石护肩。

4.1.2 施工注意事项

(1)电缆槽及手孔的安装应在接触网立柱基础施工完成后进行。

(2)级配碎石采用专用机械无水切割。

(3)在预埋接地线的位置,C15混凝土底座与电缆槽底部均预留φ50 mm综合接地孔,安装时接入预埋的接地线后,采用M7.5水泥砂浆封闭。

4.2 综合接地贯通地线

综合接地贯通地线可采取预埋或切割开槽方式。

4.2.1 预埋方式

在基床底层填筑压实至倒数第2层时,采取压痕方式预埋贯通地线,在压路机上临时焊接角钢立模(宽2 cm,高6 cm)或直接在地面铺设钢条,形成凹槽后铺设贯通地线,同时在相关接地需求的里程位置引出引接线和引接端子,槽内回填相同填料并人工夯实。

4.2.2 切割开槽方式

基床表层级配碎石填筑压实、采用机械切割后,安装电缆槽之前,在基床底层顶面切割开槽(宽度0.2 m),敷设贯通地线,在相关接地需求的里程位置引出引接线和引接端子,槽内回填相同填料并人工夯实。

4.3 横向过轨管道

4.3.1 路堤地段横向过轨管道施工技术要求

(1)通信、信号、接地电缆及接触网PW线过轨管道

在路基基床底层填筑压实后,采取机械切割开槽埋管的施工方法,开槽深度0.6 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定),铺设过轨管道后回填相同填料并人工夯实。

(2)电力电缆过轨管道

在路堤填筑前,在基底采取机械切割或人工开槽埋管的施工方法,开槽深度及宽度均为0.3 m,铺设过轨管道后回填相同填料并人工夯实。需要穿越挡墙或排水沟等结构物时,在挡土板与排水沟结构物底部的最小埋深不小于0.3 m。需要穿越重力式路肩墙时,管道直接与挡墙混凝土一并浇筑。

4.3.2 路堑地段横向过轨管道

(1)通信、信号、接地电缆及接触网PW线过轨管道

土质及软质岩路堑地段敷设方式同路堤。

硬质岩路堑地段在基床表层超挖换填0.1 m厚的C25混凝土垫层前,采取机械切割开槽埋管的施工方法,开槽深度0.3 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定),铺设过轨管道后槽内回填C15混凝土。

(2)电力电缆过轨管道

在路堑基床底层换填压实到距离轨面高程2.761 m时,采取机械切割或人工开槽埋管的施工方法,开槽深度及宽度均为0.3 m,铺设过轨管道后回填相同填料并人工夯实。

4.3.3 桥隧之间短路基地段

在桥隧之间短路基地段,级配碎石掺水泥或C15混凝土等刚性材料填筑压实或现场浇筑后,采取机械切割开槽埋管的施工方法。开槽深度0.4 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定),铺设过轨管道后槽内回填C15混凝土。

4.4 电力电缆从路肩向坡脚转换方式

电力电缆从路肩向坡脚转换时,在路堤填筑成形、初步修整边坡坡面后,采取人工开槽埋管的施工方法。开槽深度0.4 m,宽度0.3 m,铺设管道后回填相同填料并人工夯实。

4.5 通信、信号、电力电缆引入通信基站或信号中继站

4.5.1 路堤地段

通信、信号电缆管道从手孔引入通信基站或信号中继站的施工方法与电力电缆从路肩向坡脚转换方式相同。边坡上开槽深度0.5 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定)。在坡脚以外地面,通信、信号电缆管道开槽深度0.3 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定),电力电缆管道开槽深度及宽度均为0.3 m。

4.5.2 路堑地段

通信、信号电缆管道在现场浇筑手孔时,采取机械切割或人工开槽埋管的施工方法,尽量与本段侧沟同步施工,管道直接与本段侧沟混凝土一并浇筑。在侧沟以外地面,通信、信号电缆管道开槽深度0.3 m,宽度0.3～0.6 m(根据过轨的管道数量确定),电力电缆管道开槽深度及宽度均为0.3 m。

4.6 接触网立柱基础

(1)基床表层级配碎石填筑到设计高程、经过观测已经满足沉降要求后,在路肩上采用旋挖钻孔(干钻)成孔。

(2)制作安装钢筋笼,一次连续灌注混凝土基础。

(3)基础顶面预留法兰盘,与立柱采用螺栓连接。

(4)基础周围的空隙采用沥青水泥砂浆填补。

(5)回填压实沥青混凝土防水层。

4.7 声屏障立柱基础

声屏障立柱基础在基床表层级配碎石填筑到设计高程、经过观测已经满足沉降要求后,砌筑浆砌片石护肩之前施工。采用旋挖钻孔(干钻)灌注施工,可以与通信信号电缆槽同时施工。基础顶面预留法兰盘,与立柱采用螺栓连接。基础周围的空隙采用沥青水泥砂浆填补。

5 结语

目前,关于过轨管道的埋深还存在一定分歧。按照德国DB836行业标准相关规定,为保证路基地段的刚度平顺性,过轨管道的埋设深度应不小于轨底以下1.5 m。考虑到目前四电集成相关技术标准实施的困难程度,为不影响土建工程的施工进度,将埋设过轨管道的施工周期尽量向后推延,在武广、郑西和京津城际3条已建成无砟轨道客运专线建设中,要求将过轨管道的埋设深度减小为无砟轨道的道床板顶面以下不小于600 mm。根据武广铁路客运专线的轨道结构形式和路基标准横断面设计图计算,要满足过轨管道能够在盖板以下进入手孔,其埋设深度最小为道床板顶面以下不小于700 mm。笔者认为,过轨管道最好埋置于同一种路基填料中,埋于基床底层上部为宜。究竟埋深多大合适,经过武广、郑西和京津城际3条客运专线的建设实践,包括过轨管道最佳埋深在内的无砟轨道客运专线诸多路基接口设计原则和参数都将形成中国特色的行业标准。

[1] TB10001—2005,J447—2005,铁路路基设计规范[S]．

[2] 铁建设[2004]157号,京沪高速铁路设计暂行规定[S]．

[3] DB836行业标准,路基工程设计、施工与维护[S]．