铁路路基过渡段设计常见问题及对策

郑心铭，张世杰，唐广辉，纪文利

(1.中国铁路总公司工程管理中心，北京 100844;2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

铁路路基过渡段设计常见问题及对策

郑心铭1，张世杰2，唐广辉2，纪文利2

(1.中国铁路总公司工程管理中心，北京 100844;2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

路桥、路涵过渡段是最为常见的过渡段，对过渡段形式选择、横断面设计，最小长度问题、过渡段交叉重叠问题、挖方过渡段、站内过渡段、特殊结构形式过渡段设计等系列问题进行探讨，并给出对应的解决方案。

铁路路基;过渡段;设计;常见问题;对策

1 概况

桥梁与路基的连接处是铁路路基的薄弱环节，一方面由于刚度差别而引起轨道刚度的突变，同时路基与桥台沉降不一致，导致轨面不平顺，引起列车与轨道的相互作用增加，影响列车高速运行。从秦沈客运专线开始，我国铁路设计速度达到160 km/h，过渡段的理念首次提出［1-2］，随着铁路等级和行车速度的提升，200～250 km/h，300 ～350 km/h，以及无砟轨道的出现，过渡段由路基与结构物发展到路堤与路堑，半填半挖，桥头与路堑，刚性短路基等多个样式，规范对填料和压实标准提出了一定的要求［3-5］，实际工作中还有许多问题值得探讨和研究，本文仅就使用最多的路桥、路涵过渡段在设计过程中的常见问题进行研讨。

2 规范的相关规定

各种不同等级铁路设计规范对过渡段的要求详见表1。

3 正梯形和倒梯形的选择

目前规范上出现了2种过渡段形式，即正梯形和倒梯形，从刚性过渡来看，2种形式均能满足过渡要求，而在实际工程实践中，秦沈客运专线、郑西客运专线、京沪高速铁路、哈大客运专线采用了倒梯形过渡段［6-7］，而武广客运专线采用了正梯形过渡段，到底采用哪种形式更加合理呢?笔者推荐倒梯形过渡段的形式，理由如下。

表1 不同规范对路桥过渡段的设计要求

图1 正梯形和倒梯形过渡段示意

(1)倒梯形过渡段大部分的优质填料位于路基面位置，铁路路基分为基床表层、基床底层和基床以下3部分，填料的品质也是自上而下逐步减弱，上部因受到动荷载的作用填料最好，而倒梯形过渡段的大量品质较好填料位于基床范围，符合路基填料设计理念。

(2)同样尺寸(高度、长边和短边的长度均相同)的正梯形和倒梯形过渡段，正梯形由于其长边位于下部，路基宽度大，工程数量较倒梯形多20% ～30%。

(3)从施工过程来看，过渡段的填料品质要求比较高，过渡段填料绝大部分情况下需要统一场制，集中填筑，其填筑多数安排在一般填料填筑完成后，留下过渡段的缺口。这个缺口，对于倒梯形的过渡段，可以比较方便地预留出来(沿图中AB预留)，而对于正梯形的过渡段，缺口是不可能按照图中CD预留的，只能按照倒梯形的方式预留(沿图中EF预留)，这样中间形成一个U形缺口(CDEF)，这个缺口的填筑，就是二次过渡的部分，对于200 km/h以上的线路，规范对二次过渡填料和压实标准提出了明确要求，还需要按照规范要求再次填筑。可见倒梯形过渡段更加方便施工。

4 过渡段横断面设计

关于过渡段的横断面设计，仅在《新建时速200～250 km客运专线铁路设计暂行规定》中涵洞过渡段有所体现，即采用包心填筑，此横断面设计最早出现在秦沈客运专线，以路肩宽度分界，内部1∶1采用级配碎石填筑，外侧1∶1～1∶1.5的范围仍采用普通填料，见图2。

图2 过渡段横断面包心填筑断面

包心填筑中顶部最小宽度该如何取值?有砟轨道路基一般是取路肩宽度，其宽度为0.8～1.0 m，但对于无砟轨道路基，此问题规范上没有明确说明。如果按照路肩的概念，从轨道板基础外边缘到路肩，宽度达2.7 m，这样级配碎石顶面宽度将大大小于同等级的有砟轨道，其合理性需要进一步的研究和验证。实际设计中，大部分设计的无砟轨道“路肩宽度”按照同等级的有砟轨道的路肩宽度取值。

5 规范要求20 m最小长度的问题

时速200 km以上客运专线过渡段长度要求不小于20 m，如果按照公式计算出来的长度不足20 m，该如何处理呢?

以《新建时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定》倒梯形过渡段为例，过渡段的长度计算公式为:

式中 L——过渡段长度;

a——常数;

H——横向构筑物后路基高度;

h——横向构筑物顶至路肩高度;

n——过渡段纵向坡率。

为了增加过渡段的长度，可以增大a值或者放缓坡度n，直接加大a取值，工程数量增大明显;放缓坡度，长度增加较快，数量增加不明显。

实际设计过程中，推荐取a=5，n=4进行计算，如长度仍不足，则调整a值，使L满足20 m。不可固定L和a调整坡度n，导致过渡效果不均。

6 相邻过渡段搭界问题

《新建时速200～250 km客运专线铁路设计暂行规定》6.1.11规定，“两涵之间以及桥台尾与涵之间的净距离不宜小于30 m”，而《新建时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定》4.6.1-1则要求过渡段长度不小于20 m，对于中心距离小于40 m的桥涵，将出现两个相邻过渡段重叠的问题，即使不重叠，间距过小，剩余的一般填料顶宽太小，从施工角度来看，也是无法填筑的。如何处理过渡段边缘距离过小甚至重复搭接的问题［8-9］，经综合考虑填料刚度的过渡、施工的难度，可采用如下的处理方式:

当过渡段净间距大于30 m时，按照正常填筑;

当过渡段净间距大于10 m小于30 m时，基床底层采用与过渡段相同填料填筑;

当过渡段净间距小于10 m时，两过渡段之间填料均采用与过渡段相同的填料填筑。见图3。

图3 相邻过渡段间距较小的填筑方式(单位:m)

7 位于挖方的过渡段

《客运专线无砟轨道铁路设计指南》［10］首次提出了“挖方桥台过渡段”的设计，实际上山区挖沟底地段设置在挖方中的涵洞也是常有的，其设计原则视相邻路堑的岩性而定，弱风化的硬质岩采用混凝土回填基坑，其余地层除回填基坑外，还需要设置20 m长度的过渡段［11］。桥台与土质路堑的过渡段示意见图4。

图4 挖方桥台过渡段设计(单位:m)

8 施工顺序导致的填方过渡段变成挖方过渡段

旅客地道属于站后工程，一般在站前工程施工时尚未开标，但因架梁通道需要，路基需要全线贯通，实际施工中一般先通长填土碾压，待架梁完成后，再来开挖地道和填筑两侧的过渡段［12］。此时过渡段的情况同正常施工路基填筑有所不同，由于填土为一次大面积碾压形成的，压实质量控制较好，若仍按照较缓坡度开挖，废弃土石方较多，因此按照规范的最陡边坡1∶2开挖，既减少了开挖土石方的数量和级配碎石回填的数量，同时加快了工期。如图5所示。

图5 站内填方过渡段因工序安排变为挖方过渡段

9 站内过渡段

站内多股道并列，旅客地道穿越高速铁路无砟轨道，高速铁路有砟轨道，普速线等不同等级的线路，还有站台下填土，其横断面设计是个难以取舍的难题，分述如下。

(1)两台四线的中间站，正线和相邻的到发线按照相同的标准处理，站台填土下部不设过渡段，见图6。

图6 两台四线的中间站过渡段横断面设计(单位:m)

(2)股道多、形式复杂的车站

正线和相邻的到发线按照相同的标准处理，被站台分隔开的普速线按照普速线标准对应处理，站台下部按照普速线处理。见图7。

(3)挖方地段的地道过渡段

图7 股道众多的车站横断面设计(单位:m)

位于挖方的车站不少见，此时站内地道处于挖方范围内，其过渡段的设置比照前述第7条的设置原则，此处以弱风化泥灰岩为例，处于此种较好地层中的过渡段不需放坡开挖，而是采用素混凝土回填开挖线与地道结构之间的空隙，避免空隙处回填其他填料形成软硬不均的状况。见图8。

图8 挖方地段地道两侧过渡段设计

10 刚构桥过渡段

刚构桥同一般的标准双线桥梁相比，形式上非常灵活，必须引起设计者的足够重视，由于过渡段设计和桥梁设计分属不同专业，刚构桥的特殊性往往被其他专业所不知，导致桥和过渡段设计相互脱离，以鞍山站运粮河中桥为例，该桥为五桥七线，位于曲线上，平面布置见图9，此类过渡段一定要结合具体桥梁设计单独设计。

图9 站内刚构桥平面布置

11 立交框构两侧的过渡段设置

客运专线进入枢纽范围，从既有线边缘通过，既有公路立交框构进行了接长，此时两侧的过渡段如何设置?如果从框构下部开始开挖，工程数量大，也会影响既有线的运营安全，此时与桥梁专业深入结合显得尤为重要。为了施工安全，桥梁专业设计中，在框构两侧设置了灌注桩临时防护措施，过渡段设计考虑将灌注桩和框构之间采用片石混凝土回填，原地面以上填筑过渡段要求的填料(桩外土体未受扰动，不再换填处理)，如果地面至路肩高度不足基床厚度，则下挖至基床厚度，靠近既有线侧需采取临时防护措施，保证开挖安全，横纵断面如图10所示。

图10 既有线框构接长处过渡段设计(单位:m)

12 结语

过渡段属于不同结构的结合部，在保证行车高速、安全、舒适方面意义重大。桥涵和路基分属不同的专业，存在着专业接口问题，而接口问题恰恰是客运专线设计比较薄弱的环节，容易发生设计遗漏和结合不利的问题，从本文可见，虽然过渡段已经广泛采用，但仍存在着一些需要进一步探讨和深化的问题，笔者列举了工作中常见的问题，并提出了处理方法，愿与同仁就此类问题共同探讨。

［1］ 中华人民共和国铁道部.TB10001—2005 铁路路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］ 茅梅花.路桥过渡段的施工方法［J］.中国新技术新产品，2009(11):47.

［3］ 中华人民共和国铁道部.铁建设函［2005］285号 新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］ 中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］140号 新建时速200～250 km客运专线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［5］ 中华人民共和国铁道部.铁建设［2007］47号 新建时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［6］ 尹建勋，刘扬.秦沈客运专线路桥过渡段级配砂砾石填筑技术［J］.铁道标准设计，2001(10):48-50.

［7］ 邹振华.秦沈客运专线路桥过渡段施工技术［J］.铁道标准设计，2001(10):13-14.

［8］ 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［9］ 徐玲芝.时速200 km/h客运专线过渡段施工技术［J］.铁道工程学报，2007(S1).

［10］中华人民共和国铁道部.铁建设函［2005］754号 客运专线无砟轨道铁路设计指南 铁建设函［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［11］罗强，蔡英.高速铁路路桥过渡段变形限值与合理长度研究［J］.铁道标准设计，2000(6):2-4.

［12］刘彬.铁路客运专线过渡段施工技术研究［J］.铁道标准设计，2006(12):12-16.

Common Problems and Solutions in Transition Section Design of Railway Subgrade

ZHENG Xin-ming1，ZHANG Shi-jie2，TANG Guang-hui2， JI Wen-li2
(1.Project Administration Center，China Railway Corporation，Beijing 100844，China;2.China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Beijing 100055，China)

Regarding the most commonly-used transition sections between subgrade and bridge as well as between subgrade and culvert，this thesis analyzes a series of issues in the designs of the transition sections，such as the selection of transition form，cross-section type，minimum length，crossing or overlapping，earth excavation transition section，station transition section，special structure transition section and so on.And then，the corresponding solution schemes are proposed.

railway subgrade;transition section;design;common problems;solutions

U213.1

A

1004-2954(2013)10-0044-04

2013-01-29;

2013-03-05

郑心铭(1975—)男，高级工程师，1997年毕业于石家庄铁道学院交通土建专业，工学学士;2005年毕业于西南交通大学桥梁与隧道专业，工学硕士。