现代有轨电车路基优化设计分析

徐文龙

(苏交科集团股份有限公司，南京　210017)



现代有轨电车路基优化设计分析

徐文龙

(苏交科集团股份有限公司，南京210017)

摘要：通过国内现代有轨电车建设、运营、设计、科研等单位的调研和分析，采取比较和设计归纳总结等方法，就基床坡率设计、路面高低覆盖绿化率、安全防护范围、排水设计以及与道路搭接5个方面进行探讨及优化，推荐路基标准横断面图；分析铁路A、B组填料直接应用到路基工程中的弊端，提出基床底层A、B组填料宜选择小于6cm的碎石类、砂类土的建议；剖析既有路桥过渡段设计现状且考虑其不均匀沉降及刚度过渡的问题并提出优化方案。

关键词：现代有轨电车；路基； 标准横断面； 设计

1问题的提出

作为多层次轨道交通体系中的现代有轨电车近年来发展迅猛，运营里程从2012年的41 km，到目前的274 km，建设修建的城市越来越多，建设速度越来越快，目前规划里程近5 000 km，总投资约6 000亿元。通过国内沈阳、南京、淮安、珠海、苏州等城市的现代有轨电车调研发现其规划建设缺乏统一协调，设计依据不明确等问题，造成设计过程中随意性较大或照搬硬套规范，工程人为浪费以及列车运营存在安全隐患。有轨电车路基设计主要参考市政设计规范、地铁规范、铁路设计规范，但其与现有规范有明显的区别，应考虑其特殊性，进行专门优化设计。

2路基标准横断面形式确定

2.1优化基床边坡坡率

常规路堤考虑到边坡的稳定性，一般设置坡率1∶1.5～1.75。有轨电车路基为埋入式路堑，其稳定性远远超过规范要求，故基床坡率可适当放宽要求，仅考虑列车荷载的传递以及与道路的衔接。规范对坡率设置有1∶0.3～1.25[2]，压力扩散角为20°～30°[3]或6°～30°[4]几种形式。有的设计院过于强调保护市政道路的情况下出现垂直下挖的设计方案，其不符合力学原理且填筑后与市政道路无法相互衔接，形成纵向裂缝，日积月累后反映到道路表层，破坏路基基床结构。鉴于满足力学传递原理同时方便与两侧道路的搭接以及简化设计前提下，建议在整体道床垫层边缘设置坡率1∶0.6(相当于扩散角30.96°)作为路基基床结构边坡保护线。

2.2有轨电车两侧限界应增设安全带

地铁限界分为车辆限界、设备限界和建筑限界，其设置的前提为独立路权，敷设方式为地下或高架形式[5]。有轨电车设计以地面敷设为主，独立路权路段也是简单采用路缘石隔断，两侧建筑限界仅有1 800 mm[6]。列车高速运行的情况下，与列车相邻的人行道一侧未设置安全防护，存在安全隐患。故在划定有轨电车用地范围时不仅需考虑地铁的限界要求，还需利用列车动态运行模拟数据，在与人行道和机动车道相邻一侧设置安全保护带。如没有列车动态运行数据的情况下，建议参考市政道路做法，在地铁建筑限界两侧增加500 mm作为安全防护带。

2.3路面高、低覆盖绿化率分析

现代有轨电车为了与周边市政道路相互协调，道床结构采用埋入式形式敷设，同时为满足城市绿化要求，需进行景观设计。路面绿化分高、低覆盖绿化2种形式。

高覆盖绿化路面：钢轨采取高分子材料包裹，两侧均进行填土绿化，施工完毕与轨面保持平齐，将钢轨、扣件全部覆盖。其钢轨及扣件维修较为方便，绿化面积大，景观效果最好，但钢轨长期处于潮湿环境下腐蚀严重、杂散电流防护也较为困难，列车运营存在安全隐患，见图1。

图1　高覆盖绿化路面

低覆盖绿化路面：钢轨采取混凝土包裹后进行填土绿化，与轨顶面平齐，可防止钢轨、扣件锈蚀、方便杂散电流防护设置，但钢轨、扣件更换不易，且路面景观效果略差，见图2。

图2　低覆盖绿化路面

通过分析高、低覆盖绿化措施的优缺点，低覆盖绿化在城市景观效果方面可通过涂料渲染或彩色混凝土解决，在杂散电流保护和防止钢轨锈蚀方面优势明显，建议有轨电车路面采用低覆盖绿化。

2.4路基防排水

路基排水设计主要解决的是毛细水、降雨产生的地表径流、高水位造成路基内部产生渗流3部分。有轨电车敷设在市政道路中央或一侧，轨面与市政道路高程基本一致，横向占地范围约8 m，汇集水量较少，同时市政道路设计时已经考虑到这部分汇水面积，不宜单独设计排水管网，应与市政管网同时考虑，节省费用。

线路纵向表层每隔50 m设置专用排水箱体，收集区间地表径流雨水及轨槽内积水，排入周边管网或水体，减少水体在路基本体逗留时间[7-8]。优化方案：①上部混凝土垫层进行全封闭，防止地表水残留下渗对路基本体的破坏；②路基本体周围设置复合土工膜对底部毛细水以及两侧高水位地下水进行隔断，防止毛细水上升对路基本体造成破坏。

2.5道路衔接

防止有轨电车与市政道路之间出现不均匀沉降，其结构层必须采用挖台阶形式搭接，台阶高宽比采用1∶2搭接，搭接材料采用土工格栅或土工布[9]。两侧回填料应根据市政道路机动车道、人行道或绿化带等不同部位采用不同搭接材料，其压实标准应与既有道路设计标准一致。

综上所述，为使路基设计符合安全适用、技术先进、经济合理的要求，同时考虑减小对既有道路的破坏，防止出现搭接不协调，影响不均匀沉降等因素，提出路基横断面优化图，如图3、图4所示。

图3　路基标准横断面(单位：mm)

图4　路基标准横断面优化(单位：mm)

3路基基床底层填料粒径选择

目前有轨电车基床底层填料采用改良土或A、B组填料，改良土与周边市政道路衔接较为良好，同时A、B组填料的孔隙率、压实度满足规范即可，故本次主要讨论A、B组填料粒径选择的问题。A、B组填料划分主要根据颗粒组成、颗粒形状、细粒级配、抗风化能力等，填料粒径分为0.075、0.25、0.5、2、20、60、200 mm不等[10]。有轨电车设计在基床底层只提到A、B组填料的选择，未对其粒径大小进行规定，致使施工单位在填料粒径的选择较为任性，施工现场甚至出现粒径大于200 mm的大石块，填料压实不易，存在较大孔隙，有充盈潜水的安全隐患。

铁路系统根据轨道类型、设计速度不同选择A、B组填料最大粒径有200、100、60 mm三种限制，其主要考虑基床结构的稳定、级配优良以及不均匀系数，未考虑路基施工完毕是否有存在较大孔隙[11，12]。铁路基床一般都高出地面，同时两侧设置排水系统，即使有少量地表水进入填料也会渗出，不会对路基基床造成损害。有轨电车轨面与周边道路高程基本一致且为埋入式路堑，填料中一旦存在积水，将无法排除。路基在列车动荷载的作用下，将出现翻浆、冒泥等病害。

根据基床表层采用级配碎石粒径小于3 cm的含量在90%～100%，同时根据填料上下层粒径大小限制D15<4d85，故粒径尽可能小于12 cm，结合块石类、碎石类、砾石类、砂类土的划分，借鉴城际无砟轨道基床底层粒径填料不大于6 cm的要求，建议有轨电车路基基床底层A、B组填料宜选择小于6 cm的碎石类、砂类土。

4路桥过渡段优化设计

现代有轨电车新建桥梁路桥过渡段可采取倒梯形设置，本文讨论的是利用既有桥梁的路桥过渡段的问题[13]。市政道路规范未有明确路桥过渡段设置措施，机动车辆行驶过程普遍存在跳车现象。主要原因是未考虑路桥两者沉降及刚度的不同设计理念以及施工压实不严。现代有轨电车桥路、涵交界处的差异沉降不大于10 mm；过渡段沉降造成的路桥(涵)的折角不应大于1/1 000[14]。调研发现有轨电车路桥过渡段依据铁路过渡段设计开挖较深、两侧道路有大量车流通行，边坡支挡防护费用较高且有积水现象，同时由于施工操作空间较小，填料压实不易，具体见图5。

图5　路桥过渡段施工现场

市政道路路面为半刚性基层，设置的搭板与面层材料底部衔接不够，更容易发生裂缝、坑槽、松散、沉陷、桥头涵顶跳车等病害；有轨电车基床表层处设置钢筋混凝土搭板与上部整体道床板作为一个整体，能有效减小路桥差异沉降。

既有桥梁路桥过渡段经机动车辆常年的碾压，过渡段填料基本压实，工后沉降基本完成，需考虑的问题是有轨电车路桥刚度过渡以及可能存在差异沉降[15]，建议市区路桥过渡段设计尽量简化，基床表层采用0.4 m厚钢筋混凝土搭板，长L=2(H-h)+5 000 mm，同时结合实际地层情况选择恰当的地基处理方式来调节路桥过渡段的刚度和工后沉降，如图6所示。

图6　路桥过渡段优化设计(单位：mm)

5结语

现代有轨路基工程与铁路系统既有相似性，又在技术标准、设计理念上多有不同，通过对已开通运营的现代有轨电车调研、施工单位的反馈以及设计院设计过程中的困惑进行总结，就路基标准横断面设计、基床底层填料粒径的选择以及桥路过渡段设计3个方面提出优化方案，希望总结过去设计的经验并克服弊端，统一路基工程技术标准，推动现代有轨电车路基设计规范尽快出台。

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收稿日期：2015-11-27； 修回日期：2015-12-10

作者简介：徐文龙(1982—)，男，工程师，E-mail:xwl45@163.com。

文章编号：1004-2954(2016)07-0034-04

中图分类号：U213.1

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.008

Optimal Design Analysis of Subgrade of Modern trams

XU Wen-long

(JSTI Group， Nanjing 210017， China)

Abstract：Through research and analysis conducted by the participants in the construction， operation， design and scientific research of domestic modern trams and the comparison， summary and design， five aspects such as the bedding slope rate design， pavement， safety protection of high and low coverage scope， drainage design and road lap are discussed and optimized， and roadbed standardized cross-sections are recommend. Analysis of railway A， B group of filler applied directly indicates their disadvantages in subgrade engineering and the bed bottom packing with A， B group of gravel， sand soil less than 6 cm should be selected. With a view to the present condition in the design of the existing bridge transition section design， the uneven settlement and the stiffness transition problems， the optimization scheme is put forward

Key words：Modern tram; Subgrade; Standard cross-section; Design