铁路高路基设计本科毕业论文（设计） .doc

i 摘摘 要要 在黄土地区修筑高等级铁路，由于黄土特殊的性质和复杂的地质、地理因素，许多路 段不可避免地出现了高填的路基。于是高路堤边坡稳定性分析就成了当前面临的主要 问题之一。 本文通过对西沟门至陈峪段的线路设计，根据铁路路基设计规范 ，对铁路选线、 定线、线路纵横断面设计以及与路基设计有关的一系列附属建筑物进行了设置。讲述 了定线的基本原则、铁路路基的特点，根据已有的地形地貌资料、工程地质资料、主 要技术指标、线路高程要求等选择合理的线路，确定路基的纵横断面形式及位置，并 且绘制了相应的纵横断面设计图。针对特殊地段设置了高路堤，采用圆弧条分法检算 其边坡稳定性，对高路堤的施工、排水及其边坡防护进行了详细阐述。由于高路堤占 地面积大，故设一悬臂式挡土墙减少土石方施工，并介绍了挡土墙的施工和排水措施。 根据实际情况计算土石方量，并对整个线路编写了施工组织设计。 关键词：关键词：铁路选线；高路堤；边坡稳定性；悬臂式挡土墙 ii abstract it is inevitablely appears high fill the roadbed to construct the high-grade railway in the loess areas ,for the loess special nature and complexity of the geological, geographical factors. so ,how to analysis high embankment on a slope stability become one of the main issues facing at present. based on the location design of xi gou men to chen yu,and according to “the railway roadbed design specifications“ from the railway location, the alignment has to vertical and horizontal lines cross-section design and the design of the embankment buildings were set up. on the alignment of the basic principles of the characteristics of railway roadbed, in accordance with the existing topography, engineering geology, the main technical indicators and line elevation requirements choose reasonable lines, and determine the form and position of vertical and horizontal cross-section. finally, design the corresponding vertical and horizontal cross-section. set up a special section for high embankment, and use the arc of the method to calculat its slope stability, the construction of high embankment,it is elaborated the construction of high embankment drainage and slope protection. as the high embankment take a lot of place, it set up a retaining wall to reduce the construction of earth and stone, and gave a briefing on the construction of cantilever retaining wall and drainage measures. based on the actual terms of earth and stone, designed the entire line of the construction. key words: railway location; high embankment; slope stability; cantilever retaining wall iii 目目 录录 第一章 概 述 .1 一、铁路路基的特点及建筑要求 1 （一）高速铁路路基的特点.1 （二）路基建筑要求.2 二、甘肃黄土地区铁路病害及其与黄土分布特征的关系 3 （一）主要病害.3 （二）铁路病害与黄土分布特征的关系.4 第二章 铁路选线及纵横断面设计 5 一、总体设计原则 5 二、沿线自然地理概况 5 （一）地形、地貌.5 （二）气象、水文、植被.6 （三）主要不良地质及其工程处理措施.7 三、选线及纵横断面设计的确定 8 （一）选线设计方案的提出.8 （二）线路测量.9 （三）线路纵断面设计10 （四）路基横断面设计11 （五）路基填料的选取12 四、线路方案比较及技术指标 .13 （一）线路方案比较13 （二）高速正线主要技术标准13 第三章 高路堤边坡稳定分析 15 一、检算高路堤边坡稳定性 .16 （一） 检算圆心坐标（47.5，34.5）的稳定性.16 （二）其它圆心边坡稳定性检算19 iv 二、高填路堤施工 .21 三、路基排水与防护设计 .23 （一）黄土地区路基排水的原因24 （二）排水设计的处理措施27 （三）路基地面排水勘测设计注意事项28 （四）路基边坡防护30 第四章 挡土墙设计应用 .33 一、钢筋混凝土悬臂式挡墙的设计应用 .33 （一）悬臂式挡土墙计算34 （二）挡土墙配筋42 二、挡土墙的施工 .43 三、挡土墙排水 .44 第五章 施工组织设计 46 一、施工组织设计 .46 （一）工程施工的指南46 （二）施工组织设计的作用46 二、路基填（挖）土方的施工 .47 （一）概述47 （二）土石方量计算47 （三）填（挖）方路基的施工49 致 谢 .50 参考文献 .51 兰州交通大学毕业设计 1 第一章第一章 概概 述述 路基是轨道或者路面的基础，它承受着轨道及机车车辆或者路面及交通荷载的静 荷载和动荷载，并将荷载向地基深处传递扩散。在纵断面图上，路基必须保证路线需 要的高程；在平面上，路基与桥、隧道连接组成完整贯通的线路。 在土木工程中，路基在施工、占地面积及投资方面都占有重要地位。路基工程包 括路基本体工程、路基排水工程、路基防护和加固工程以及由于修筑路基而必须的改 河、改沟工程等。由这些高程组成完整的体系，以保证路基正常、良好的工作。 一、铁路路基的特点一、铁路路基的特点及建筑要求及建筑要求 （一）（一）高速铁路路基的特点高速铁路路基的特点 高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格。控制路基变形已成为高速 铁路路基的最大特点。因此，高速铁路路基与普通铁路路基的本质区别在于基床表层 厚度增加，压实标准提高，同时对填料及路桥过渡段的刚度提出了更高的要求。此外， 高速铁路路基还具有一般路基的共同特点: 1.路基建筑在土石地基上并以土石为建筑材料 岩石和土都是不连续介质。各种岩石的性质差异悬殊，并具有多种结构面，使其 被分割，甚至破碎:土的成因、成分、结构、构造也各不相同;在自然因素和人类活动 作用下，土石的工程性质更在不断变化。所以，在工程设计中，如何取得正确反映土 石工程性质的物理力学指标和如何建立表达土石的应力一应变一时间关系的本构模型， 已成为岩土工程的重要研究内容。 2.路基完全暴露在大自然中 在线路工程中，路基除可遇见各种复杂的地形、地质条件外，还常受严寒、酷暑、 水位涨落、急风暴雨等气候、水文以至地震等自然条件的影响，从而引发路基的各种 病害，如膨胀土路基干缩湿胀引起路基边坡坍落;南方淫雨和北方冬冻、春融引起路基 隆起、下沉、翻浆冒泥等线路病害，雨季引起的边坡坍塌;西北风蚀砂埋路基等。所以， 认识和克服自然灾害是路基工作的重要内容。 3.路基同时受静荷载和动荷载的作用 路基上的轨道结构和附属构筑物产生静荷载，列车运行产生动荷载。动荷载是造 兰州交通大学毕业设计 2 成基床病害的主要原因之一。研究土体作用下的变形、稳定向题，必须了解土的动力 性质，包括土的动强度和液化、动孔隙水压力增长及消散模式、土的震陷等。一些新 的测试手段和计算模型的出现，为进一步深入研究基床土动力响应提供了更完善的条 件。无论是路堤、路堑，还是不填不挖路基，都可因外荷载作用而引起土中原有应力 平衡发生变化。这些变化是路基设计的依据，所以应充分掌握外荷载作用的性质和强 度，及由此而引起的路基内的应力、应变及土体稳定问题 （二）路基建筑要求（二）路基建筑要求 为使路基正常工作，路基建筑应该满足一下要求： 1.路基必须平顺，路基面有足够的宽度和上方限界； 2.路基必须坚固稳定； 3.路基的设计和施工满足技术经济要求。 路基修筑是一项系统工程，要求技术上合理、经济上合算、建筑周期短，并且与 有关的工程相互协调。 高等级铁路的建设，已从平原发展到山区。由于铁路等级的提高，在路线设计中 不可避免地要出现高路堤和深路堑。由此，填挖方的高边技术处理问题就显得很突出， 有时候边坡问题制约了我们铁路建设的进度、质量和投资控制，也影响到今后铁路的 养护和环境保护。 “黄土高坡”不仅影响美化绿化，而且造成植被破坏水土流失，遗害 子孙。在连续几场大雨过后，可见到一些边坡滑动、崩塌和冲刷，影响较大。就问题 产生的原因而言，有路线设计问题，有工程地质问题。因此，铁路边坡问题的重要性 已是提到议事日程的重要技术问题之一。为此，就一些有关边坡处理的技术问题进行 共同探讨，应是必要的，而且有益的。 一般路基是套用典型横断面进行设计，不作论证和验算。对于高填方路基，由于其 填方数量大、占地宽、行车条件差，为使路基边坡稳定和横断面经济合理，需要特殊 设计。设计原则是既要使高路堤满足稳定性要求，又要做到横断面经济合理。黄土地 区的填方边坡高度可略高于一般地区土质的填方路基。当边坡高度 h30 二己经大量出现，填方高度最高可达六七十米,高路堤边坡采用折线形已经 不能满足工程的实际要求。 兰州交通大学毕业设计 3 因此，本文在解决黄土高填方路堤边坡稳定性问题，根据有关路堤填土室内试验 结果，再结合已有黄土高路堤土性参数，通过极限平衡分析法.对黄土地区高路堤边坡 稳定性进行分析，并结合黄土高路堤边坡大量实际存在的边坡形式，在满足稳定性要 求的基础上，结合经济性。 二、甘肃黄土地区铁路病害及其与黄土分布特征的关系二、甘肃黄土地区铁路病害及其与黄土分布特征的关系 （一）主要病害（一）主要病害 由于黄土的湿陷性和特殊的结构特征，黄土地区铁路病害较多，主要有: 1.崩塌和滑坡 对于黄土高边坡和高路堤，由于边坡过高，坡角过大，或土的力学指标太低，在 降雨、地下水和外荷作用下，产生局部崩塌、滑塌，或沿土体中软弱面滑动引起滑坡。 尤其在黄土与第三系红层古风化壳的接触带附近，最容易发生。滑坡会堵塞铁路，或 将路基滑移，还会堵塞江河而淹没铁路，故对铁路危害较大。 2.泥流 在黄土山区的诸多支沟中，由于每年的 7, 8, 9 三个月集中降雨，一旦沟道上游 和两侧有充足的松散堆积物时，常会暴发泥流。稀性泥流的危害尚不太大，但其携带 的泥球等常会堵塞桥涵。稠性泥流可能带出的泥块，危害很大。由滑坡演变而来的粘 性泥流，则会大面积地破坏铁路。 3.沉陷及陷穴 黄土地区地下水埋藏较浅的地段，或由于积水，路基可能出现大面积的沉陷，进 而会形成贯通的黄土陷穴，造成路基塌陷。 4.边坡冲蚀 由于黄土结构疏松以及黄土遇水崩解性，在降雨或地表水流作用下边坡的冲刷破 坏十分严重，很容易发育边坡冲沟或陷穴。尤其是土路肩与路堤边坡顶部，如处理不 当、边坡无植被或未采取工程措施，很容易产生冲蚀。 5.路面沉陷 黄土地区筑路材料比较缺乏，因此，路面结构层厚度受到一定限制，加之厚层黄 土地基的密实度较小，在长期行车作用下，逐渐变形，甚至在挖方地段的破坏较填方 路基严重。 6.土桥垮塌 兰州交通大学毕业设计 4 黄土土桥是黄土地区特有的一种陡边坡的高填土路基，曾作为黄土地区跨越冲沟 的重要形式之一，由于其造价低廉，曾得到广泛的应用。但如设计不合理，施工或养 护不当，土桥病害则较多，如沉陷、开裂、塌落、陷穴、翻浆、失稳、坡面冲蚀等。 7.桥涵进出口破坏 黄土极易沉陷和冲刷，因此涵洞常发生(管)顶裂，桥台和桥墩下沉等。特别是进 出口段冲刷强烈，从而引起进出口水毁、锥形体被冲毁等病害十分严重。 总之，黄土地区铁路病害较多，尤其是高等级铁路，过多的病害会严重影响正常 的铁路交通。 （二）铁路病害与黄土分布特征的关系（二）铁路病害与黄土分布特征的关系 黄土地区的铁路病害与黄土分布特征密切相关。一般地说，黄土源梁区或梁饰区 地势较高，q3 黄土很厚，湿陷性强烈，地下水埋深大，而阶地一带地势较低，q3 黄土 很薄，湿陷性微弱，地下水埋深小。另外，陇东区和陇西区黄土性质也有差别，陇东 区不仅大面积出露 q3 黄土，也有 q:和 q;黄土广泛出露。 在黄土源梁区或梁如区容易发生黄土岩溶病害(如碟形地、陷穴、暗沟等)和黄土 冲沟，源梁区以黄土岩溶最为发育，梁饰区以黄土冲沟最为发育。这些黄土工程动力 地质现象，会造成路基病害(如黄土陷穴、路基滑移等)。 在黄土河谷区的铁路病害要较源区为多，如高边坡的崩塌和滑坡、泥流、洪水、 道路边坡冲蚀和桥涵冲毁等。 兰州交通大学毕业设计 5 第二章第二章 铁路选线及铁路选线及纵横断面设计纵横断面设计 一、总体设计原则一、总体设计原则 根据本项目的功能和沿线社会环境、地形、地质等条件，按照安全、实用、经济 及兼顾景观的原则，着重考虑路线与地形、地貌的协调，与工程建设的社会、人文环 境的统一，坚持“人性化设计” 、 “地质选线” 、 “环保优先” 、 “景观协调” 、 “可持续发 展”的指导思想，把本项目建设成为一条具有交通安全性、行车舒适性、景观协调性、 生态适宜性、经济适用性、可持续发展的山区铁路。 1.坚持“安全第一”的原则，将设计安全和人性化设计思路贯穿于施工安全和交 付后的营运安全过程中。 2.路线走向符合总体路网要求，确保主骨架铁路的功能，力求“迅捷、安全、经 济、舒适” ，以充分发挥经济主动脉的集散功能。 3.注意与区域发展环境、趋势和布局相结合，使甘肃省境内东西重要通道的国道 312 线能在较长时间内满足社会经济发展的需要及与区域道路系统的合理衔接。 4.路线布设、出口设置与沿线村镇规划相结合，合理布设出入口，做到“离而不 远，近而不进”既便利交通，又确保快速通行，也能带动地方经济。 5.选择服从路线走向的合理桥位、越岭垭口，使线形顺应地貌特征，减少工程量； 选择适中的技术指标，尽量避免大填大挖和设置长隧道。 6.注意避开不良地质，少占良田，减少拆迁，尽量避免分隔村镇，减少对已有电 力、电讯、水利等工程的拆迁改移和影响使用。 7.重视环境保护，坚持“不破坏就是最好的保护”的原则，尽可能少破坏自然植 被。避开文物古迹、文教卫生、水源地及国家重点工程设施 二、沿线自然地理概况沿线自然地理概况 （一）地形、地貌地形、地貌 本项目所在区属陇西黄土高原北部，北近腾格里沙漠。由于漫长地质构造演变和 外营力的塑造，形成了断块山地与断陷盆地相间的地貌轮廓。路线东段为黄土梁、峁、 沟、壑侵蚀地貌和冲、洪积亚砂土平原地貌，地势较为开阔、平缓；中段为中低山山 地区及山前大型冲、洪积扇群；西段为黄河近代河谷谷地及黄土低山和丘陵地貌。本 兰州交通大学毕业设计 6 项目全线所处地貌形态、特征如下： 1.剥蚀构造地貌 （1）中山地貌 分布在干沟屯山区地带，多为下古生代的浅变质岩系组成，冲沟深切 50m 左右，山 顶或山脊呈棱状，部分平秃，局部有黄土覆盖。 （2）低山地貌 分布在陈峪及以北一带，主要为上古生代和中生代的砂岩、页岩及石灰岩组成。山 顶及山脊平秃，通常冲沟不甚发育，部分地区或山坡有黄土分布。 （3）丘陵地貌 分布在西沟门一带，主要为古生代中生代的变质岩及砂岩、页岩组成。由于近代 的强烈风蚀作用，使之形成老年期的丘陵地貌，该地貌多呈垅岗状景观。冲沟很开阔， 部分丘陵不连续，山丘顶部或坡上往往有薄层残积“黄土帽” 。 2.构造剥蚀地貌 分布在冲沟两岸，地形起伏不大，相对高差 60200 米。呈现为高差不大的垅、岗 状小丘，丘上多半有中上更新统的黄土和砾石层分布。 （1）剥蚀堆积地貌 在陈峪一带，呈微弱切割的黄土梁峁状地貌特征，大部分冲沟呈缓坡，仅沟底才显 谷形。梁顶多呈鱼背状，局部地段地势也较平坦，具黄土塬特征。 （2）堆积地貌 3.河谷阶地地貌 主要分布于陈峪冲沟两岸，一级阶地平坦开阔，多为稻田、鱼塘和少量沼泽。 4.风积、洪积亚砂土平原地貌 分布在西沟门东北地区，地形平坦，微有起伏，冲沟不发育。在强烈风蚀作用下， 受腾格里沙漠南侵的影响，在路线以北有明显的沙化现象。 5.间洪积坡积倾斜平原地貌 主要分布陈峪附近，为一大型的冲、洪积扇群，为砾石和砾石亚砂土组成，受新构 造运动的影响，具有多期次的特点。 （二）气象、水文、植被气象、水文、植被 路线所经地区属温带大陆性干旱向半干旱气候过渡带，干燥少雨，日照充足，日 兰州交通大学毕业设计 7 温差大。多年平均降水量 207.3244.0 毫米，降雨多集中在 79 月，雨热同季，年 平均蒸发量 16573038 毫米，平均相对湿度 59%，最大冻土深度为 100140 厘米，年 平均风速 1.23.5 米/秒。按“中国铁路自然区划” ，路线所在区域为黄土高原干湿过 渡区，即甘东黄土山地中冻区。路线经过地区干旱少雨，除兴电工程灌溉区及刘川灌 溉区外，其余地带大部分植被稀少，山体裸露，水土流失严重。 （三）主要不良地质及其工程处理措施主要不良地质及其工程处理措施 拟建铁路沿线存在的不良地质主要有以下几种： 1.陡崖、危岩与崩落 区内陡崖、危岩与崩落主要分布于线路中部中低山区较陡峭的山体上部，即西沟 门（k0+000 至 k0+200）两侧，由于岩层节理发育，风化破碎，地形陡峭，形成危岩块 体，以原地散落堆积为主，夹有少量崩落现象，只附着于地面表层，可通过清除或设 路堑防护予以解决，对路基不会造成大的危害。 2.泥石流 小屯段（k0+830k0+890）泥石流发育弱，基本稳定，地表无植被。路线经过本 段大部分为填方路堤，不致影响路基稳定。 3.湿陷黄土 本项目路线东段黄土的湿陷性较强，侵蚀强烈，冲沟发育。沿线主要的黄土冲沟 有一条大沟，沿沟谷两侧分布有大量的黄土陷穴。处于路线范围内的集中在 k0+850k1+300 段落内。路线处于湿陷性黄土地区路段，应严格按湿陷性黄土的有关 规范，采取相应的处治措施并做好路基及各种构造物的防排水设计。黄土梁、峁、沟、 壑区深路堑的边坡率及形式需根据所在路段黄土的物理力学性质，运用工程地质类比 法和稳定性验算综合分析确定，对路堑视边坡高度施以不同程度的防护措施；对路线 两侧坡口坡脚 20 米范围内的黄土陷穴，应逐个开挖回填夯实，辅以灌注泥浆，并整平 坡面，消除坑洼，减少地面水的积聚和渗透。 4.软土 个别冲沟底部地下水出露或受碱沟流域水土保持工程拦水坝的影响，冲沟底部的 土体被浸润，呈软塑状。 ，不同程度存在软土地质状况。 ，路线通过多为路堤。视具体 土质含水量大小，地基承载力等性质，需进行清淤、铺设砂砾垫层，必要时在路基两 侧设置截水墙，提高路基基底承载力，保证水流顺畅，路基稳定。 兰州交通大学毕业设计 8 三、选线及纵横断面设计的确定三、选线及纵横断面设计的确定 （一）选线设计方案的提出选线设计方案的提出 1.线路所在地区的地形特征 起讫点西沟门至终点陈峪设计线路地处我国西北黄土山区，整个地区覆盖厚厚的 非 失陷性土，沿线地形及工程地质条件极其复杂。黄土是第四纪的一种特殊堆积物。其 主要特征为：颜色以黄色为主，含有大量粉粒，具有肉眼可见的大孔隙，富含碳酸钙 成分及其结核，无层理，垂直节理发育，具有渗水性、收缩和膨胀、崩解性等水理特 性，湿陷性和抗剪强度方向性等力学特性。由于黄土具有易溶蚀、易冲刷、湿陷性、 各向异性等工程特性，使得黄土地区的路基容易产生多种特有的问题和病害。线路所 处地形的基本走向是北低南高，等高线疏密不一致，海拔相差悬殊，其中海拔最高可 以达到 500 米，最低只有 80 米，陡壁悬崖和冲沟随处可见。这些特征，要求在选线设 计中突出地质选线，绕避地质不良地段，以恰当、合理的工程布局，为施工和安全运 营提供保证。 2.线路定线设计 线路定线是在地形图上选定线路方向，确定线路的空间位置，并且布置各种相应 的建筑物，是决定全局的重要工作。线路由起讫点西沟门至终点陈峪历经干沟屯，若 将起讫点和终点之间直接用航空线连接起来，线路 虽短但是要分别跨越 两次冲沟和 道路，这样是建设投资费用增加，而且线路质量差存在隐患大，因此不予选择；如果 在航空线的南方地区选线，则经过地区地形复杂，等高线密集，不良地段多，海拔高 的山岭较多，桥梁和隧道的数量会大大增加从而增加投资费用，所以为了降低投资费 用提高线路质量选择在航空线的北面地区选择定线，此处等高线稀疏，地势平坦，不 良地质地段少。最后，经过设计测量终于选定如附图 1 所示的线路，此线路里程为 1300m，海拔最高达到了 140m 最低只有 80m。 在线路里程为 dk0+300 至 dk0+500 间要跨越大的山沟因此此处需设长 200m 的桥， 在里程为 dk0+800 至 dk0+900 要跨越两条交叉的道路和冲沟，所以需设一座长为 100m 的桥。在里程为 dk1+200 至 dk1+300 间的线路由于填方量大设置为高路堤。 3.线路的线型设计 线路实际设计当中的线型主要有直线，圆曲线和缓和曲线三种。其中设计线路平 兰州交通大学毕业设计 9 面时应力争设置较长大的直线段，以减少焦点个数改善运营条件。圆曲线的设计要素 有：偏角，半径 r，切线长 ty，曲线长 ly 和外矢距 ey。其中偏角可以在地形图上 量出来，切线长 ty 曲线长 ly 和外矢距 ey 可以通过计算求得，最重要的就是半径 r 的 取值。曲线半径的大小对工程有很大的影响：（1）增加线路长度；（2）小半径取下 的粘着系数随着半径的减小而降低；（3）小半径曲线需要加强轨道。因此，最小曲线 半径应该综合考虑路段设计速度，地形条件等诸多因素共同决定。由西沟门至陈峪的 地形图可以看出，两地之间的线路由圆曲线和两条直线单一的组成，此线路等级为 级单线，考虑综合因素并且按照有关铁路规范确定最小曲线半径为 800m。 （二）线路测量（二）线路测量 测 在踏勘的基础上，根据规定的线路走向和主要技术标准进行测量和勘探， 以确定线路方案。其重点是对越岭地段通过不同垭口的方案，沿河运行在左岸和右岸 的方案，以及跨越大河不同桥位的方案，通过或绕避不良地质地段的方案和站址选择 方案等，做进一步研究和现场勘察。其工作的内容有： 1.进行全线测量。包括全线导线测量、水平测量、1:20001:5000 线路带状地形 图测量、桥隧及路基工点 1:5001:1000 地形测量、地质调查和水文、 给水、调查测 量等。对于控制方案的地质复杂地区（如越岭地区、不良地质地区、通过活动断裂的 大河桥渡区等等）要进行较大面积的地质测绘,填绘 1:10001:25000 工程地质图。对 于起控制作用的地质问题，如果用测绘手段不能准确查明时，则应进行勘探。勘探一 般采用物探和钻探相结合的综合方法。 2.进行纸上定线。在进行全线测量和勘探的基础上，应在纸上确定线路平面位置、 车站位置、线路纵坡等。对大桥桥位、越岭隧道、沿河左右线和绕避不良地质等地段 应有比较方案。 3.提交全线平剖面图、全线工程地质图及全线工程数量方案，供编制初步设计文 件使用。 定测 施工设计阶段的野外测量、勘探和调查。其主要任务是根据已批标的线 路方案,钉立线路中心桩,测量其高程及横断面，进行桥梁、隧道、车站等工点的测量 和钻探工作。在定测过程中，要将全部线路平面、纵断面进行详细检查，并作必要的 改善，以确定线路平面位置和纵断面的坡度。 线路平面、纵断面的改善，侧重于以下几方面：线路转角位置和曲线半径的改善； 兰州交通大学毕业设计 10 陡坡地段线路位置的调整；车站位置的局部移动；对不良地质地段的桥梁、隧道、路 基工点位置的改善等。 在全线平面位置和纵坡确定后，其他结构物的设计可以依次进行，并提出修正总 概算，交付施工。 动态 铁路选线涉及专业多，工作较复杂，既有大量的野外测量、勘探、调查工 作，又有繁重的室内研究、分析、计算工作。因此，选线工作需要大量的人力和较长 的时间。为了提高选线工作效率，近年来，选线工作在以下几个方面获得较迅速的发 展。 在测量、制图和调查方面 广泛使用航空测量制图技术，减少了大量野外测绘与 调查工作。中国已应用航空勘测技术为铁路选线测制不同比例尺的地形图，并用航摄 相片判释地质、水文和其他选线所需的资料。今后，应用航测技术测制工点地形图和 断面图，推广使用影象地图、数控绘图、数字地面模型，以及应用遥感新技术等，是 勘测发展的重要方向之一。 在地质勘探方面 广泛采用多种物探法（如地震法、电法、磁法、声波法、放射 性法、综合测井法、微动勘探法等） ，并采用全息地震仪、电子雷达、微重力仪等先进 仪器。中国已制成适合于工程地质钻探，具有回转、震动、冲击多种功能的钻机；静 力触探等现地测试技术已获得较广泛的应用；地震法、电法等物探方法在工程地质勘 探中也得到较广的应用。今后，广泛采用多种物探法和先进仪器，采用激光全息地层 倍面讯息投影和探制岩溶部分地质数据的新技术，是钻探发展的重要方向之一。 在设计、计算方面 采用电子计算机能够大大地提高铁路勘测设计的质量和效率。 选线设计内的具体工作，如方案比选，自动绘图，半径选择，编制预概算等，都使用 电子计算机来完成。今后，电子计算机必将获得更广泛的应用。 （三）线路纵断面设计（三）线路纵断面设计 线路的空间是由它的平面和纵断面决定的，它的设应该须满足：（1）必须保证 行车安全和平顺；（2）力争节约资金；（3）既要满足各类建筑物的技术要求还要保 证它们协调配合，总体布局合理。 路基设计是铁路最基本的组成部分之一。保证铁路沿线都具有坚实而稳定的路基， 是路基设计的中心任务。路基是轨道路面的基础，影响路基稳定的因素很多，在自然 因素方面，有地质、气候、水温和水文地质等等。其中影响路基强度和稳定性的关键 兰州交通大学毕业设计 11 因素是水。路基水毁、塌方、沉陷、翻浆、涎流冰等病害的发生均与地面水和地下水 的活动有关。在人为因素方面，设计、施工和养护工作的正确与否都直接影响到路基 的质量。因此路基应该满足一下要求：（1）必须平顺，由足够的宽度和上方限界； （2）必须坚固稳定；（3）设计和施工满足技术经济要求。 线路纵断面是由长度不同，陡缓各异的坡段组合而成的，线路纵断面设计包括坡 度设计，坡段长度设计，坡段连接和坡度折减等问题。 1.限制坡度的合理选择 限制坡度是影响铁路全局的主要技术标准，它不仅与铁路等级、输送能力、牵引 种类、地形条件以及相邻线路的牵引定数关系密切，而且还要满足线规规定。铁 路等级越高,则设计线的意义、作用和客货运量越大，更需要有良好的运营条件及较低 的运输成本，因此宜采用较小的限制坡度。输送能力与牵引定数有关，而牵引定数是 由限制坡度和牵引种类决定的，所以限制坡度的选择，应根据运输任务，结合机车类 型一并考虑。当铁路等级、输送能力、牵引种类已确定后，限制坡度主要取决于地形 条件。当限坡与自然纵坡相适应时，线路展线少，工程费省，尤其当地形困难时，限 坡大小对工程费影响较大。因此，在山区选线中选择合理的限制坡度至关重要。由于 此线路处于山区，综合考虑其他因素并且查找线规规定，最后选定限制坡度为 12。 2.设计线路坡度的确定 设计线路的坡度的确定与地形起伏有着紧密的关系。在画出线路所在地形纵断面 图后，依照地形起伏并且考虑填挖方量和限制坡度等诸多因素综合确定合理的设计线 路坡度。由附图（ 线路纵断面设计图）可以看出，整段线路坡度采用 10。 线规 规定级和级铁路相邻坡段的坡度差大于 3，级铁路相邻坡段的坡度差大于 4 时才设置竖曲线，由于两段线路坡度差为 3在不必设竖曲线的坡度代数差的范围内， 所以避免了桥面上设置竖曲线，符合线规规定。 （四）路基横断面设计（四）路基横断面设计 路基是由路基本体和路基设备两部分组成的。其中路基本体由路基顶面，路肩， 基床，边坡和基底几部分组成，而路基设备包括排水设备和防护，加固两大设备。路 基横断面设计是根据路规有关规定对路基边坡坡度与高度，地面排水设备路基基 底的处理，路基取土坑与路堑弃土堆的位置等设计内容做了系统研究之后确定的，并 兰州交通大学毕业设计 12 且编制成图集，见附图（线路横断面设计图） 。路基横断面形式一般分为路基、路堑、 半路基、半路堑、半路基半路堑和不填不挖六种。在做了一系列合理设计只后，沿线 路纵向，从起点西沟门起每隔 50m 绘制一张横断面图。 1.路基挖方段边坡坡率 黄土路段挖方边坡应一次开挖成型,避免原状土的扰动,严禁超挖后采用回填方式 修整边坡。同一挖方段土质均为黄土时边坡坡率采用：（1）边坡高度不大于 6m 时为 1：0.6；（2）边坡高度在 6 至 12m 之间时为 1：0.9；（3）边坡高度大于 12m 时为 1：1.2，而且每 6. 0m 高设置平台,平台宽度 2.0m。 2.路基填方段边坡坡率 黄土路堤填筑的边坡形式采用折线型，总的边坡高度和坡度分为三个部分，即上 部分高度为 8m，采用的坡度为 1：1.5；中间部分高度为 12m，采用的坡度为 1：1.75；剩下的部分均采用 1：2.0 的坡度尺寸。 3.路基宽度设计 由线规规定可知，由于线路为级单线线路，因此采用直线地段的路基宽度： 路堤为 7.8m，路堑为 7.4m；曲线地段的路基宽度是在直线地段路基宽度的基础上外侧 加宽 0.4m，即路堤宽为 8.2m，路堑宽为 7.8m。 4.路基附属设备设置 路基的附属设备包括排水设备和防护设备两大类。路基的排水设备又分为地面排 水设备和地下排水设备两种。地面排水设备用以拦截地面径流，汇集路及范围内的雨 水并且使其畅通的流向天然排水沟谷以防止地面水对路基的侵湿，冲刷而影响其良好 的状态。地下排水设备用以拦截，疏导地下水和降低地下水位，以改善地基图和路基 边坡的工作条件，防止和避免地下水对地基和路基体的有害影响。 路基防护设备用以防止或者削弱风霜雨雪，气温变化及流水冲刷等各种自然因素 对路基体造成的直接或者间接的有害影响。它一般包括坡面防护和防冲刷防护。 在此线路中由于地下水不丰富，所以只采用地面排水设备，在路基迎水一侧设置 排水沟，排水沟至坡脚有 2m 宽的天然护道；路堑处设置天沟和侧沟。 （五）路基填（五）路基填料的选取料的选取 路堤填料根据土石的颗粒组成、颗粒形状、塑性指数及液限等，应分为岩块、粗 粒土和细粒土三大类，按填料的性质及适用性，可分为下列五组： 兰州交通大学毕业设计 13 a 组优质填料。包括硬块石，级配良好和细粒土含量小于 15%的漂石土、卵石 土、碎石土、圆砾土、角砾土、砾砂、粗砂、中砂。 b 组良好填料。包括不易风化的软块石（胶结物为硅质或钙质） ，级配不良的 漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土、砾砂、粗砂、中砂，细粒土含量在 15%- 30%的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土和细砂、黏砂、砂粉土、砂黏土。 c 组一般填料。包括易风化的软块石（胶结物为泥质） ，细粒土含量在 30%以 上的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土和粉砂、粉土、粉黏土。 d 组不易使用的差质填料。包括强风化及全风化的软块石、黏粉土和黏土。 e 组严禁使用的劣质填料。包括有机土。 路堤基床以下部位填料，宜用 a、b、c 组填料。当选用 d 组填料时，应采用加固 或改良措施。 根据以上各类填料土的各方面比较，从经济和安全实际的角度考虑后选用 b 组填 料级配良好的渗水性砂黏土作为路堤填料，并且不用设置路拱。 四、线路方案比较及技术指标四、线路方案比较及技术指标 （一）线路方案比较（一）线路方案比较 陈峪至西沟门铁路担负着东西两个方向的繁忙客货运输任务，所以线路合理选线 尤为重要。 1.北线方案 高速线路由西沟门起，经干沟屯和小屯，在到达陈峪，全长 1.3km.沿线线路平缓， 在干沟屯和小屯交通要到处附近需架设桥梁，另外在陈峪低谷处还应设置高路堤。该 方案线路技术标准高，线型顺直，列车运营时分少，站址和线位与徐州市“东进西下” 规划协调好，拆迁工程少，工程实施简单。 2.南线方案 高速线路由西沟门起，经干沟屯和小屯，在到达陈峪，全长 1.3km.高速线路由于 延山傍绕行，沿线主要地质层以黄土为主，所以发生地质灾害的可能性较大，在干沟 屯附近还需要房屋拆迁等，在陈峪附近设置高路堤较长，该方案能利用既有站设备， 但不便于旅客换乘，但平面技术标准低，需限速运行，运行时分比北线方案多，对城 市规划和环境影响干扰严重，高架站桥工程实施技术难度大。 兰州交通大学毕业设计 14 （二）高速正线主要技术标准（二）高速正线主要技术标准 铁路等级:高速铁路; 正线数目:单线; 设计速度:列车最高运行速度 200km/h，最低运行速度 120km/h，线路平、纵断面 及基础设施满足 250km/h 的条件; 最小曲线半径:一般 800m;引入枢纽减、加速地段的高速正线，可采用与行车速度 相适应的线路平面标准;利用既有铁路地段，可采用不低于该既有铁路提速规划相应速 度的平面标准; 最大坡度:12; 牵引种类:电力; 机车类型:动车组; 列车运行控制方式:自动控制; 行车指挥方式:综合调度集中。 兰州交通大学毕业设计 15 第三章第三章 高路堤边坡稳定分析高路堤边坡稳定分析 近年来,随着经济的日益发展,在诸如水电、露天采矿、能源及交通等地质工程活 动领域出现了越来越多的高陡边坡,而这些边坡又往往成为制约该工程是否经济合理乃 至成败的重要因素。因此,如何经济、安全可靠地设计合理的边坡工程或分析评价天然 边坡的稳定性,其重大的意义越发显得突出。与之不可分割的一个方面就是边坡稳定性 分析方法的使用。不同的边坡工程常常赋存于不同的工程地质环境中,不同的边坡稳定 性分析方法又各具特点,有一定的适用条件。因而,如何根据具体的边坡工程地质条件, 合理有效地选用与之相适应的边坡稳定性分析方法,是值得深思的问题。从边坡工程研 究发展历程可见,边坡稳定性研究发展的过程,同时又是一个边坡稳定性分析方法不断 发展的过程。新的边坡稳定性分析方法不断出现,古老的方法又不断得到改进,且逐步 由定性向定量、半定量的方向发展。本文就各种边坡稳定性分析方法的主要特征及其 优缺点作些简要分析。. 用圆弧分法检算土坡稳定时,最困难的问题是如何找到最危险的圆弧.如果用计算 机编程计算,反复试算可很快找出最危险圆弧的圆心位置.笔者曾运用计算机对各种条 件的简单土坡进行过大量的计算,找到圆弧通过坡脚时边坡最危险圆心的轨迹线.本文 以此为依据,在对计算资料进行整理和归纳基础上,导出了一次性求解土质边坡最危险 圆弧圆心坐标的方法,可供在无计算机条件下手算时使用影响土坡稳定的危险圆弧位置 的因素是很多的,如边坡土体物理力学性能指标:土的容重 、内摩擦角 、粘聚力 c; 边坡几何形状和尺寸:边坡高度 h、边坡坡度 1m、边坡平台、坡顶地面倾斜坡度、地 表荷载,地下水等因素.为了不使问题过于复杂,本法作出以下的基本假定: (1)边坡为直线型,一坡到顶; (2)坡顶地面为向一侧无限伸展的平面,地表无荷载; (3)最危险圆弧通过坡脚; (4)圆弧通过的范围为同一种均质土层; 兰州交通大学毕业设计 16 (5)无地下水渗流作用. 这些假定也是使用本简化法的适用范围. 至于 0 的情况,后来又有 4.5h 线和 36线的试算法（如图 3-1）.另外还有一些其 它方法,如通过数学推导,建立土坡稳定安全系数与滑动圆弧位置之间的函数关系,采用 数值解的方法求圆心位置等 一、检算高路堤边坡稳定性检算高路堤边坡稳定性 1:1.5 1:1.751:2.0 1:1.906 x c(x,-y) (h*ckz,h) (0,0) y 图 3-1 边坡稳定性检算示意图 （一）（一）检算检算圆心坐标（圆心坐标（47.547.5，34.534.5）的稳定性的稳定性 如图（3-1）所示，将整个圆弧自左向右步长为 1 米分条，其中每条中心到圆心坐标的距离 为 x， 表示个条块的重力。 圆弧条分发计算边坡稳定性 分 块 号 x -15-14.9-0.2 0.97710.76-2.3140.586.0603961.7109.47 -14-13.9-0.20.9823.29-4.6750.5813.164261.7109.47 sin i cos i i w sin ii wcostan iii waa i c i l ii c l tan i i w 兰州交通大学毕业设计 17 -13-12.9-0.190.98235.56-6.6250.5820.159861.7109.47 -12-11.9-0.170.98547.58-8.1760.5827.042561.7109.47 -11-10.9-0.160.98859.33-9.340.5833.807861.7109.47 -10-9.9-0.140.9970.83-10.130.5840.451361.7109.47 -9-8.9-0.130.99282.08-10.550.5846.968861.7109.47 -8-7.9-0.110.99393.08-10.620.5853.356161.7109.47 -7-6.9-0.10.995103.8-10.350.5859.609261.7109.47 -6-5.9-0.090.996114.3-9.740.5865.724361.7109.47 -5-4.9-0.070.997124.6-8.8130.5871.697561.7109.47 -4-3.9-0.060.998134.6-7.5770.5877.525261.7109.47 -3-2.9-0.040.999144.3-6.0420.5883.203861.7109.47 -2-1.9-0.031153.8-4.2180.5888.729761.7109.47 -1-0.9-0.011163.1-2.1160.5894.099661.7109.47 00.1020.0011172.10.25360.5899.310261.7109.47 11.1020.0161180.92.87940.58104.35861.7109.47 22.1020.031189.45.75110.58109.2461.7109.47 33.1020.0450.999197.78.85810.58113.95361.7109.47 44.1020.0590.998205.712.190.58118.49561.7109.47 55.1020.0740.997213.515.7350.58122.86161.7109.47 66.1020.0880.996221.119.4840.58127.0561.7109.47 77.1020.1030.995228.323.4250.58131.05861.7109.47 88.1020.1170.993235.427.5470.58134.88261.7109.47 99.1020.1310.991242.231.840.58138.52161.7109.47 1010.10.1460.989248.736.2920.58141.9761.7109.47 1111.10.160.98725540.8920.58145.22861.7109.47 1212.10.1750.98526145.630.58148.29261.7109.47 1313.10.1890.982266.850.4920.58151.1661.7109.47 1414.10.2040.979272.355.4690.58153.82861.7109.47 1515.10.2180.976277.660.5480.58156.29561.7109.47 1616.10.2330.973282.565.7170.58158.55861.7109.47 兰州交通大学毕业设计 18 1717.10.2470.969287.370.9640.58160.61661.7109.47 1818.10.2610.965291.776.2770.58162.46461.7109.47 1919.10.2760.961295.981.6440.58164.10361.7109.47 2020.10.290.957299.887.050.58165.52861.7109.47 2121.10.3050.952303.492.4840.58166.73861.7109.47 2222.10.3190.948306.897.9320.58167.73261.7109.47 2323.10.3340.943309.8103.380.58168.50661.7109.47 2424.10.3480.937312.6108.810.58169.05961.7109.47 2525.10.3630.932315114.220.58169.3961.7109.47 2626.10.3770.926317.2119.580.58169.49561.7109.47 2727.10.3910.92319124.880.58169.37361.7109.47 2828.10.4060.914320.5130.110.58169.02361.7109.47 2929.10.420.907321.7135.250.58168.44361.7109.47 3030.10.4350.901322.6140.280.58167.63161.7109.47 3131.10.4490.893323.2145.180.58166.58561.7109.47 3232.10.4640.886323.4149.940.58165.30361.7109.47 333