路桥过渡段主要技术标准与结构

路桥过渡渡段主要要技术标标准与结结构设计计高速铁路路的发展展必须以以安全、、可靠、、舒适等等为前提提，这些些均取决决于构成成铁路系系统各方方面的高高品质和和高可靠靠性。铁铁路线路路的稳定定与平顺顺是必不不可少的的条件之之一。将轨道的的不平顺顺控制在在一定范范围之内内,是保证列列车安全全、舒适且不不间断运运行的关关键。路桥过渡渡段主要要技术标标准与结结构设计计---问题的提提起路桥过渡渡段设计---问题的提提起铁路路基基与桥梁梁结构物物接续时时，因路路基填方方与桥梁梁桥台的的刚度差差异及两两种结构构物的变变形特性性存在明明显的不不同，列列车通过过时极易易产生线线路不平平顺性问问题，影影响行车车的安全全性和舒舒适性。。不同结构构物衔接接处的过过渡段设设计---问题的提提起铁路线路路是由不不同特点点、性质质迥异的的构筑物物(桥、、隧、路基等)和轨道道构成的的,它们们相互作作用、相互依存存、相互补充充共同构构成了一一条平滑滑线路。。路桥过渡渡段三维维模型在路基与与桥梁的的连接处处,由于于路基与与桥梁刚刚度差别别巨大,必将引引起轨道道刚度变变化。路基与桥桥台的沉沉降也不不均匀,在桥路路过渡点点附近极极易产生生变形差差,导致致轨面发发生弯折折。当列车高高速通过过时,刚刚度差异异和线路路不平顺顺性必然然会引起起车辆与与线路相相互作用用力的增增加,加加速线路路状态的的劣化,降低线线路设备备的服务务质量,增加线线路的养养护维修修费用,严重时时甚至危危及行车车安全。。产生不平平顺性的的主要原原因在路桥间间设置一一定长度度的过渡渡段,可使轨道道刚度逐逐渐变化化,并最大限限度地减减小路桥桥间的变变形差,以达到保保证列车车安全、、平稳、、舒适运运行的目目的。解决不平平顺性的的主要思思路根据路桥桥过渡段段线路不不平顺的的发展规规律，路路桥过渡渡段的处处理应包包含两个个方面的的内容∶∶1.路桥纵向向刚度匹配：列车荷载载影响较较大范围围内(基基床部分分)线路路结构抵抵抗动载载变形的的能力,即轨道道综合模模量(刚刚度)的的平顺过过渡的控控制问题题；2.路桥沉降差差异的控控制：刚性桥桥台与与柔性性路基基间工工后沉沉降差差和多多次重重复荷荷载作作用下下路基基累积积下沉沉不均均匀引引起轨轨面弯弯折变变形的的限值值问题题。这两个个方面面都对对列车车的运运行产产生影影响,但产产生的的原因因各不不相同同,影影响程程度也也不一一样,必须须区别别对待待,有有针对对性地地进行行处理理,才才能达达到较较好效效果。。目前对对于过过渡段段问题题的研研究主主要集集中于于车辆辆与线线路相相互作作用的的动力力学分分析，，以及及台后后路基基填料料等问问题，，对于于静力荷荷载作作用下下过渡渡段和和桥台台的变变形耦耦合特特性的研究究还鲜鲜见报报道。。土具有有非线线性的的性质质，其其刚度度的大大小与与应变变水平平有关关，当当土体体应变变超过过最大大允许许应变变时将将发生生剪切切破坏坏，从从而使使刚度度和强强度显显著减减小，，因此此过渡段段路基基的变变形将将直接接影响响过渡渡段路路基的的刚度度变化化，从而而影响响线路路纵向向刚度度的合合理匹匹配。。台背和和填土土的相相互作作用，桥台台的水水平位位移和和倾角角将受受到台台背路路基变变形的的影响响，而而过大大的水水平位位移以以及倾倾角会会引响响桥台台使用用性能能、改改变线线路的的平顺顺性。。有必要要探究究两种种结构构物的的相互互作用用关系系--路桥变变形耦耦合特特性。。国外路路桥过过渡段段的处处理原原则与与方法法要求事事项：：路基和桥梁梁之间间，不不得出出现有有害性性不均均匀下下沉现现象。。不得急急剧改改变道道床(或轨下下结构构)刚度（（Ｋ值），，以减减缓轨轨道位位移，，或保保证列列车舒舒适运运行。。地震时时，桥桥台背背后的的路堤堤不得得出现现大幅幅度的的下沉沉。高速铁铁路结构物物容许许变位位判别别标准准汇总总[1-4]桥台面转角桥台水平位移台后路基面折角台背错台2

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mm[1]周德珪珪.日本新新干线线网结结构物物设计计标准准解释释——(东北、、上越越、成成田用用)[J]世界桥桥梁，，1979，02：1-54[2]Barker,R.M.,Dunean，J.M.Rojiani.Et.ManualsfortheDesignofBridgeFoundations.NationalCooperativeHighwayResearchProgramReport343.1991，Washington,DC:TransportationResearchBroad[3]中华人人民共共和国国行业业标准准编写写组．．TB10020－2009高速铁铁路设设计规规范（（试行行）[S]．北京京：中中国铁铁道出出版社社2010.[4]日本鉄鉄道総総合技技術研研究所所.鉄道構構造物物等設設計標標準―同解説説(基礎構構造物物―抗土圧圧構造造物)[S].東京：：丸善善株式式会社社具体措措施：：○减少路堤本身身的固结沉降降量・优质的路堤材材料・严格的施工管管理○为避免基床强强度的突变，，桥台背后的的路堤设置过过渡段・优于路堤的材材料・严于路堤的施施工与管理○其它措施优质材料填筑筑过渡段结构构(日本)路基与涵洞(日本)禁止直接在涵涵洞上面铺设设钢筋混凝土土板。确保级配碎石石层（厚30cm）及路堤的厚度度。其余的施工及及其质量，要要求与路堤和和桥梁过渡段段相同。采用水泥改良良土的过渡段段(日本)有后底座桥梁水泥稳定处理理过渡段RC基础路堤采用水泥改良良土土工格栅栅的过渡段(日本)无后底座水泥稳定处理理过渡段桥梁RC基础路堤土工格栅过渡段的施工工及其质量・材料级配碎石：有有碴轨道水泥稳定级配配碎石：板式式无碴轨道・压实级配碎石石层单层施工厚度度15cmK30值≧200MN/m3，或压实度95％以上・水泥稳定级配配碎石层设计标准强度度qu=2N/mm2=2MPa掺灰量：重量比高于2％，最好达到3％左右。事先通过室内内试验决定其它方法-1通过增大轨排排抗弯模量来来增加轨道刚刚度。德国ICE高速铁路的Muhlberg隧道入口处采采用了这种方方法，其隧道道内是板式轨轨道结构，隧隧道外为有碴碴混凝土轨枕枕线路。过渡渡段长度约30m,由四根附加在在轨枕上的钢钢轨组成,两两根在运行轨轨之间,两根根在运行轨外外侧。在过渡段较硬硬一侧,通过过设置轨下、、枕下、碴底底橡胶垫块(板)来调整整轨道竖向刚刚度。对于有碴轨道道结构,由于于列车荷载的的动力作用较较大,常使桥桥上和隧道内内的道碴发生生磨损粉化。。为了解决这这个问题,日日本在高速铁铁路的道碴底底铺设了一层层约25mm厚的橡胶垫。。该层橡胶垫垫的设置,能能降低轨道竖竖向刚度,减减小路桥间轨轨道刚度变化化。使用力学性能能较好的轻型型材料(如EPS,人工气泡混凝凝土等)填筑过渡段是是近年国内外外研究开发和和应用的一种种减轻结构物物自重的工艺艺方法。其它方法-2在过渡段范围围内路基填土土上现浇一块块钢筋混凝土土厚板,并使使一端支承在在刚性基础(桥台)上,利用钢筋混混凝土厚板的的抗弯模量来来增大轨道刚刚度。该法在在公路系统得得到了广泛应应用,也取得得了较好效果果。台背处存在差差异沉降，设设置搭板将路路桥交界处的的台阶式跳跃跃沉降变成连连续斜坡式沉沉降，达到消消除或减弱桥桥头跳车的危危害。其它方法-3过渡板法其它方法-4加筋土法在过渡段路堤堤填土（必要要时也可包括括地基）中埋埋设一定数量量的高强度和和高模量拉筋筋材料,形成成加筋土路堤堤结构。加筋筋土不仅能增增加路基强度度,而且还能能大幅提高路路基刚度,显显著减小路基基变形。通过过调整拉筋材材料的布置间间距和位置可可方便地达到到提高路桥间间轨道平顺度度的目的。过渡段灌注胶胶凝材料(德国)其它方法-5国内路桥过渡渡段的处理原原则与方法存在的问题1铁道线路主要要是由线路上上部的轨道结结构和线路下下部的路基、、桥梁、隧道道等结构物组组成。轨道结结构又是由不不同力学性能能的材料(钢钢轨、轨枕、、道碴，扣件件等)组合而而成,当两种种结构物之间间存在接续时时，由于刚度度、变形特性性的不同，势势必造成线路路平顺性发生生改变。路桥桥、路涵、路路隧等过渡段段经常是线路路运行的薄弱弱环节。以前(低速铁路时代代)，各种因素引引起的轨面变变形可通过起起拨道捣固工工作进行修复复,故我国铁铁路系统对普普速铁路过渡渡段的处理一一直未重视。。当列车高速运运行在路桥过过渡段区间时时，由于刚度度的巨变以及及差异沉降的的存在，使得得附加动力作作用会明显增增大，而且该该附加动力作作用还会随着着速度的提高高不断被放大大(如图所示)，这将导致轨轨道累积变形形增大，石碴碴粉化，道床床翻浆，轨枕枕空吊，钢轨轨磨耗加剧，，影响列车运运行的舒适性性、安全性，，继而诱发行行车车事故。。因此，路桥桥过渡段问题题的存在严重重限制了列车车运行速度的的提高。存在的问题2列车进出过渡渡段时的轮轨轨动力作用示示意从基础形式角角度看，不管管是铁路桥台台还是公路桥桥台，主要可可以划分成扩展基础型及桩基础形式。对于扩展基基础型桥台，，台后路基的的填筑作用可可能导致桥台台发生滑动破破坏、倾倒破破坏、以及承承载力破坏等等，尤其是在在高填方地区区，如图所示示。(a)滑动破坏(b)倾倒破坏(c)承载力破坏扩展基础型桥桥台破坏形式式存在的问题3对于桩基础型型式桥台，特特别是在松软软土地区，由由于路基填土土引起的地基土的侧向向流动、挤出出使桥台桩基受受弯矩作用发发生挠曲甚至至折断，造成成桥台前移、、倾倒，如图图所示。此外外，由于台背背填土的存在在使地基土发发生固结，桥桥台桩基受到到负摩阻力作用，引起基基础产生较大大的沉降并伴伴有不均匀沉沉降发生等等等。软土地基的侧侧向流动造成成桥台桩基的的折断存在的问题4引起过渡段桥桥头跳车的因因素存在的问题5造成桥头跳车车的原因(据Briaud等)存在的问题6存在的问题7过渡段设计过过于简单,参参数指标和技技术标准不明明确,基本上上还处于经验验设计阶段。。施工过程中,由于路桥过过渡段的位置置特殊,台后后填料不易达达到最佳的压压实效果,竣竣工后沉降较较大。施工计划的安安排也增大了了过渡段处理理难度。桥梁梁作为重点工工程一般都优优先进行施工工,路基工程程由于被认为为施工难度较较小而放在最最后,路桥过过渡段则是在在铺架前突击击完成,没有有一定的静置置稳定时间,运营后沉降降变形大就不不足为奇了,需进行频繁繁养护维修才才能保证轨道道的平顺。大量的调查分分析表明,我我国普速铁路路路桥过渡段段的病害广泛泛而严重,经经常的维修使使得一些线路路桥台后的路路基道碴囊深深度达2～3m,纵向延伸约10～30m。工务养护维修修工作量远大大于其它地段段。车辆辆脱轨事故中中的很大部分分也常发生在在过渡段附近近。目前国国内对对于过过渡段段问题题的研研究主主要集集中于于车辆辆与线线路相相互作作用的的动力力学分分析，，软土土地基基桥台台桩基基受力力研究究以及及台后后路基基填料料动力力学特特性等等问题题，也也取得得了相相当的的科研研成果果，如如影响响行车车安全全平稳稳运行行的主主要控控制因因素的的确定定、不不同行行车速速度下下折角角限值值标准准的提提出、、填土土荷载载不大大于3cu时桩基基弯矩矩较小小以及及动荷荷载作作用下下过渡渡段路路基动动力学学特性性的分分析等等等。。对于静静力荷荷载下下过渡渡段路路基和和桥台台变形形耦合合特性性的分分析还还鲜见报报道。不同同桩间间距下下桥台台-过渡段段路基基的沉沉降特特征，，桥台台承台台与路路基柔柔性基基础下下刚性性桩体体受力力规律律，刚刚性承承台下下桩长长范围围内桩桩间土土附加加应力力分布布特征征。研究现现状1与铁路路的情情况相相似,公路路路桥过过渡段段也存存在不不平顺顺问题题,严严重时时会造造成路路面凹凹陷,形成成错台台等破破损,严重重影响响行车车的速速度和和舒适适性,甚至至失去去控制制，导导致交交通事事故。。公路路路面结结构刚刚性较较大,下部部建筑筑物的的不均均匀沉沉降将将直接接反映映到路路面,不像像铁路路轨道道可通通过调调整道道碴厚厚度进进行修修复,公路路桥头头跳车车的问问题更更加严严重。。近年来来，随随着我我国高高等级级公路路的大大量兴兴建，，设计计车速速的提提高,桥头跳跳车问问题变变得日日益严严重和和尖锐锐，已已引起起了公公路界界的高高度重重视。。经过过几年年的不不断努努力，，采取取了许许多技技术处处理措措施，，并已已取得得了一一定成成绩。。对这这些成成果进进行分分析总总结，，可为为我国国高速速铁路路路桥桥过渡渡段的的设计计提供供一定定参考考。研究现现状2处理原原则与与方法法1桥头设设置搭搭板和和枕粱粱上置式式钢筋筋混凝凝土搭搭板是是搭板板布置置的基基本形形式。。一端端支撑撑在桥桥台上上，另另一端端简支支于枕枕粱上上。搭搭板可可水平平放置置，也也可倾倾斜布布置。。板厚厚可均均匀，，也可可渐变变。也有中中置式式和下下置式式搭板板布置置形式式搭板长长度一一般都都小于于10m，5～6m最多，，极个个别情情况可可达15m。过渡板板法处理原原则与与方法法2桥头设设置搭搭板,可使使刚性性桥台台与柔柔性路路基间间刚度度逐渐渐变化化。但但桥台台基础础和台台后土土体工工后发发生的的不均均匀沉沉降将将使桥桥头搭搭板的的纵坡坡发生生变化化,从从而影影响行行车的的舒适适性。。经试车车检测测,搭搭板纵纵坡变变化值值大于于0.4～～0.6％％时,就会会对行行车的的舒适适性产产生影影响。。解决桥桥头跳跳车的的问题题除了了使路路面刚刚度逐逐步过过渡外外,还还必须须使台台后路路基具具有足足够强强度和和稳定定性,严格格控制制路桥桥间的的不均均匀沉沉降。。否则则,桥桥头搭搭板的的设置置将失失去功功能。。处理原原则与与方法法3粗粒级级配料料填筑筑级配粗粗粒料料(如如砾碎碎石、、水泥泥稳定定粒料料、灰灰土、、低标标号混混凝土土等)用于于过渡渡段填填筑,无论论是铁铁路系系统,还是是公路路系统统,都都是一一种最最常用用的处处理方方法,即使使桥头头设置置了搭搭板,仍需需在板板下填填筑级级配粗粗粒土土,防防止搭搭板纵纵坡变变化超超限。。桥头路路堤使使用粗粗粒级级配料料填筑筑的主主要目目的是是减小小路堤堤自身身的压压缩性性,但但如果果没有有进行行充分分压实实,同同样会会产生生较大大沉降降,而而不能能发挥挥应有有的作作用。。为此此，必必须进进行充充分压压实和和严格格检测测。加筋土土路堤堤结构构试验研究究表明明,使使用加加筋土土路堤堤结构构处理理桥台台跳车车有两两大作作用,一是是能大大大减减小路路堤沉沉降,二是是能将将路桥桥交界界处的的台阶阶式跳跳跃沉沉降变变成连连续的的斜坡坡式沉沉降。。土工网网(CE131)作为拉拉筋材材料在在K=0.85条件下下,路路堤沉沉降只只有0.2～0.4cm(H=4.64m),未加筋筋的沉沉降为为1.9～～8.3cm(K=0.9)。加筋土土路堤堤结构构能有有效地地处理理由桥桥背路路基沉沉降过过大引引起的的桥台台跳车车现象象。处理原原则与与方法法4改善桥桥头路路面结结构设设计从理论论上讲讲,路路堤沉沉降可可通过过加强强施工工和检检测,以及及工后后的养养护补补强等等措施施来逐逐渐消消除。。但实实际效效果并并不理理想,桥头头路面面仍是是最易易发生生破损损的部部位。。根据车车路相相互作作用的的动力力学原原理,改善善桥头头线路路结构构的设设计,显著著减小小两个个对接接的性性质完完全不不同的的线路路结构构体系系在抗抗垂直直变形形能力力方面面的差差异,使过过渡段段的动动力特特性逐逐渐变变化，，是一一种治治本的的方法法。处理原原则与与方法法5过渡段段不平平顺控控制标标准1为了分分析高高速列列车通通过过过渡段段时车车辆/轨道道/路路基的的振动动特性性,寻寻求合合理的的过渡渡段设设计参参数,采用用了一一个车车辆-线路路相互互作用用模型型。该该模型型是一一个线线路与与车辆辆耦合合系统统,车车体和和转向向架简简化为为刚体体,有有点头头和沉沉浮两两个自自由度度。车车轮和和簧下下质量量简化化成质质量块块,各各部件件之间间由弹弹簧和和阻尼尼器连连接。。线路路部分分是由由钢轨轨、轨轨枕、、道床床和基基床组组成的的三层层点支支承粱粱模型型。钢钢轨为为连续续支承承欧拉拉梁,轨枕枕简化化为刚刚体,道床床离散散化为为集中中质量量块。。过渡段段的不不平顺顺考虑虑了两两种类类型共共三种种情况况:轨面平平顺,路桥桥间刚刚度变变化。。轨面产产生弯弯折,路桥桥间刚刚度差差为零零(即即轨道道基础础刚度度均匀匀)。。过渡段轨面既既产生弯折,同时路桥间间刚度也发生生变化示。情况①主要模模拟过渡段轨轨道经起拨道道调整后,仅仅由路桥间刚刚度差引起轨轨道刚度变化化对高速行车车的影响;情况②主要模模拟在过渡段段区域,假设设轨道刚度是是均匀的(即即路桥间刚度度差为零),仅由路桥间间的沉降差引引起轨面弯折折对高速行车车的影响;情况③是路桥桥过渡段不平平顺的实际工工况,主要模模拟轨面弯折折与轨道刚度度变化对高速速行车的综合合影响。过渡段轨道刚刚度变化列车速度提高高和路桥间刚刚度变化均对对车体振动加加速度和轮轨轨接触力等指指标存在不同同程度影响。。过渡段长度增增加,对车体体振动加速度度和轮轨接触触力等指标均均产生较为有有利影响，当当过渡段增加加到一定长度度后,车体振振动加速度和和轮轨接触力力等数据就变变化很小了,这说明存在在一个合理的的过渡长度问问题。过渡段轨面弯弯折车体振动加速速度和轮轨接接触力等指标标对过渡段轨轨面弯折θ角变化非常敏敏感。当θ大于某一数值值,就可能对对舒适性产生生严重影响。。路桥间刚度的的变化,对行行车的影响远远不及轨面弯弯折的作用。。轨面产生弯弯折是过渡段段影响高速列列车安全平稳稳运行的主要要因素。过渡段轨道刚刚度变化和轨轨面弯折的综综合影响计算数据表明明,轨道刚度度和轨面弯折折综合作用对对振动加速度度和轨轮接触触力等指标影影响稍大,对对轨面平顺度度要求稍严。。目前,我国还还未建立起一一个权威的车车辆与线路相相互作用的动动力学性能评评价体系。一般认为，任任何评价指标标与控制标准准都是为了保保证车辆运行行平稳舒适安安全以及减少少轮轨各部