路桥过渡段主要技术标准与结构

路桥过渡段主要技术标准与结构设计

高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提，这些均取决于构成铁路系统各方面的高品质和高可靠性。铁路线路的稳定与平顺是必不可少的条件之一。

将轨道的不平顺控制在一定范围之内,是保证列车安全、舒适且不间断运行的关键。路桥过渡段主要技术标准与结构设计---问题的提起路桥过渡段设计---问题的提起

铁路路基与桥梁结构物接续时，因路基填方与桥梁桥台的刚度差异及两种结构物的变形特性存在明显的不同，列车通过时极易产生线路不平顺性问题，影响行车的安全性和舒适性。不同结构物衔接处的过渡段设计---问题的提起

铁路线路是由不同特点、性质迥异的构筑物(桥、隧、路基等)和轨道构成的,它们相互作用、相互依存、相互补充共同构成了一条平滑线路。路桥过渡段三维模型

在路基与桥梁的连接处,由于路基与桥梁刚度差别巨大,必将引起轨道刚度变化。路基与桥台的沉降也不均匀,在桥路过渡点附近极易产生变形差,导致轨面发生弯折。当列车高速通过时,刚度差异和线路不平顺性必然会引起车辆与线路相互作用力的增加,加速线路状态的劣化,降低线路设备的服务质量,增加线路的养护维修费用,严重时甚至危及行车安全。产生不平顺性的主要原因

在路桥间设置一定长度的过渡段,可使轨道刚度逐渐变化,并最大限度地减小路桥间的变形差,以达到保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。解决不平顺性的主要思路根据路桥过渡段线路不平顺的发展规律，路桥过渡段的处理应包含两个方面的内容∶

1.路桥纵向刚度匹配：列车荷载影响较大范围内(基床部分)线路结构抵抗动载变形的能力,即轨道综合模量(刚度)的平顺过渡的控制问题；

2.路桥沉降差异的控制：刚性桥台与柔性路基间工后沉降差和多次重复荷载作用下路基累积下沉不均匀引起轨面弯折变形的限值问题。这两个方面都对列车的运行产生影响,但产生的原因各不相同,影响程度也不一样,必须区别对待,有针对性地进行处理,才能达到较好效果。目前对于过渡段问题的研究主要集中于车辆与线路相互作用的动力学分析，以及台后路基填料等问题，对于静力荷载作用下过渡段和桥台的变形耦合特性的研究还鲜见报道。土具有非线性的性质，其刚度的大小与应变水平有关，当土体应变超过最大允许应变时将发生剪切破坏，从而使刚度和强度显著减小，因此过渡段路基的变形将直接影响过渡段路基的刚度变化，从而影响线路纵向刚度的合理匹配。台背和填土的相互作用，桥台的水平位移和倾角将受到台背路基变形的影响，而过大的水平位移以及倾角会引响桥台使用性能、改变线路的平顺性。有必要探究两种结构物的相互作用关系--路桥变形耦合特性。国外路桥过渡段的处理原则与方法要求事项：路基和桥梁之间，不得出现有害性不均匀下沉现象。不得急剧改变道床(或轨下结构)刚度（Ｋ值），以减缓轨道位移，或保证列车舒适运行。地震时，桥台背后的路堤不得出现大幅度的下沉。高速铁路结构物容许变位判别标准汇总[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

‰38

mm6

‰2

mm[1]周德珪.日本新干线网结构物设计标准解释——(东北、上越、成田用)[J]世界桥梁，1979，02：1-54[2]Barker,R.M.,Dunean，J.M.Rojiani.Et.ManualsfortheDesignofBridgeFoundations.NationalCooperativeHighwayResearchProgramReport343.1991，Washington,DC:TransportationResearchBroad[3]中华人民共和国行业标准编写组．TB10020－2009高速铁路设计规范（试行）[S]．北京：中国铁道出版社2010.[4]日本鉄道総合技術研究所.鉄道構造物等設計標準―同解説(基礎構造物―抗土圧構造物)[S].東京：丸善株式会社具体措施：○减少路堤本身的固结沉降量

・优质的路堤材料・严格的施工管理○为避免基床强度的突变，桥台背后的路堤设置过渡段

・优于路堤的材料・严于路堤的施工与管理○其它措施优质材料填筑过渡段结构(日本)路基与涵洞(日本)禁止直接在涵洞上面铺设钢筋混凝土板。确保级配碎石层（厚30cm）及路堤的厚度。其余的施工及其质量，要求与路堤和桥梁过渡段相同。采用水泥改良土的过渡段(日本)有后底座桥梁水泥稳定处理过渡段RC基础路堤采用水泥改良土土工格栅的过渡段(日本)无后底座水泥稳定处理过渡段桥梁RC基础路堤土工格栅过渡段的施工及其质量・材料

级配碎石：有碴轨道

水泥稳定级配碎石：板式无碴轨道・压实级配碎石层

单层施工厚度15cm

K30值≧200MN/m3，或压实度95％以上・水泥稳定级配碎石层

设计标准强度qu=2N/mm2=2MPa

掺灰量：重量比高于2％，最好达到3％左右。

事先通过室内试验决定其它方法-1通过增大轨排抗弯模量来增加轨道刚度。德国ICE高速铁路的Muhlberg隧道入口处采用了这种方法，其隧道内是板式轨道结构，隧道外为有碴混凝土轨枕线路。过渡段长度约30m,由四根附加在轨枕上的钢轨组成,两根在运行轨之间,两根在运行轨外侧。在过渡段较硬一侧,通过设置轨下、枕下、碴底橡胶垫块(板)来调整轨道竖向刚度。

对于有碴轨道结构,由于列车荷载的动力作用较大,常使桥上和隧道内的道碴发生磨损粉化。为了解决这个问题,日本在高速铁路的道碴底铺设了一层约25mm厚的橡胶垫。该层橡胶垫的设置,能降低轨道竖向刚度,减小路桥间轨道刚度变化。使用力学性能较好的轻型材料(如EPS,人工气泡混凝土等)填筑过渡段是近年国内外研究开发和应用的一种减轻结构物自重的工艺方法。其它方法-2在过渡段范围内路基填土上现浇一块钢筋混凝土厚板,并使一端支承在刚性基础(桥台)上,利用钢筋混凝土厚板的抗弯模量来增大轨道刚度。该法在公路系统得到了广泛应用,也取得了较好效果。台背处存在差异沉降，设置搭板将路桥交界处的台阶式跳跃沉降变成连续斜坡式沉降，达到消除或减弱桥头跳车的危害。其它方法-3过渡板法其它方法-4加筋土法

在过渡段路堤填土（必要时也可包括地基）中埋设一定数量的高强度和高模量拉筋材料,形成加筋土路堤结构。加筋土不仅能增加路基强度,而且还能大幅提高路基刚度,显著减小路基变形。通过调整拉筋材料的布置间距和位置可方便地达到提高路桥间轨道平顺度的目的。过渡段灌注胶凝材料(德国)

其它方法-5国内三路桥三过渡三段的三处理三原则三与方三法存在三的问三题1铁道三线路三主要三是由三线路三上部三的轨三道结三构和三线路三下部三的路三基、三桥梁三、隧三道等三结构三物组三成。三轨道三结构三又是三由不三同力三学性三能的三材料三(钢三轨、三轨枕三、道三碴，三扣件三等)三组合三而成三,当三两种三结构三物之三间存三在接三续时三，由三于刚三度、三变形三特性三的不三同，三势必三造成三线路三平顺三性发三生改三变。三路桥三、路三涵、三路隧三等过三渡段三经常三是线三路运三行的三薄弱三环节三。以前(低速三铁路三时代)，各三种因三素引三起的三轨面三变形三可通三过起三拨道三捣固三工作三进行三修复三,故三我国三铁路三系统三对普三速铁三路过三渡段三的处三理一三直未三重视三。当列三车高三速运三行在三路桥三过渡三段区三间时三，由三于刚三度的三巨变三以及三差异三沉降三的存三在，三使得三附加三动力三作用三会明三显增三大，三而且三该附三加动三力作三用还三会随三着速三度的三提高三不断三被放三大(如图三所示)，这三将导三致轨三道累三积变三形增三大，三石碴三粉化三，道三床翻三浆，三轨枕三空吊三，钢三轨磨三耗加三剧，三影响三列车三运行三的舒三适性三、安三全性三，继三而诱三发行三车车三事故三。因三此，三路桥三过渡三段问三题的三存在三严重三限制三了列三车运三行速三度的三提高三。存在三的问三题2列车三进出三过渡三段时三的轮三轨动三力作三用示三意从基三础形三式角三度看三，不三管是三铁路三桥台三还是三公路三桥台三，主三要可三以划三分成扩展三基础三型及桩基三础形三式。对三于扩三展基三础型三桥台三，台三后路三基的三填筑三作用三可能三导致三桥台三发生三滑动三破坏三、倾三倒破三坏、三以及三承载三力破三坏等三，尤三其是三在高三填方三地区三，如三图所三示。(a三)滑动三破坏(b三)倾倒三破坏(c三)承载三力破三坏扩展三基础三型桥三台破三坏形三式存在三的问三题3对于三桩基三础型三式桥三台，三特别三是在三松软三土地三区，三由于三路基三填土三引起三的地基三土的三侧向三流动三、挤三出使桥三台桩三基受三弯矩三作用三发生三挠曲三甚至三折断三，造三成桥三台前三移、三倾倒三，如三图所三示。三此外三，由三于台三背填三土的三存在三使地三基土三发生三固结三，桥三台桩三基受三到负摩三阻力作用三，引三起基三础产三生较三大的三沉降三并伴三有不三均匀三沉降三发生三等等三。软土三地基三的侧三向流三动造三成桥三台桩三基的三折断存在三的问三题4引起三过渡三段桥三头跳三车的三因素存在三的问三题5造成三桥头三跳车三的原三因(据Br三ia三ud等)存在三的问三题6存在三的问三题7过渡三段设三计过三于简三单,三参数三指标三和技三术标三准不三明确三,基三本上三还处三于经三验设三计阶三段。施工三过程三中,三由于三路桥三过渡三段的三位置三特殊三,台三后填三料不三易达三到最三佳的三压实三效果三,竣三工后三沉降三较大三。施工三计划三的安三排也三增大三了过三渡段三处理三难度三。桥三梁作三为重三点工三程一三般都三优先三进行三施工三,路三基工三程由三于被三认为三施工三难度三较小三而放三在最三后,三路桥三过渡三段则三是在三铺架三前突三击完三成,三没有三一定三的静三置稳三定时三间,三运营三后沉三降变三形大三就不三足为三奇了三,需三进行三频繁三养护三维修三才能三保证三轨道三的平三顺。大量三的调三查分三析表三明,三我国三普速三铁路三路桥三过渡三段的三病害三广泛三而严三重,三经常三的维三修使三得一三些线三路桥三台后三的路三基道三碴囊三深度三达2三～3m,纵向三延伸三约1三0～三30m。工务三养护三维修三工作三量远三大于三其它三地段三。三车三辆脱三轨事三故中三的很三大部三分也三常发三生在三过渡三段附三近。目前三国内三对于三过渡三段问三题的三研究三主要三集中三于车三辆与三线路三相互三作用三的动三力学三分析三，软三土地三基桥三台桩三基受三力研三究以三及台三后路三基填三料动三力学三特性三等问三题，三也取三得了三相当三的科三研成三果，三如影三响行三车安三全平三稳运三行的三主要三控制三因素三的确三定、三不同三行车三速度三下折三角限三值标三准的三提出三、填三土荷三载不三大于3cu时桩三基弯三矩较三小以三及动三荷载三作用三下过三渡段三路基三动力三学特三性的三分析三等等三。对于三静力三荷载三下过三渡段三路基三和桥三台变三形耦三合特三性的三分析三还鲜见三报道。不三同桩三间距三下桥三台-过渡三段路三基的三沉降三特征三，桥三台承三台与三路基三柔性三基础三下刚三性桩三体受三力规三律，三刚性三承台三下桩三长范三围内三桩间三土附三加应三力分三布特三征。研究三现状1与铁三路的三情况三相似三,公路三路桥三过渡三段也三存在三不平三顺问三题,三严重三时会三造成三路面三凹陷三,形三成错三台等三破损三,严三重影三响行三车的三速度三和舒三适性三,甚三至失三去控三制，三导致三交通三事故三。公路三路面三结构三刚性三较大三,下三部建三筑物三的不三均匀三沉降三将直三接反三映到三路面三,不三像铁三路轨三道可三通过三调整三道碴三厚度三进行三修复三,公三路桥三头跳三车的三问题三更加三严重三。近年三来，三随着三我国三高等三级公三路的三大量三兴建三，设三计车三速的三提高,桥头三跳车三问题三变得三日益三严重三和尖三锐，三已引三起了三公路三界的三高度三重视三。经三过几三年的三不断三努力三，采三取了三许多三技术三处理三措施三，并三已取三得了三一定三成绩三。对三这些三成果三进行三分析三总结三，可三为我三国高三速铁三路路三桥过三渡段三的设三计提三供一三定参三考。研究三现状2处理三原则三与方三法1桥头三设置三搭板三和枕三粱上置三式钢三筋混三凝土三搭板三是搭三板布三置的三基本三形式三。一三端支三撑在三桥台三上，三另一三端简三支于三枕粱三上。三搭板三可水三平放三置，三也可三倾斜三布置三。板三厚可三均匀三，也三可渐三变。也有三中置三式和三下置三式搭三板布三置形三式搭板三长度三一般三都小三于1三0m，5～三6m最多三，极三个别三情况三可达三15m。过渡三板法处理三原则三与方三法2桥头三设置三搭板三,可三使刚三性桥三台与三柔性三路基三间刚三度逐三渐变三化。三但桥三台基三础和三台后三土体三工后三发生三的不三均匀三沉降三将使三桥头三搭板三的纵三坡发三生变三化,三从而三影响三行车三的舒三适性三。经试三车检三测,三搭板三纵坡三变化三值大三于0三.4三～0三.6三％时三,就三会对三行车三的舒三适性三产生三影响三。解决三桥头三跳车三的问三题除三了使三路面三刚度三逐步三过渡三外,三还必三须使三台后三路基三具有三足够三强度三和稳三定性三,严三格控三制路三桥间三的不三均匀三沉降三。否三则,三桥头三搭板三的设三置将三失去三功能三。处理三原则三与方三法3粗粒三级配三料填三筑级配三粗粒三料(三如砾三碎石三、水三泥稳三定粒三料、三灰土三、低三标号三混凝三土等三)用三于过三渡段三填筑三,无三论是三铁路三系统三,还三是公三路系三统,三都是三一种三最常三用的三处理三方法三,即三使桥三头设三置了三搭板三,仍三需在三板下三填筑三级配三粗粒三土,三防止三搭板三纵坡三变化三超限三。桥头三路堤三使用三粗粒三级配三料填三筑的三主要三目的三是减三小路三堤自三身的三压缩三性,三但如三果没三有进三行充三分压三实,三同样三会产三生较三大沉三降,三而不三能发三挥应三有的三作用三。为三此，三必须三进行三充分三压实三和严三格检三测。加筋三土路三堤结三构试验研三究表三明,三使用三加筋三土路三堤结三构处三理桥三台跳三车有三两大三作用三,一三是能三大大三减小三路堤三沉降三,二三是能三将路三桥交三界处三的台三阶式三跳跃三沉降三变成三连续三的斜三坡式三沉降三。土工三网(CE三13三1)作为三拉筋三材料三在K=三0.三85条件三下,三路堤三沉降三只有三0.三2～三0.三4cm三(H三=4三.6三4m三),未加三筋的三沉降三为1三.9三～8三.3cm三(K三=0三.9三)。加筋三土路三堤结三构能三有效三地处三理由三桥背三路基三沉降三过大三引起三的桥三台跳三车现三象。处理三原则三与方三法4改善三桥头三路面三结构三设计从理三论上三讲,三路堤三沉降三可通三过加三强施三工和三检测三,以三及工三后的三养护三补强三等措三施来三逐渐三消除三。但三实际三效果三并不三理想三,桥三头路三面仍三是最三易发三生破三损的三部位三。根据三车路三相互三作用三的动三力学三原理三,改三善桥三头线三路结三构的三设计三,显三著减三小两三个对三接的三性质三完全三不同三的线三路结三构体三系在三抗垂三直变三形能三力方三面的三差异三,使三过渡三段的三动力三特性三逐渐三变化三，是三一种三治本三的方三法。处理三原则三与方三法5过渡三段不三平顺三控制三标准1为了三分析三高速三列车三通过三过渡三段时三车辆三/轨三道/三路基三的振三动特三性,三寻求三合理三的过三渡段三设计三参数三,采三用了三一个三车辆三-线三路相三互作三用模三型。三该模三型是三一个三线路三与车三辆耦三合系三统,三车体三和转三向架三简化三为刚三体,三有点三头和三沉浮三两个三自由三度。三车轮三和簧三下质三量简三化成三质量三块,三各部三件之三间由三弹簧三和阻三尼器三连接三。线三路部三分是三由钢三轨、三轨枕三、道三床和三基床三组成三的三三层点三支承三粱模三型。三钢轨三为连三续支三承欧三拉梁三,轨三枕简三化为三刚体三,道三床离三散化三为集三中质三量块三。过渡三段的三不平三顺考三虑了三两种三类型三共三三种情三况:轨面三平顺三,路三桥间三刚度三变化三。轨面三产生三弯折三,路三桥间三刚度三差为三零(三即轨三道基三础刚三度均三匀)三。过渡三段轨三面既三产生三弯折三,同三时路三桥间三刚度三也发三生变三化示三。情况三①主三要模三拟过三渡段三轨道三经起三拨道三调整三后,三仅由三路桥三间刚三度差三引起三轨道三刚度三变化三对高三速行三车的三影响三;情况三②主三要模三拟在三过渡三段区三域,三假设三轨道三刚度三是均三匀的三(即三路桥三间刚三度差三为零三),三仅由三路桥三间的三沉降三差引三起轨三面弯三折对三高速三行车三的影三响;情况三③是三路桥三过渡三段不三平顺三的实三际工三况,三主要三模拟三轨面三弯折三与轨三道刚三度变三化对三高速三行车三的综三合影三响。过渡三段轨三道刚三度变三化列车三速度三提高三和路三桥间三刚度三变化三均对三车体三振动三加速三度和三轮轨三接触三力等三指标三存在三不同三程度三影响三。过渡三段长三度增三加,三对车三体振三动加三速度三和轮三轨接三触力三等指三标均三产生三较为三有利三影响三，当三过渡三段增三加到三一定三长度三后,三车体三振动三加速三度和三轮轨三接触三力等三数据三就变三化很三小了三,这三说明三存在三一个三合理三的过三渡长三度问三题。过渡三段轨三面弯三折车体三振动三加速三度和三轮轨三接触三力等三指标三对过三渡段三轨面三弯折θ角变三化非三常敏三感。三当θ大于三某一三数值三,就三可能三对舒三适性三产生三严重三影响三。路桥三间刚三度的三变化三,对三行车三的影三响远三不及三轨面三弯折三的作三用。三轨面三产生三弯折三是过三渡段三影响三高速三列车三安全三平稳三运行三的主三要因三素。过渡三段轨三道刚三度变三化和三轨面三弯折三的综三合影三响计算三数据三表明三,轨三道刚三度和三轨面三弯折三综合三作用三对振三动加三速度三和轨三轮接三触力三等指三标影三响稍三大,三对轨三面平三顺度三要求三稍严三。目前三,我三国还三未建三立起三一个三权威三的车三辆与三线路三相互三作用三的动三力学三性能三评价三体系三。一般三认为三，任三何评三价指三标与三控制三标准三都是三为了三保证三车辆三运行三平稳三舒适三安全三以及三减少三轮轨三各部三件伤三损和三线路三状态三劣化三。正常三情况三下,三当线三路不三平顺三对行三车的三影响三满足三平稳三舒适三性指三标时三,其三同时三也能三满足三安全三性指三标。《京三沪高三速铁三路线三桥隧三站设三计暂三行规三定》三中要三求,三车体三振动三竖向三加度三的舒三适性三控制三标准三为≤三0.三13g。根据三动力三学分三析的三计算三数据三,列三车速三度分三别为三16三0、三25三0、三35三0km三/h时,三由路三桥结三构工三后变三形不三均匀三引起三轨面三弯折三的不三平顺三限值三为θ≤三6.6‰三、3三‰、三2‰三。该限三值与三日本三等的三研究三成果三有较三好的三一致三性。过渡三段的三变形三控制三应重三点解三决两三个问三题:控制三变形三的形三状,三即将三路桥三交界三处的三错落三式沉三降变三成连三续的三斜坡三式沉三降;控制三变形三的大三小,三即严三格控三制过三渡段三的不三均匀三变形三,使三之满三足高三速行三车要三求。对于三第一三个