铁路工程结构的构造与施工

铁路工程结构的构造与施工本课程主要学习内容一路基工程：主要介绍铁路路基的构造及一般施工方法。此外还对特殊条件下的路基和特殊土地区的路基施工作了较详细的叙述。关于挡土墙的内容作为一章也作了介绍。二轨道工程：介绍铁路轨道工程的各部组成、构造,重点介绍铺轨、铺道岔及上碴整道,对无缝线路及新型轨下基础也有较详细的介绍。本课程主要学习内容三桥梁工程：桥梁下部主要是桥梁墩台与基础。在这一部分中,除介绍墩台与基础的作用、类型、构造及适用条件之外,着重介绍其施工方法。桥梁上部主要是梁部的制造与架设,包括简支梁桥、连续梁桥、斜拉桥和拱桥等。四隧道工程：内容包括隧道的各部构造、隧道的施工方法、隧道施工的辅助作业(通风防尘、高压风供应、供水排水、供电照明)等。在施工方法部分着重对新奥法的使用进行了比较详细的介绍。第一篇铁路路基工程铁路路基的概念铁路路基是以土、石材料为主建成的一种条形建筑物。它与桥梁、隧道、轨道等组成铁道线路的整体。铁路路基的作用承受线路上部建筑的重量和机车车辆的动荷载,同时还要受到各种自然因素的破坏。因此,路基的稳定性、坚固性与耐久性直接关系到线路的质量及列车的安全运行。第一章路基构造路基的构造除指路基本体外,还包括排水设备及防护加固等部分。路基本体是路基的主要组成部分,亦是最重要的部分,排水设备和防护加固设备是为保证路基本体正常工作而设置的。路基横断面的形式路基横断面是垂直于线路中心线的截面,它的形状和尺寸,是指导施工的依据。路基横断面形式有:路堤、路堑、半堤半堑、半路堤、半路堑及不填不挖等六种第一节路基的组成一、路基本体(或称路基体)路基本体是指各种断面形式中的填挖部分。路基面：在顶面上铺设轨道的面；路肩：两侧未被道碴覆盖的部分；顶肩：路基面的边缘点；路基边坡：路基面与原地面间的斜平面。路基标高是由线路中心引一垂线与两顶肩的连线相交于O点,O点的标高称为路基标高、顶肩的标高称为路肩标高,为方便起见,统一以路肩标高来表示路基标高。路肩标高由线路纵断面设计确定,应高出地面积水和最高地下水位。特大桥和大中桥的桥头引线的路肩标高应高出设计水位加波浪侵袭高度和壅水高度再加0.5m,如图1—3。波浪侵袭高度：波浪卷爬至一定高度然后滚退.自静止水位线算起的波浪卷爬最大高度壅水高度：因水流受阻而产生的水位升高高度。地面标高：过线路中心引垂线与地面线相交于O′点,该点即是线路测量时中心桩的位置,它的标高即为地面标高；路基中心高H：路肩标高与地面标高之差；坡脚：路堤边坡与地面的交点；堑顶：路堑边坡与地面的交点；路基边坡高度h：指路肩标高与坡脚(或堑顶)标高之差。当地面有横坡时,路基两侧的边坡高度是不相等的,可分别定出。边坡坡度：以边坡上两点间的竖直距离和水平距离之比1∶m表示。边坡坡度对边坡的稳定有重要影响。路基基床：自路基面往下约1.2m的厚度称为路基基床,基床受列车荷载和水文气候变化的影响较大,容易发生病害。因此《铁路路基施工规范》对基床土质密实度和不同土质的道床厚度均作了明确规定。路堤的地基系指天然地面下的路堤基底;路堑地基系指基床面以下的地层。路基的地基应稳固可靠,必要时应处理加固。二、路基设备路基设备除路基本体之外还包括排水、防护和加固设备等内容。路基排水设备分地面排水和地下排水两种。地面排水设备用以拦截地面径流,汇集路基范围内的雨水,并使之流向天然排水沟谷。地下排水设备用以拦截和疏导地下水或降低地下水位。水对土工建筑物的影响极大,因此,路基需要完善的排水设备。路基防护设备常用的有坡面防护和冲刷防护,用以防止和削弱风霜雨雪、气温变化及流水冲刷等各种自然因素对路基体所造成的直接或间接的有害影响。在特殊情况下还有防冻保温、防风沙、防泥石流设备等。路基的加固设备用以加固路基体或地基的工程设施,如挡土墙、抗滑桩等。第二节路基面形状与宽度一、路基面的形状路基面的形状视线路数量(如单线、双线或多线)及构成的土质情况的不同,可分为有拱和无拱两种。无路拱状的平面型适用范围：由渗水土或岩石(多雨地区易风化泥质岩石除外)构成的路基面,因大气降水不会在土中滞留,也不影响其强度,所以,可修成无路拱状的平面型。有路拱状的平面型适用范围：当路基面土为非渗水性土和易风化的软岩质土,包括作封闭处理后的以上土质,因为大气降水渗入,在土中滞积,可使路基面以下的土强度下降,在列车和轨道荷载作用下加剧变形,使路基面性状不良,因此,均应修成有路拱路基面以加强排水。单线有拱路基面常做成梯形,如图1-4所示,其尺寸大小,应保证工程列车运行平稳,不致产生封闭的轨枕陷槽,且有利于排除路基面的地表水,《铁路路基设计规范》规定:标准轨距单线路基的梯形路拱顶宽为2.1m,拱高0.15m,底宽为路基面宽度值(见表1-2)。一次修成的双线路基路拱形状为三角形,如图1-5所示。标准轨距的双线路基路拱高规定为0.2m,底宽等于应有的路基面宽度值。图1—4梯形路基面(单位:m)图1—5三角形路基面(单位:m)站场路基因线路多,路基面宽,所以,路拱的设计应与站场排水设计结合一并考虑。依据排水要求和线路数,可设计为一面坡、两面坡或锯齿形坡。《铁路车站及枢纽设计规范》规定,路基面横向坡度及一个坡面的最大线路数,应根据土的种类、道碴种类及降雨量综合考虑确定。图1—6为两面坡形路拱,两侧各设置一个排水沟。图1—6站场路基面的两面坡形路拱二、路基面的宽度路基面的宽度与路基面上的线路数量、各线间的线间距、线路等级和按此确定的轨道类型、路基面的形状和路拱的尺寸及路肩宽规定等有关,此外还与其他一些要求以及在曲线地段需作加宽等有关。以上因素的各种组合都可依据需要计算、制表,在《铁路路基设计规范》中已分别列出,供设计应用,一般可不另作计算。(一)标准轨距区间直线地段路基面宽度标准轨距区间直线地段的路基面宽度如表1—1。当铁路线路不采用表列的各项计算标准时,如有特殊要求的线路和各种非标准轨距的线路等,则可以建立公式对路基面宽度进行计算,以满足特定道床覆盖宽度和所需路肩宽度的要求。单线路基直线段的宽度计算如图1—7所示,设已知路基面宽度所计算的各项有关值,则单线路基直线段的宽度为:B=A+2L+2b图1—7路基面宽度计算图示因道床边坡宽为边坡高与坡率的乘积,即L=mH,边坡高可由轨枕埋入道床深h与道床厚D及路拱高Δh相加后,减去道床坡脚与路肩的高差h′后得出。h′可由比值得出。于是可得路基宽度的计算式(1—1):式(1—1)可直接求B,式中L′为路拱的顶宽。同理可建立求双线路基的路基面计算式。(二)标准轨距区间曲线地段的路基面加宽加宽原因：曲线地段路基面的宽度在曲线的外侧应加宽。曲线地段轨道设有超高,而超高是以在曲线外侧加厚道床来实现的,从而使外侧道床坡脚外移增大铺设宽度。为确保路肩规定的宽度,曲线外侧的路基应当加宽,如图1-8所示。图1—8路基曲线外侧加宽示意图加宽值的大小：与铁路线路等级、曲线半径、允许的最大超高值有关。在路基规范中规定,单线曲线地段路基面曲线外侧的加宽值如表1-2所列。单线曲线地段路基面曲线外侧加宽值双线曲线地段路基面外侧加宽原因双线曲线地段路基面宽度,除按表1-2规定数值进行曲线外侧路基加宽外,还应进行线间距加宽,以保证行车安全,如图1-9所示。线间距加宽原因:当两线列车交会时,外线车辆中部向内偏移而内线车辆两端向外偏移,使行车安全空间被压缩,如图1-9(a);若外线超高值大于内线超高值,则两线上行驶的车辆顶部相互靠近,也减小了行车安全空间,如图1-9(b)。双线曲线地段路基面外侧加宽值线间距加宽值的大小,在《铁路线路设计规范》中规定采用表1-3所列数据。当曲线半径为中间值时,线间距加宽值可用插入法求得,并进整至5mm。三线曲线地段路基面外侧加宽值对于三线曲线地段线间距加宽:第一、二线线间距加宽值可采用表1-3所列数据,第二、三线线间距应按《标准轨距铁路建筑限界》中规定的曲线段建筑限界加宽办法及信号机设置情况计算确定。(三)站场路基面宽度对于各类车站的站场路基,在站场与枢纽设计规范中也已作出规定，在站场路基设计中,常直接应用：1.站场最外侧线路中心线至路肩边缘不应小于3m;2.最外侧梯线和平面调车牵出线经常有调车人员上、下车作业的一侧,应不小于3.5m;3.驼峰推送线的车辆经常摘钩地段,有摘钩作业的一侧应不小于4.5m,另一侧应不小于4m。4.站内单线如联络线、机车走行线和三角线等的路基宽度:非渗水土路基应不小于5.6m;岩石、渗水土路基应不小于4.9m。路基面加宽注意事项1.路堤路基面的预留沉降加宽在路基面加宽中,由于路堤常常会在竣工之后继续出现沉降,因此,需不断起道以恢复线路的平顺状态。为了避免起道中增大的道床铺设宽度侵占路肩,路堤的路基面宽度应在施工时加宽。路堤路基面的预留沉降加宽和堤身的高度,填料的压实标准,地基的沉降,以及堤身施工工期和竣工后预置期的长短等有关。过渡段设置路基面的宽度在直线段和曲线段不同,在路基面为渗水土和非渗水土时也不同,在路堤段与路堑段也有差异,所以应设过渡段使之平顺过渡。曲线段加宽的过渡段可以在缓和曲线段内完成;在直线段内变宽时常在宽度小的线段内以逐渐递增完成,段长应不小于加宽值的10倍。路基面加宽注意事项三、路肩标高在铁路线路工程中,路基面的高程由线路纵断面设计确定,并以路肩标高表示。在线路纵断面设计图中,所确定的路肩标高系按路基面为有拱路基面得出,所以,当路基面为无拱路基面时,按规定路肩标高修筑的路基面铺轨后,轨面标高将低于设计的标高,单线路基时其值为路拱高和有、无路拱的道床厚度差之和,如图1-10。为此,在路基设计和路基施工中,当路基面土质为渗水土或岩石时,路基面不设路拱,路肩的标高应加高,使铺轨后的轨面与纵断面设计相符。图1—10渗水土或岩石路基的路肩设计标高路肩标高设计要求：在铁路线路设计中,线路纵断面设计系按线路设计要求经综合优化得出。为了减少路基工程中的困难和确保线路的质量,在线路纵断面设计中的路肩标高应满足以下要求:1.特大桥和大中桥的桥头路基,水库和滨河地段可能被水淹没的路基,路肩标高应高出设计水位加波浪侵袭高加壅水高再加0.5m;2.小桥涵附近路肩标高应高出设计水位加壅水高再加0.5m;3.路肩标高应高出最高地下水位或最高地面积水,高出数值应根据土质的毛细水上升高度和临界冻结深度决定。第三节路基标准横断面在铁路路基工程中,路基的本体,路基本体的各种防护和加固设施,在设计中常常可以遇到设计要求和设计条件相同或基本相似的情况。为了减少或避免做许多重复性的设计计算工作,将各种在设计中常遇到并可以共用的设计图式加以认定,便成为可直接引用的标准图式。路基标准图式有两种:一为在一般情况下,地基良好、无不良工程地质和水文地质问题和其他不良因素作用,路基可以按照《铁路路基设计规范》进行设计而形成的图式,这种图式有很强的通用性;二为就某些特定的条件或特定的要求而制订的图式。在特定条件或特定的要求相同的路基工程中适用,在一定范围内有通用。路基横断面的标准图式表明路基本体的构造尺寸和各种需要设置的防护、排水等设施的基本尺寸,所以,在实际应用时,对于各种防护设施、排水设备,以及如路堤的取土和路堑弃土的处理等,还都有一定的设计计算工作,标准图式为各项设计的取值提供了依据。下面介绍在铁路路基工程中最为常见的路堤和路堑的标准图式。一、路堤横断面路堤断面主要由路基顶面、边坡、护道、取土坑或排水沟等组成。图1—11为一单线铁路区间直线地段的黏性土路堤横断面。图1—11直线地段黏性土路堤横断面(单位:m)在图1-11中,路堤本体的断面构造、路堤边坡的坡形、边坡坡度,均按规范的规定,在边坡高H≤8m的条件下得出;坡脚外有宽不小于2m的护道,起防护路堤本体的作用。若在高产作物区地段,在能保证路堤稳定的情况下,路堤护道的宽度可减小到1m。(一)路基顶面路堤标准设计横断面中,路基面形状和尺寸,路肩标高均按前节所述处理。(二)路基边坡路基边坡的坡度,应根据土质、土层成层情况及地