客运专线施工组织设计

·1·客运专线施工组织设计1.概述1.1高速铁路产生的时代背景交通运输的发展与人类社会的进步密切相关。经济发展，社会进步要求有更高的交通速度以加快社会节奏，扩大人际交往。在实践就是效率，时间就是财富的现代社会。人们对交通速度要求越来越高，为符合社会的要求，速度成为质量的核心，成为交通最重要的技术指标，成为带动技术进步的龙头，成为赖以生存和发展的基本条件之一。1.1.1高速铁路应运而生和迅猛发展自20世纪50年代开始，汽车工业得到了大发展，高速公路异军突起：60年代超音速客机出现，航空运输突飞猛进；铁路逐步失去了速度的优势，客运每况愈下，交通过分依赖公路、航空的后果也十分明显，在其具有的优点之外，“道路拥堵，车祸频发，空难不断，环境恶化，汽油消耗急剧上升……”等缺点和问题不断涌现。人们呼唤一种速度高，能源消耗少，安全可靠，环保型的公共交通方式。1964年10月1日，这样一种交通运输方式出现了。日本东海道新干线（东京~大阪线，全长515.4km）投入运营以来，展示了速度高，能力大，安全好，能耗低，污染轻，全天候等一系列技术经济优势，以崭新的方式开拓了交通的新篇章（曾使东京~名古屋飞机停飞）。它优质的服务和良好的业绩，彰显出高速铁路是当代理想的交通工具，是客运高速化的发展方向。（东京~新大阪，日客流量30万人次以上，年1.2亿人次，加上山阳，上趟东北三条线1900km，占铁路总里程的9%，承担30%的旅客周转量。）1.1.2高速铁路的主要经济技术优势①运行速度高在铁路，公路，航空这三种交通工具中，高速铁路的有效吸引范围在200KM到1000KM以上，而高速公路的优势范围在200KM以内，航空的优势范围在1000KM以上。但旅客出行，除了考虑时间因素外，还有综合考虑票价，安全，舒适等因素。②运输能力大高速列车最小行车间隔可达3分钟，列车密度可达20列/小时，每列车载人数可达1200人，理论上每小时输送人数可达2×2.4万人如列车间隔按4分钟计算，列车密度可达15列/小时，理论上每小时输送人数可达2×1.8万人四车道高速公路理论上输送能力约为2×0.48万人，两条跑道的机场理论上吞吐能力为2×0.6万人·2·可见，高速铁路的运输能力是高速公路和民航所不能比拟的③安全性能好安全是人们出行选择交通工具必然考虑的一个因素。各种交通工具都把提高安全性能作为自己的努力方向。尽管如此，交通事故仍然时有发生。根据有关课题研究结论，我国公路系统每亿人公里交通事故死亡人数为10.55人，重伤24.88人；铁路死亡人数0.29人，重伤0.72人；民航死亡人数0.1人，受伤0.01人；普通铁路的伤亡率为公路的1/35左右1.1.3中国高速铁路的建设即将拉开序幕2005年1月5日，国务院批准了《铁路中长期发展规划》，从此拉开了高速铁路建设的序幕。我国客运专线的建设目标：根据我国城市人口和经济发展规模以及在铁路运输中的地位和作用，以北京、上海、广州和武汉为路网性客流中心，城市人口在100万以上的特大城市和省会城市为区域性的客流中心，作为铁路快速客运网主要连接点进行布局。快速客运网的发展目标是，形成以北京、上海、武汉和广州为中心，连接所有省会城市和人口百万以上的特大城市的快速客运网络。到2020年，我国将初步形成以客运专线铁路（贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区）；北京～上海客运专线；北京～武汉～广州～深圳客运专线（连接华北华南地区）；北京～沈阳～哈尔滨（大连）客运专线（连接东北和关内地区）；上海～杭州～宁波～厦门以客运为主的快速铁路（贯通东南沿海地区）；徐州～郑州～兰州客运专线（连接西北和华东地区）；杭州～南昌～长沙客运专线（连接华中和华东地区）；青岛～石家庄～太原客运专线（连接华北和华东地区）；南京～武汉～重庆～成都以客运为主的快速铁路（连接西南和华东地区，组成四纵四横高速客运专线骨架。此外，建成环渤海圈、长江三角洲、珠江三角洲城际客运铁路，连接区域内主要城市。总规模达3万公里，其中客运专线约1万公里，客货混跑快速线路约2万公里。客运专线旅客列车的最高运行时速将达到200公里以上，客货混跑线路旅客列车最高运行时速达到140～200公里。主要城市间铁路旅行可以实现1000公里左右范围内“朝发夕归”，2000公里左右范围内“夕发朝至”，4000公里左右范围内“一日到达”。北京、上海、广州、哈尔滨、兰州等中心城市到全国主要大城市的旅行时间将大大缩短。铁路快高速客运网络建成后，铁路可采用客运专线上开行的高速列车可以下线在快速线路上运行，快速线路上的快速列车也可以跨线上客运专线上开行的运输组织模式，将大大减少旅客换乘次数，最大限度地方便旅客，扩大快速客运专线的旅客吸引范围。目前已得到国家批准建设或即将建设的高速铁路主要有：武广线，郑西线，京津城际线：300Km/h～350Km/h石太线，合宁线，武合线：250Km/h甬温线，温福线，福夏线：200～250Km/h广珠线，广深港京石线，京沪线·3·1.2客运专线铁路结构工程的技术要求为保障高速列车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性。高速铁路轨道的高平顺性主要体现在：(1)钢轨的原始平直度公差要小；(2)焊缝的几何尺寸公差要小；(3)道岔区不能有接头轨缝、有害空间等不平顺；(4)高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值要小；(5)敏感波长和周期性不平顺的幅值要小；(6)轨道不平顺各种波长的功率谱密度值都要小。为保证高速铁路轨道高平顺性，必须满足以下条件：(1)路基设计和施工必须满足路基的工后沉降小、不均匀沉降小，在动力作用下的变形小、稳定性高等要求。①路基必须严格控制工后沉降。暂规规定“路基工后沉降量一般地段不应大于5cm,沉降速率应小于2cm/年。桥台台尾过渡段路基工后沉降最不应大于3cm”。②要严格控制路基的不均匀沉降。在100m范围内的路基不均匀沉降，将直接造成幅值较大的轨道长波高低不平顺，更短范围内的路基不均匀沉降，将直接接造成路基的稳固和安全。③要控制路基的初始不平顺。这是由于路基的初始不平顺过大，将导致道床厚度不均，道床弹性和残余变形积累不均匀，也会逐渐形成轨道的中长波不平顺。。(2)桥梁桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺性的要求①桥梁的挠度、折角、扭曲等变形直接影响轨道的平顺性，因此，桥梁梁跨的组合、桥梁的刚度、自振频率等设计应满足轨道的平顺性条件。②多跨等距桥梁更要严格控制动挠度形成的周期性不平顺，跨度选择应避开敏感波长，尤其要避免形成最不利周期性轨道不平顺。因此，在一般的桥梁设计中，经常采用多跨等距桥梁，便于施工组织：降低工程造价的设计思路，在高速铁路设计中需要有所改变，而应采用小跨度、大刚度、不等距桥梁梁跨设计，这样比较容易满足平顺性条件。(3)道床道床必须选用硬质、耐磨的道碴，并在铺枕前整平压实选用硬质、耐磨的道碴，并压实道床，对于保证平顺性、提高开通速度、减少道床残余变形积累、降低轨道的养护维修工作量非常有效。(4)严格控制轨道的初始不平顺轨道初始不平顺是运营后各种轨道不平顺发生、发展和恶化的根源，若不进行严格控制，将造成运营过程中难以处置的无穷后患。根据欧洲的研究，轨道初始不平顺状态对以后轨道长期的平顺状态和维修工作量有决定性影响。初始状态好的轨道，维修周期长，能·4·长期保持良好的水平；初期状态不好的轨道，不仅维修周期短，增加维修作业次数也很难改变轨道初期“先天”的不良水平。日、法、德、瑞等国都制定了非常严格的轨道铺设精度标准。因此，要提高轨道的铺设精度标准，严格控制轨道的初始不平顺。结论：高速铁路是否能够安全、平稳、舒适运行，是通过轨道的平顺性来体现的，但真正影响高速列车安全、平稳、舒适运行的不仅仅是轨道，而是由路基、桥梁和轨道等组成的基础设施整体。因此，高速铁路各结构物的设计，不仅要强调各结构物本身的高平顺性和稳定性，还要强调各结构物组合后的平顺性和稳定性，要对车、线、桥（或路基）的组合进行动力仿真分析，确保高速列车安全和舒适地运行。例：京沪、武广、郑西主要技术参数对比京沪、武广、郑西主要工程量对比1.3工程特点与难点客运专线铁路路基、桥梁、轨道等的建设标准和技术要求比一般铁路高得多，根本原因是由于客运专线铁路必须保证高速轨道具有持久稳定的高平顺性。本部分以客运专线最主要的四个基本技术体系(轮轨、弓网、空气动力特性、牵引和制动)，从建设、运营维修全过程对路、桥、隧、轨道等从安全性、舒适性、可靠性和经济性等角度对工程特点和难点做一些分析。总体要求：1.路基设计和施工必须满足路基的工后沉降和不均匀沉降小，在动力作用下的变形小、稳定性高等要求；2.桥梁的动挠度等变形必须满足高平顺性的要求；3.道床必须选用硬质、耐磨的道碴，并在铺枕前整平压实。严格控制轨道的初始不平顺；4.强调各结构物组合后的平顺性和稳定性，保证列车良好受流。1.3.1路基1.设计理念新为保证轨道具有持久的平顺性，路基结构设计首次采用了变形和强度结合控制的原则。目的为轨道提供一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、长久稳定、顶面平顺的弹性基础。2.结构标准高路基基床由表层和底层组成,表层厚度应为0.7m，底层厚度应为2.3m，总厚度为3.0m。其中：基床表层由5～10cm厚的沥青混凝土防水层和65～60cm厚的级配碎石或级配砂砾石组成；基床底层填筑A、B组填料。路基与桥台及横向结构物间均设置过渡段(刚度过渡、沉降过渡)，以满足轨道平顺性要求。3.工后沉降和沉降率需严格控制规定路基工后沉降(含软土路基)不大于5厘米，年沉降率不大于2厘米；过渡段，工·5·后沉降不大于3厘米。对沉降控制较困难的软土及松软土地质地段的路基均采取了地基加固措施。4.填料标准高，路基结构所使用的材料质量必须先期选择和确定基床表层所采用的级配碎石或级配砂砾石等材料，基床底层采用的A、B组填料均有严格的材质、粒径和级配要求，为保证达到设计标准，设级配碎石拌合站或填料改良场，对填料进行集中拌合或改良。5.路堤施工的工期长根据国外及国内秦沈客运专线、京沪高速铁路昆山试验段的施工经验，良好地基的有碴轨道路堤填筑后一般放置1个月以上，地基不良地段路堤放置6个月以上；黏土地基上的路堤支承板式轨道时放置6个月以上，其他地基放置3个月以上；同时，要预先进行详细地质地基勘察，进行必要的沉降观测，并测算沉降稳定时间，以保证予压时间，达到稳定时间和沉降要求(施工工期、固结工期)。6.要建立先进、可靠、精确、完整、有效的质量控制与检测体系，保证：(1)地质勘察深度及所采用的设计方法和计算参数正确；(2)填料特性、工程措施及适用范围全过程受控。(3)路基均匀或不均匀沉降及其沉降值得到持续正确的检查。1.3.2桥梁1.刚度大除控制挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变、不均匀温差引起的结构变形。并进行车桥耦合动力响应分析。2.耐久性要求高主要承重结构按100年使用要求设计，统一考虑合理的结构布局和构造细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用等(设计、施工、维护三个阶段共同来保障)。3.墩台基础的沉降控制严格其工后沉降量不应超过下列容许值：(1)墩台均匀沉降量：对于有碴桥面桥梁：30mm对于无碴桥面桥梁：20mm(2)静定结构相邻墩台沉降量之差：对于有碴桥面桥梁：Δ=15mm对于无碴桥面桥梁：Δ=5mm(3)预应力混凝土梁的徐变上拱值：轨道铺设后，有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于20mm；无碴桥面梁的徐变上拱值不应大于10mm。对于外静不定结构，其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值，除要满足外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外，还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。对于沉降难以控制区段的桥梁，采用可调支座。·6·4.上部结构优先采用预应力混凝土结构预应力混凝土结构刚度大、噪音低，由温度变化引起的结构位移对线路结构的影响小。5.大跨度的特殊孔跨结构多跨越主要交通干线或通航河流大量采用钢混结合梁、连续梁、斜拉桥、钢桁拱等特殊结构的大跨度梁式。技术复杂，施工难度大。6.双线简支箱梁制、架需特殊的大型施工装备32米跨度的双线简