路基工程教材——第3章 高速铁路路基设计.docVIP

第三章高速铁路路基设计

第一节高速铁路路基的特点

自20世纪60年代第一条高速铁路在日本建成以来，世界范围内出现了竞相修建高速铁路的热潮。

就路基工程而言，主要表现为以下三个特点：

一、高速铁路路基的多层结构系统

高速铁路线路结构，已经突破了传统的轨道/道床/土路基这种结构型式，既有有碴轨道也有无碴轨道．对于有碴轨道，在道床和土路基之间，已抛弃了将道碴层直接放在土路基上的结构形式，作成了多层结构系统。例如：法国采用道碴层/碴底层（级配粒料）/基础层（级配良好的砾石）/防污层（砂、土工纤维）；日本在道床和基床之间加设了5cm厚的沥青混凝土；德国在道床与基床之间加设了路基保护层即PSS层。

二、控制变形是路基设计的关键

控制变形是路基设计的关键，采用各种不同的路基结构型式的首要目的是为高速线路提供一个高平顺、均匀和稳定的轨下基础。

日本东海道新干线的设计时速为220km，由于其在设计中仅仅采取了轨道的加强措施，而忽略了路基的强化，以至从1965年开始，因为路基的严重下沉，致使路基病害不断，线路变形严重超限，不得不对线路以年均30km以上的速度大举整修，10年内中断行车200多次，列车运行平均速度也降到100～110km/h。

三、列车/线路整体系统的相互匹配，路基是重要组成部分

变形问题的解决相当复杂，是一个世界性的难题。日欧各国虽然实现了高速，但他们都是通过采用高标准的昂贵的强化线路结构和高质量的养护维修技术来弥补这方面的不足。

德国著名的高速铁路专家Birmann指出：铁路路基作为承受轨道和列车荷载的基础，如果选择了合理的刚度(弹性模量)，则能明显地影响轮载的分配，可以使轨面的最大支承力减少60%～70%，而且还可以改善基床动应力的分布，减弱重复荷载的动力作用，减少列车荷载对线路的不良影响。

第二节高速铁路路基横断面

高速铁路路基面形状应为三角形，并设有由路基面中心向两侧成4%的横向排水坡。曲线加宽时，仍应保持路基面的三角形形状。

一、线间距

由于高速列车运行时会产生列车风，相邻线路高速列车相向运行所产生的空气压力冲击波易振碎车窗玻璃，使旅客感到不适，甚至影响列车运行的平稳性，故高速线路的线间距较普通铁路有所增大。

日本东海道新干线的设计列车最高速度为220km/h，计4.2m。但以后续建的山阳、东北、上越、北陆等新干线的列车最高设计速度为260km/h，线间距则均采用4.3m。法国东南线（巴黎至里昂）的列车最高速度为270km/h，线间距采用了4.2m。我国京沪高速铁路线间距根据所采用机车车辆类型、运行速度等因素确定为5.0m。

二、路肩宽度

路肩虽不直接承受列车荷载作用，但它对保证路基受力部分的稳固十分重要。路肩宽度选择应同时满足敷设接触网支柱，安放通信信号设备，埋设必要的线路标志，通行养路机具等要求。

路肩宽度取决于以下几个因素：

①路基稳定的需要，特别是浸水以后路堤边坡的稳定性。

②满足养护维修的需要。需考虑线路维修时搁置或推行小型养路机械需有一定的路肩宽度。

③保证行人的安全，符合安全退避距离的要求。虽然高速铁路线路是全封闭的，运行期间人员不能进入线路范围，但世界各国依然考虑了行人的安全问题。

我国京沪高速铁路路肩宽度亦根据所采用的机车外型、车辆幅宽、列车长度、行车速度等，参考其他国家的资料考虑了上述要求后，提出路基两侧均为1.4m的标准。

三、路基面宽度

1.直线地段路基面宽度

表3-2直线地段路基面宽度（m）

表3-2直线地段路基面宽度（m）

单线

双线

路堤

路堑

路堤

路堑

8.8

8.8

13.8

13.8

表3-3曲线地段路基面加宽值（m）

曲线半径

路基外侧加宽值

14000＞R≥11000

0.3

11000＞R＞7000

0.4

7000≥R≥5500

0.5

5500＞R≥500

0.6

四、高速铁路路基标准横断面图

图3-1～图3-6为高速铁路路基的标准横断面图。

第三节高速铁路路基设计荷载

一、静荷载

铁路路基面上作用有列车荷载和轨道荷载。列车荷载和轨道荷载是确定路基本体构造要求的一个重要依据。

轨道及列车荷载换算的土柱高度及分布宽度如表3-4所示。

表3-4高速铁路轨道和列车荷载换算土柱高度及分布宽度

列车活载种类

计轴重(kN)

钢轨(kg/m)

轨枕(根/km)

道床厚度(m)

道床顶宽(m)

道床坡度

分布宽度(m)

计算高度(m)

土的密度(g/cm3)

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

ZK标准活载

220

60

1667

0.35

3.6

1:1.75

3.4

3.0

2.8

2.7

2.6

2.4

中—22活载

220

60

1667

0.35

3.6

1:1.75

3.4

3.4

3.2

3.0

2.9

2.8

二、动荷载

在列车动荷载作