浅谈高速铁路路桥过渡段结构变形分析与处理方法

浅谈高速铁路路桥过渡段结构变形分析与处理方法

【摘 要】：高速铁路的发展必须以安全、可靠、舒适等为前提。它要求构成铁路系统的各个面都有高品质和高可靠性。其中，铁路线路的稳定与平顺是必不可少的条件之一。

【关键词】：高速铁路 路基 安全

铁路线路是由不同特点、性质迥异的构造物（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。在路基与桥梁连接处，由于路基与桥梁刚度差别很大，一方面引起轨道刚度的变化，另一方面，路基与桥台的沉降也不一致，在桥路过渡点附近极易产生沉降差，导致轨面发生弯折。在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段，可使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减少路基与桥梁之间的沉降差，达到降低列车与线路的振动，减缓线路结构的变形，保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。

一、路桥过渡段线路结构变形不一致的原因分析

路桥过渡段受到高速运行车辆动荷载的作用时，在桥头处往往会出现振动较大的跳车现象，这种现象在高速铁路或高速公路的路桥过渡区段都有可能出现。产生这种现象的主要原因有一下反面。

1、地基条件原因

现在许多既有线路都是修筑在条件差并未很好处理的软弱地基上的。路桥过渡段由于其结构的原因，桥头路基的填筑高度较大，产生的基础应力也比高 ，因此在路桥过渡段产生的沉降较其它路段要大一些。

地基土的性质及结构不同，所产生的沉降和沉降达到稳定所需要几年时间也不同。对于粉质土路基和中，低压缩性的黏土地基，其全部完全沉降需要几年时间；对于高压缩性黏土地基，则其全部完成沉降需要十几年甚至几十年时间。所以，地基工后沉降是地基造成桥头跳车的原因。

2、桥头后路基填料的原因

桥头后路堤填料一般全是填土。由于施工的原因，往往作业相对狭小，碾压质量不易控制，其压实度达不到设计要求。即使施工是压实度全部达到了设计的要求，但因运营时路堤填土本身的自重和动荷载的作用，也将使路堤填土进一步压缩变形，使得路桥过渡处出现沉降差。

桥台前的防护工程由于受到土压力的水平作用，将产生不一定的水平位移。这一水平位移将会使路桥过渡处的路基出现沉降变形。

路桥过渡处常会产生细小的伸缩裂缝，经过地表或雨水的渗透后，会使路基

填土出现病害，强度降低，产生沉降。或由于水的渗透流动带走填料中的细颗粒土，使得路桥过渡处出现沉降变形。

3、设计及施工原因

设计时对路桥过渡区段的施工碾压过程考虑不周，对填料的要求不严格，桥台后的排水设计考虑不周，都将影响其施工质量。施工时对工期或工序安排不当，以至使路桥过渡段的填土碾压工作安排在施工工期的尾部，被迫赶工期，不能够很好地控制填土压实质量，使得填土本身出现沉降变形。施工时对路桥过渡区段的回填料不按设计要求填筑，或采用不良填料，或碾压厚度超过要求，或压实度达不到设计要求，都将造成质量缺陷。施工时碾压器械配制欠佳，压实功率不够，不进行分层次质量检查，也会使压实质量达不到控制要求。

4、路基与桥台结构差异的原因

桥台一般是刚性的，而路基则是柔性的。由于这两种结构的差异，在路桥过渡区段内，当受到动荷载作用时，在刚柔之间必然存在着沉降差。路桥过渡区段由于其刚性不同、自重不同、强度不同，在外力作用下又是应力集中的区域，因此是影响线路运营的薄弱环节。

除以上主要原因外，在路桥过渡区段，影响线路运行质量的因素还有：

(1)桥上是有喳轨道还是无碴轨道，桥上轨枕垫刚度值的大小， 都递到桥上的作用力的大小有关。

(2)路桥过渡区段轨道技术状态和种类。过渡区段内钢轨和轨枕类型以及钢轨是否有接头或损伤，与传递到桥头上的作用力大小有关。

(3)机车车辆的类型、运行速度和技术状况。过渡区段内动荷载的大小与机车车辆的类型、运行速度和技术状况等有关。

二、路桥过渡段的处理措施

控制线路（道路）的不平顺，保证车辆的高速、安全、平稳运行，始终是陆上粘着交通运输系统设计的重点之一。世界各国在发展高速铁路过程中，都在线路容易发生不平顺的部位特别加以重视，并依据系统的观点，从结构设计到施工组织，从工期安排到质量检测等方面都采取了措施，严格控制轨道的刚度变化和由于沉降不均匀引起的轨面变形（弯折角），以达到线路的平顺度，保证高速列车安全和平稳运行的目的。

1、路桥过渡段的处理方法

随着高速铁路的修建并成功地投入运行，国外铁路先进国家在处理线路过渡段方面已有一定的基础，并积累较丰富的经验，提出了一些经时间检验是可行的

技术处理措施。归结起来主要有以下几类。

1.1 具体处理方法有如下几种：

(1)加筋土法

加筋土法是通过在过渡段路基填土中埋设一定数量的拉筋材料，形成加筋土路基结构。加筋土不仅能增加路基的强度，而且还能大幅度提高路基的刚度，显著减少路基的变形。

(2)土质改性法

土质改性法是运用各种方法过渡段路基土进行土质改性，以提高填土的强度，降低填土的压缩，增加路基的刚度和减少路基的变形。不同的加固范围和位置可达到不同的处理目的。

(3)碎石材料填筑法

碎石材料填筑法是指使用强度高、变形小的优质材料进行过渡段填筑的方法。目前使用的轻型填筑材料有EPS、人工气泡混合土、轻型废气物、火山灰、粉煤灰、中空构造物等。图所示

气泡混合土应用实例

(4)过渡板法

过渡板法是在过渡段范围内路基填土上现浇钢筋混凝土厚板，并使一端支撑在刚性基础桥台上，利用钢筋混凝土厚板的抗弯刚度来增加轨道的刚度，将其用

于高速铁路路桥过渡段时，必须注意以下问题：过渡段范围较大，列车的质量更大，速度更快，而板底的支撑条件不确定，结构受力情况非常复杂，一旦破损，更换将极为困难。该处理方法对轨道港督的增加较显著，但不能减小路基下部地基的变形，必须配以其它的处理措施才能有效地控制由此引起的轨面弯折。图所示

用钢筋混凝土过渡板增加基床刚度

1.2 在过渡段较软一侧，增大轨道的竖向刚度。

该类处理方法主要是通过提高轨道竖向刚度来减小路桥间轨道刚度的变化率，它不能解决路桥间沉降差引起的轨面弯折问题。具体的处理方法有以下几种：

(1)通过调整轨枕的长度和间距来提高轨道的刚度在过渡段范围内，通过使用逐步增长的超长轨枕和减少轨枕的间距可实现轨道刚度的逐步过渡。

(2)通过增大轨排的抗弯模量来增加轨道的刚度。

(3)通过加厚道床的厚度来提高轨道的刚度。

道喳是一种强度高、变形小的硬质材料，道床的模量一般比路基基床大。在过渡段范围内逐渐增加道床的厚度，减少路基的高度，也逐步提高轨道的刚度。

三、小结

(1)路桥过渡段的处理有两方面的问题：一方面是手到列车何在影响较大的范围内（机床以上部分）线路结构抵抗变形能力差异的问题，即轨道综合模量（刚度）平顺过渡的问题：另一方面是人工接受刚性桥台与土工结构的柔性路基间工后沉降差引起轨面弯折的限值问题。这两个方面的问题都会对高速列车产生影响，但产生的原因各不相同，影响程度也不一样，在制定过渡段处理方案时，必须对不同影响的因素和产生的原因，采取不同加固方法，有的放矢地进行处理。这一处理原则，在过渡段的设计时应给予充分注意。

(2)根据铁道线路的特点，路桥过渡段的处理措施可分为三大类，即：

①在过渡点较软一侧，增大路基基床的竖向刚度，减小路基基床的沉降。

②在过渡点较软的一侧，增大轨道结构的竖向刚度。

③在过渡点较硬一侧，减小轨道结构的竖向刚度。在进行高速铁路路桥过渡段的设计时，这仨类方法都应考虑，综合处理。

(3)国内外对路桥过渡段进行技术处理的基本原则是一致的，处理方案也大同小异。但有关过渡段的结构设计及技术条件（标准）与车辆性能，线路标准，设计速度等的关系却很难从一般的资料和交流中了解到，必须开展以车辆，线路系统力学为基础的理论研究，分析个中不平顺因素对列车运行的影响规律，并参考国内外的有关技术规范，才能制定出符合我国车辆，线路条件等具体情况的过渡段的设计参数。

(4)用粗料级配料填筑过渡段的措施在工程中应用最广泛，日，德，法，西班牙等国的高速铁路设计规范中均推荐使用次措施。加筋土技术是一种较成熟的现代土工加固新技术，应用加筋土技术处理路桥过渡段。具有成本低取材容易，布置灵活，施工简便等优点，值得考虑。设置钢筋混泥土过渡段对路桥间刚度的平顺过渡非常有利，单必须配合其他处理措施，才能解决路桥间沉降差引起的轨面弯折影响行车的问题。

(5)路桥间结构体系的突变是造成轨面不平顺的实质原因。通过改进桥头线路结构的形式。可使用两个对接的性质完全不同的线路下不部结构体系在抗垂直变形能力方面能平滑过渡。