现代有轨电车路基优化设计分析

现代有轨电车路基优化设计分析

薛子龙

广州地铁设计研究院股份有限公司 广东广州 510030

摘 要：近年来，现代有轨电车作为一种新型城市轨道交通方式，一般敷设在市政道路路中或路侧，与地铁、轻轨、高铁设计还是有差别。基于此，本文对现代有轨电车的路基面宽度、路基标准横断面、路基基床、路基工后沉降、过渡段、地基处理等主要工程技术要点进行探讨，为类似工程设计提供参考。

关键词：现代有轨电车；路基面；结构；基床；工后沉降

引 言

随着近年来城市轨道交通的快速发展，现代有轨电车作为一种新型城市轨道交通相对于地铁、轻轨等具有造价成本低、建设周期短的特点，受到很多地方的欢迎。现代有轨电车是以地面线路为主的中低运量城市轨道交通系统，一般采用槽型钢轨+无砟轨道的结构形式，路基作为土工结构物，必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。路基不仅要承受轨道和列车荷载，还要承受工程所在地区的各种自然因素的作用。路基标准横断面、工后沉降标准的选择、路桥过渡段的形式、路基排水问题以及与相邻市政道路的搭接等问题，成为现代有轨电车无砟轨道路基的核心问题。本文针对成都现代有轨电车路基的设计特点进行分析、探讨。

1. 路基设计三大指标

1.1路基强度：

路基应具有足够的强度以抵抗荷载产生的动应力而不致破坏；能抵抗道砟压入基床土中，防止道砟陷槽等病害的形成；在路基填筑阶段能承受重型施工车辆行走而不形成印坑，以免留下隐患。路基强度控制全靠基床（路床），变形控制全靠基床以下路堤及地基。在路基某一深度处，荷载引起的动应力只占路基自重荷载的一小部分，在此深度以下，动荷载对路基的影响很小，无论是铁路还是道路路基基床厚度按荷载产生的动应力与路基自重应力之比为0.2的原则确定。

1.2路基变形

是指地基土层在附加应力作用下压密而引起的地基表面下沉。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使上部结构发生倾斜、开裂以致不能正常使用。

1.3路基稳定性

路堤稳定性包括路堤自身、斜坡地基上路堤、软土地基上路堤；路堤填筑优质材料，一般按1：1.25~1：1.75的边坡坡率放坡均能达到所要求的稳定安全系数。

二、路基标准横断面形式确定

现代有轨电车线路一般敷设在市政道路中央或两侧，轨面高程与附近道路基本一致，此类路基称为埋入式路堑，其运行速度为70 km/h，无砟轨道路基沉降标准为一般路基工后沉降不应大于50 mm，且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足 。路基设计不仅仅考虑有轨电车工程本身的问题，还需考虑与周边道路衔接。路基标准横断面设计就基床坡率设计、路面高低覆盖绿化率、安全防护范围、排水设计以及与道路搭接5个方面进行探讨及优化。

2.1优化基床边坡坡率

常规路堤考虑到边坡的稳定性，一般设置坡率1∶1.5～1.75。有轨电车路基为埋入式路堑，其稳定性远远超过规范要求，故基床坡率可适当放宽要求，仅考虑列车荷载的传递以及与道路的衔接。规范对坡率设置有1∶0.3～1.25，压力扩散角为20°～30°或6°～30°几种形式。有的设计院过于强调保护市政道路的情况下出现垂直下挖的设计方案，其不符合力学原理且填筑后与市政道路无法相互衔接，形成纵向裂缝，日积月累后反映到道路表层，破坏路基基床结构。鉴于满足力学传递原理同时方便与两侧道路的搭接以及简化设计前提下，建议在整体道床垫层边缘设置坡率1∶0.6(相当于扩散角30.96°)作为路基基床结构边坡保护线。

2.2有轨电车两侧限界应增设安全带

地铁限界分为车辆限界、设备限界和建筑限界，其设置的前提为独立路权，敷设方式为地下或高架形式。有轨电车设计以地面敷设为主，独立路权路段也是简单采用路缘石隔断，两侧建筑限界仅有1 800mm。列车高速运行的情况下，与列车相邻的人行道一侧未设置安全防护，存在安全隐患。故在划定有轨电车用地范围时不仅需考虑地铁的限界要求，还需利用列车动态运行模拟数据，在与人行道和机动车道相邻一侧设置安全保护带。如没有列车动态运行数据的情况下，建议参考市政道路做法，在地铁建筑限界两侧增加500mm作为安全防护带。

2.3路面高、低覆盖绿化率分析

现代有轨电车为了与周边市政道路相互协调，道床结构采用埋入式形式敷设，同时为满足城市绿化要求，需进行景观设计。路面绿化分高、低覆盖绿化2种形式。高覆盖绿化路面:钢轨采取高分子材料包裹，两侧均进行填土绿化，施工完毕与轨面保持平齐，将钢轨、扣件全部覆盖。其钢轨及扣件维修较为方便，绿化面积大，景观效果最好，但钢轨长期处于潮湿环境下腐蚀严重、杂散电流防护也较为困难，列车运营存在安全隐患。低覆盖绿化路面:钢轨采取混凝土包裹后进行填土绿化，与轨顶面平齐，可防止钢轨、扣件锈蚀、方便杂散电流防护设置，但钢轨、扣件更换不易，且路面景观效果略差。

通过分析高、低覆盖绿化措施的优缺点，低覆盖绿化在城市景观效果方面可通过涂料渲染或彩色混凝土解决，在杂散电流保护和防止钢轨锈蚀方面优势明显，建议有轨电车路面采用低覆盖绿化。

2.4路基防排水

有轨电车工程的排水设计。主要是排除槽型钢轨凹槽内的雨水、轨行区内的雨水以及在采用绿化铺装路段轨行区的下渗水。排水设施主要有地下排水沟管、横截沟等。成都有轨电车排水设计按正线每隔30～40 m左右设一处横截沟，其中线路最低点为必设处，同时在绿化铺装层下铺设排水板（地下排水管沟），排水板与横截沟连通，横截沟内水通过管道直接排入市政雨水管道内。路基本体周围设置复合土工膜对底部毛细水以及两侧高水位地下水进行隔断，防止毛细水上升对路基本体造成破坏。

2.5道路搭接

现代有轨电车基本敷设在既有市政道路上，因有轨电车路基工程的设计使用年限、沉降标准都高于市政道路。故必须采取相应的过渡措施，减小有轨电车与既有市政道路的不均匀沉降。

（1）当有轨电车路基在既有道路路中或路测具有独立路权时，与既有道路路基搭接处，采用挖台阶铺土工格栅，同时搭接处市政道路路基结构标准采用与有轨电车路基结构相同标准。为保证有轨电车路基范围内不允许社会车辆进入，采用高侧石作为隔离措施。

（2）交叉口沥青铺装段（即共享路权段），与既有道路路基搭接处，采用挖台阶铺土工格栅，有轨电车路基结构伸入道路下的措施。同时需做好有轨电车轨行区范围内新旧道路面层的搭接，以减小不同路基之间的沉降差，防止产生纵向裂缝。若市政道路与有轨电车路基同期新建时，路基本体应同时施工，以减小不同路基之间的沉降差。

三、路基基床底层填料粒径选择

目前有轨电车基床底层填料采用改良土或A、B组填料，改良土与周边市政道路衔接较为良好，同时A、B组填料的孔隙率、压实度满足规范即可，故本次主要讨论A、B组填料粒径选择的问题。A、B组填料划分主要根据颗粒组成、颗粒形状、细粒级配、抗风化能力等，填料粒径分为0.075、0.25、0.5、2、20、60、200 mm不等。有轨电车设计在基床底层只提到A、B组填料的选择，未对其粒径大小进行规定，致使施工单位在填料粒径的选择较为任性，施工现场甚至出现粒径大于200 mm的大石块，填料压实不易，存在较大孔隙，有充盈潜水的安全隐患。铁路系统根据轨道类型、设计速度不同选择A、B组填料最大粒径有200、100、60 mm三种限制，其主要考虑基床结构的稳定、级配优良以及不均匀系数，未考虑路基施工完毕是否有存在较大孔隙。铁路基床一般都高出地面，同时两侧设置排水系统，即使有少量地表水进入填料也会渗出，不会对路基基床造成损害。有轨电车轨面与周边道路高程基本一致且为埋入式路堑，填料中一旦存在积水，将无法排除。路基在列车动荷载的作用下，将出现翻浆、冒泥等病害。

根据基床表层采用级配碎石粒径小于3cm的含量在90%～100%，同时根据填料上下层粒径大小限制D15＜4d 85，故粒径尽可能小于12cm，结合块石类、碎石类、砾石类、砂类土的划分，借鉴城际无砟轨道基床底层粒径填料不大于6cm的要求，建议有轨电车路基基床底层A、B组填料宜选择小于6cm的碎石类、砂类土。

四、路桥过渡段优化设计

现代有轨电车新建桥梁路桥过渡段可采取倒梯形设置，本文讨论的是利用既有桥梁的路桥过渡段的问题。市政道路规范未有明确路桥过渡段设置措施，机动车辆行驶过程普遍存在跳车现象。主要原因是未考虑路桥两者沉降及刚度的不同设计理念以及施工压实不严。现代有轨电车桥路、涵交界处的差异沉降不大于10mm;过渡段沉降造成的路桥(涵)的折角不应大于1/1000。调研发现有轨电车路桥过渡段依据铁路过渡段设计开挖较深、两侧道路有大量车流通行，边坡支挡防护费用较高且有积水现象，同时由于施工操作空间较小，填料压实不易。

市政道路路面为半刚性基层，设置的搭板与面层材料底部衔接不够，更容易发生裂缝、坑槽、松散、沉陷、桥头涵顶跳车等病害；有轨电车基床表层处设置钢筋混凝土搭板与上部整体道床板作为一个整体，能有效减小路桥差异沉降。既有桥梁路桥过渡段经机动车辆常年的碾压，过渡段填料基本压实，工后沉降基本完成，需考虑的问题是有轨电车路桥刚度过渡以及可能存在差异沉降，建议市区路桥过渡段设计尽量简化，基床表层采用0.4m厚钢筋混凝土搭板，长L=2(H－h)+5000mm，同时结合实际地层情况选择恰当的地基处理方式来调节路桥过渡段的刚度和工后沉降。

五、结束语

综上所述，现代有轨电车作为低碳环保、安全可靠、美观舒适的绿色交通方式，其路基工程与地铁、铁路既有相似性、也有差异性。根据现代有轨电车的项目特点，路基工程设计应以安全适用、技术先进、绿色环保、经济合理为原则，合理确定路基面宽度、工后沉降标准、路桥过渡段、路基排水等技术指标和处理措施。本文对成都有轨电车路基的设计思路、设计参数及工程实践总结等可为今后类似工程提供设计参考。

参考文献

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