南京河西有轨电车路基设计特点

贺 伟

(江苏省交通科学研究院股份有限公司，南京 210017)

南京河西有轨电车路基设计特点

贺 伟

(江苏省交通科学研究院股份有限公司，南京 210017)

现代有轨电车作为新兴的城市轨道交通，与地铁、轻轨、高速铁路的设计有着众多方面的显著差别，在现有路基设计理论的基础上结合南京河西地区有轨电车的工程实践情况，研究阐明本项目沉降控制标准的确定依据、地基处理方案的主要影响因素、路基结构的设计参数，为制定有轨电车合理的设计标准提供参考。

有轨电车；整体道床；沉降标准；地基处理

1 工程概况

1.1 项目概况

南京市河西新城快速公交工程一号线项目位于南京市河西新城，连接新城中、南部地区。全长约7.76 km，全线共设车站13座，地下车辆基地1座。

主要技术标准如下。

(1)主体结构使用年限：100年；

(2)正线和轨距：双线，轨距采用1 435 mm，曲线半径R≥50 m；

(3)车辆类型：100%低地板国产车，近期5模块，远期7模块编组；

(4)设计时速：最高运行速度50 km/h，预留70 km/h；

(5)轨道类型：整体道床，采用59R2槽形轨；

(6)环境类别：沿线环境类型为Ⅱ类；

(7)抗震设防烈度为7度，地震峰值加速度为0.10g。

1.2 地质概况

(1)地形地貌：场地地貌单元属于长江漫滩。沿线穿越双闸街道的双龙村等村镇和农田，场地地形较平坦，场地内河沟、水塘较多。

(2)特殊岩土

人工填土：场地内局部近期填积的1-1层杂填土厚度较大，局部分布1-1A层淤泥质填土(主要分布于头关河及沿线水塘、水沟底部)，其填料混杂，工程性质很差，不能作为建筑物和轨道线路的地基持力层。

软土：场地内填土层以下普遍分布的2-2层、2-3层和局部分布的2-4A淤泥质粉质黏土，属中等～高灵敏结构性饱和软土。软土层(2-2、2-3)厚度5～20 m。

2 设计要点

河西现代有轨电车的车辆荷载及速度与铁路相比属于轻型轨道交通，但轨道结构采用整体道床结构，沉降要求高于一般的碎石道床，应参考相关整体道床的沉降标准制定的理论经验和技术总结。路基标准横断面如图1所示。

图1 路基标准横断面(单位：mm)

2.1 沉降标准确定

有轨电车的沉降标准应以满足有轨电车安全性、舒适性、经济性的要求为目标。关于有轨电车的沉降标准还没有成熟的经验和行业规范参考，目前可借鉴的规范有《铁路路基设计规范》(TB10001—2005)、《地铁设计规范》(GB50157—2003)，以及高铁、地铁研究相对较成熟的理论和工程经验总结；在以上可参见的相关资料的基础上，河西有轨电车的路基设计主要考虑扣件调高量、地质条件、运营期间轨面可调整的能力，制定了一般路基工后沉降不应大于100 mm，路桥过渡段工后沉降不应大于30 mm的标准。

设计将扣件调高量作为沉降标准制定的原则之一，一般的局部沉降应在扣件的调整范围内，大规模的均匀沉降应满足线路竖曲线圆顺的要求。依据现有的国内外的相关经验：在较大范围的均匀沉降的情况下，沉降可定为扣件可调整范围的2倍。

(1)本次采用的轨道扣件的调高量为50 mm，按2倍计算工后沉降控制要求约为100 mm。

(2)满足铁路动力学条件(舒适性条件)的相关公式

000 m

设计线路设计最小竖曲线为1 000 m由此计算的沉降差

以20 m计，允许沉降差计算值100 mm。

由此，当制定工后沉降绝对值≤100 mm时，亦满足由此公式推算的沉降差≤100 mm的要求。

(3)桥头过渡段，依据相关经验(日本新干线结构物竖向平移折角限值、中国台湾高速铁路结构物竖向平移折角限值)当Vsj≤70 km/h，过渡段的折角限值为9‰；本项目桥头过渡段制定30 mm的沉降要求，按桥头过渡段15～20 m计，折角值为1.5‰～2‰，远小于9‰，因此，满足折角限值要求。

由沉降标准的制定可以看出，沉降控制中的不均匀沉降应作为沉降控制的重要方面。设计时不均匀沉降关键控制点：不同地基处理段、填土高度相差较大段、桥头过渡段；主要措施：依据沉降计算，通过深层搅拌桩1.1～1.5 m间距变化及敷设双向土工格栅，控制沉降差；加强桥头、不同地基处理方式间的过渡处理，设计长度20～30 m；在整体道床底部，设置筏板基础调整不均匀沉降，筏板长度25 m，并在筏板上设置注浆孔。

2.2 处理方案确定

有轨电车路基的设计概述：有轨电车起始段约2.8 km为现有市政路，沿市政路中央绿化带、路侧绿化带敷设，为挖方段；顺市政路直下约4 km为新建市政路，有轨电车沿市政路中央绿化带敷设，填方段填高约2 m；剩余约1 km新建市政路，沿市政路路侧绿化带敷设，填方段填高2～4.5 m。

有轨电车路基主要特点总结：有轨电车需与市政路配合施工，标准不一致，且存在新建段和既有段；按挖填高度分：挖方段、填高2 m左右段、填高4 m左右段。

影响设计的主要因素：同步建设的市政路处理方式、地质条件、工期、造价。

设计期间由于有轨电车沉降标准相对较严的限制，采用较强的地基处理方案与造价的矛盾就十分突出；其次，市政路实行了较大面积的真空预压，如果施工工序未能协调好，将会出现预压对有轨电车路基产生较大沉降的情况。因此方案应尽量做到细化和分阶段的动态设计。有轨电车路基设计段落划分见表1。

(1)既有段由于市政路已经运营近十年，上部土的固结密实程度较好，且由于挖除换填后路基的轨面设计高程与市政路面高程基本持平，因此大大减小了引起路基沉降的附加荷载。经计算，一般段落满足100 mm的工后沉降要求。地基处理方式为挖除换填方案。

表1 有轨电车路基设计段落划分

(2)新建段由于存在填土高度，且底部软土连续分布于线路走向，需采取有效的地基处理措施。本次考虑地基处理的经济性，主要考虑采用深层搅拌桩(单轴双向)、真空预压。第一阶段：结合市政路的地基处理方式，在市政路真空预压处理的段落有轨电车也采用真空预压，真空预压80 kPa，3～4个月；其余段落采取搅拌桩。第二阶段：第一阶段的真空预压段落，依据真空预压处理效果，判定是否进行搅拌桩加固处理。

(3)真空预压方案，排水板插入软土层长度12～15 m，接近砂土层，梅花形布置，预压时间3～4个月；现阶段提交的部分预压段沉降监测资料，依据双曲线预测法预测总沉降及工后沉降，采用河海大学sep98程序计算，结果判定：沉降速率<2 mm/d，工后沉降(路基填筑及轨道铺设完成以后的沉降)在50 mm左右，满足一般路基的工后沉降要求；下一阶段对真空预压处理后的段落进行补充勘察，获取预压处理后的沉降计算数据，按现有规范进行沉降计算，与沉降监测资料得出的工后沉降预测值进行对比验证。由于河西地区土质的特殊性，次固结的结构特性比较突出，相关的研究，还未有足够的工程实践，本次设计为南京河西地区在沉降标准较高情况下实施真空预压处理软土提供了工程实践经验。

搅拌桩方案，原则上桩长穿透软土层，但由于单轴搅拌桩的处理深度的限制，在软土厚度超过18 m以上的一般路基段，桩长取18 m；其相关的施工参数应依据现场的试桩结果确定。搅拌桩处理段沉降的发生主要由加固段和未加固段产生，且加固段的沉降有较成熟的理论计算，可按规范计算。穿透软土层的段落沉降计算一般均满足小于50 mm要求；未穿透软土层的沉降计算，依据设计规范要求按附加应力的分布计算桩端以下的沉降，经计算满足沉降要求。桩间距1.1～1.4 m，根据软土厚度依据沉降要求采取不同的桩间距；过渡段位置处采取桩间距变化实现过渡。由于针对搅拌桩未加固层的沉降计算还不成熟，方案设计时应尽量避免采用“悬浮桩”。

2.3 路基结构层及垫层的压实标准

现代有轨电车轴重较轻，但铺设无缝线路 ，轨道平顺和稳定性要求高。综合考虑运营、轨道结构、工程地质，有轨电车的路基结构设置为：路基最上部为40 cm厚的钢筋混凝土筏板基础，往下依次为基床表层碎石垫层，厚40 cm；基床底层二灰土垫层(石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6)，厚70 cm；基底以下采用C组填料。刚度设计从上至下逐渐降低。路基结构厚度1.5 m，与地铁规范所要求的基床表层(0.4 m)+基床底层(1.1 m)的总厚度一致，满足电车动应力消减的厚度要求，动静应力比小于0.1。刚性筏板有调节不均匀沉降和降低基底附加应力扩散的作用。基床压实标准见表2。

表2 压实标准

3 技术应用前景及经验总结

(1)有轨电车路基设计还无相关的行业规范，在沉降标准的制定、沉降控制等核心设计原则及关键技术的标准化上还在完善和经验积累的阶段，如何合理地将现有轨道路基的理论应用于有轨电车设计领域，是当前面临的主要问题。本次有轨电车路基的设计思路、设计参数及工程实践经验总结可为相关标准的制定和设计参数的选择提供支持。

同时有轨电车行业建设的标准还与运营维护的措施、成本、大修期密切相关，这些都还需要工程实践的检验和数据提供；沉降监测数据的完整性和规范化将为这些关键指标提供数据支持。

(2)有轨电车路基设计及沉降控制技术和轨道、整体道床的设计密不可分，设计时应充分了解相关技术参数。同时线路的设计参数如纵坡、竖曲线等，一方面影响运营期间轨道沉降可调整的程度，另一方面影响路基填方的高度，在地质较差的地段会直接影响路基地基处理方案选择，影响有轨电车项目的总体造价。

因此在有轨电车方案制定初期，就应强调专业间的配合，实现方案的整体设计，重视加强沉降监测数据的收集、整理和分析，从而实现有轨电车投资小的建设成本优势和为以后制定更加合理经济的设计指标奠定基础。

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The tramcar roadbed design features in Nanjing Hexi

He Wei

(Jiangsu Transport Science & Research Institute Co.， Ltd.， Nanjing 210017)

Modern trams， as an emerging means of urban rail transit， are different remarkably from subway， light rail and high-speed railway in many perspectives. This paper， on the basis of subgrade design theory and in the light of the engineering practices of trams project in Hexi district of Nanjing， studies and defines the references to determine settlement control criterion， the key influential factors relating to foundation treatment， and the design parameters of subgrade structure， and provides references for establishing proper tram design standards.

Tram; Integrated track on solid bed; Settlement standard; Foundation treatment

2013-11-11；

：2014-01-22

贺 伟(1981—)，男，工程师，2009年毕业于西安建筑科技大学，土木工程专业，工学硕士。

1004-2954(2014)10-0033-03

U239.5

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.008