铁路工程施工

1引言在铁路工程施工中，所谓的铁路路基施工，就是以设计和施工技术规范为依据，以工程量为中心，有组织，有计划地将设计图纸转化成工程实体的建筑活动。路基施工包括路堑、路堤土石方，防排水设施，挡土墙等防护加固构筑物以及为建筑路基而做的改移河道、道路等。其中路基土石方工程是最主要的，他包括路堑工程的开挖，路堤工程的填筑以及路基的平整工作，包括平面路基面、整修路堑（路堤）边坡、平整取土坑等，而有关防排水这方面的工程，由于项目众多而较为零星，往往受到忽视，但是防排水是保证路基主体工程得以稳固的根本措施，因此必须妥当安排、保证质量。路基施工时的基本操作是挖、装、运、填、铺、压，虽然工序比较简单，但通常需要使用大量的劳动力及施工机械，并占用大量的土地，尤其是重点的土方工程往往会成为控制工期的关键工程。修筑路基时常会遇到各种复杂的地形、地质、水文与天气条件，给施工造成很大的困难。因此，路基施工绝非一般人所想象的那样简单，相反，对路基的施工不能有任何轻视之意。要得到满意的路基工程施工质量，必须严密组织，精心施工。而在整个铁路基本建设中，路基工程无论是工程数量和工程投资均占有很大的比重。修筑路基需要使用大量的劳动力及施工机械。在各种不同的地形条件下，路基工程费一般可达全线总工程费的25%~60%，所占劳动量可达40%~45%。铁道线路绵延千里，不但占用大量的土地，且常穿越各种复杂的地形、地质、水文与气象条件的地带，常会给施工造成非常大的困难，有些重点土方工程，如高寒缺氧、永久冻土、盐碱戈壁、原始森林等往往成为技术攻关和控制工期的关键工程。本次课程设计主要是对铁路路基施工的基本概念、方案选择和土2石方计算方法做一简单概述，并做对某站场土石方工程量进行计算，以求达到初步应用的目的。第一部分概述1.1铁路路基定义路基是以土石材料为主建造的一种条形建筑物，它与桥涵、隧道和轨道等组成铁道线路的整体。因此，路基工程包括区间与站场路基土石方工程及路基附属工程。区间与站场路基土石方工程表情拗口填筑路堤、开挖路堑和场地平整；附属工程包括区间与站场路基的防排水设备及平交道土石方、路基坚固及防护工程、因修筑路基而引起的改河改道工程、挡土墙工程等。1.2路基工程工作内容铁路路基工程施工组织设计是征集到拟建路基工程项目进行施工准备工作、基本工作和整修工作的综合性技术经济文件。他的主要内容是精确计算工程量，合理选择施工方案、施工方法，采用机械化施工，精心调配土石方，制定土石方最佳调配方案，使土石方的利用达到最大的限度，以减少土石方数；周密安排施工进度计划，准确计算和科学安排施工的人力物力，保证紧张有序地均衡施工，达到缩短工期，降低成本，保证优质的完成路基工程施工的目标。1.3路基工程工作内容1.3.1准备工作3主要包括砍伐施工地区的树木和拔出树根，排除地表水使施工地区预先干燥，设置运土道路等。1.3.2基本工作完成路基工程：路堑、路堤及加固防护等所进行的工作及辅助工作（摊平卸土、修筑和回填路堤上的机械进出口等）。1.3.3整修工作使路基各部分的形状和尺寸符合设计要求，包括整修路基顶面和整修路基边坡两项内容。1.4路基的作用铁路路基是铁道线路的下部建筑。它为铁路快速、安全、准点行车提供既平顺有稳定的轨下基础。路基的构造除指路基本体外，还包括防水及防护加固设备、改河移道、道路等部分。路基施工质量的还坏，直接关系到铁路的状态以及铁路运营的效益。1.5路基施工方法的确定路基施工方法的确定取决于工程特点、工期要求、施工条件等因素，所以，各种不同类型工程的施工方法有很大的差异。同种工程，在选择时，必须考虑以下因素：同种工程考虑因素自然条件重点工程石方集中地段机具的选用工序的衔接配合作流水业大型施工机械选用41.6施工顺序的安排1.6.1路堤填筑要保障路堤的填筑质量，应严格按照横断面、全宽度、逐层、水平铺填并夯实路基。“分层填筑”和“压实达到标准”是对路堤填筑的基本要求，至于在不同条件下保证其实现的作法要求，则应根据不同的情况分别考虑。1.6.2路堑开挖路堑开挖是将路基范围内设计标高之上的天然土体挖除并运到填方地段或其他指定地点的施工活动。常见的开挖方法包括单层横挖法、多层横挖法、分层纵向开挖法、通道式纵挖法及纵向分段开挖法。1.7其他基本概念①铁路可分为上部结构—轨道和下部结构—路基。②轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础。轨道由钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件及防爬设备等主要部件组成。③轨道的断面形状采用具有最佳抗弯性能的工字形断面，由轨头、轨腰和轨底三部分组成。④轨道铺设是一项非常重要的基本工作，它包括铺轨和铺蹅两项基本内容。⑤铁路路基是轨道的基础，是经过开挖或填筑而形成的土工建筑物。⑥其主要作用是满足轨道的铺设、承受轨道和列车产生的荷载、提供列车运营的必要条件。5⑦路基工程包括区间与站场路基土石方工程及路基附属工程。第二部分路基土石方工程量的计算路基施工时的基本操作是挖、装、运、填、铺、压，虽然工序比较简单，但通常需要使用大量的劳动力及施工机械，并占用大量的土地，尤其是重点的土方工程往往会成为控制工期的关键工程。2.1区间路基土石方工程量计算方法2.1.1平均面积法：实际工作中，一般采用此计算方法计算1222…232121nAnAnAAAALLLV（2.1）公式中A1、A2···、An----路基横断面；L1、L2···、Ln-1----两相邻断面间距离。2.1.2平均距离法：它是由式2.1变换而得到的2232221132211nLnLLLLAAAAV(2.3)2.2路基横断面积计算求算横断面积的方法很多，主要有以下几种：⑴用定性表确定横断面积路基土石方面积表，是将各种情况下的路基断面面积，利用几何图形的方法绘制成的定型表。根据中心填挖高度，地面横坡及路基本体的形状，及可查得与之相对应的路基断面面积。6使用路基土石方面积表，在地形起伏较大，其精度亦粗，不能满足施工图设计的需要。⑵用路基横断面图计算断面面积在施工设计阶段，一般利用路基实测的横断面进行横断面积计算。初步设计阶段必要时，可用线路平面图点绘横断面，在横断面图上计算面积。在横断面图上计算面积的方法较多，有卡规法、求积仪法和分块计算发等方法。卡规法是用平行于线路中心线的垂直线系，将横断面分为若干个高度等于1m的梯形，然后用卡规量出每个梯形的中心长，按顺序累积起来即得横断面面积。分块计算法是将路基分成若干个底面水平的梯形或三角形来进行计算。⑶用电子计算机计算①路基横断面积。计算的数学模型如下所示路基横断面，y轴与线路中性线重合，x轴侧在地表以下通过。路基横断面设计线与x轴之间的面积A设，地面线与x轴之间的面积A地，A设与A地之差即为路基横断面面积A。②计算原理。A设与A地的计算，是将路基横断面，分别按其设计线上的比起变化点与地面线上的变化点，划分为若干个直角梯形，各梯形的面积相加，即可求得A设及A地。如图2.1得：将设计线上每个点的坐标储存在数组Ax和Ay中，其起点下标m1，终点下7标n1；地面线上每个变化点的坐标及与设计线橡胶垫的坐标储存在数组Bx、By中，其左交点下标为m2，有交点下标为n2。则路基横断面积可按如下公式计算。图2.1路基横断面计算图11121*1nmiyyxxiAiAiAiAA设（2.3）12121*1nmiyyxxiBiBiBiBA地（2.4）地设AAA式中xA、yA————设计线上变化点坐标；xB、yB————地面线上变化点坐标。2.3路基横断面技术标准2.3.1直线地段路基面宽度《铁路路基设计规范》TB10001—99简称“路规”的规定（见附录一）2.3.2区间单线曲线地段路基面宽度8曲线地段路基面宽度，应按“路规”的规定在曲线外侧取曲线地段路基面加宽度表（见附录二）的数值进行加宽，加宽值在缓和曲线范围内线性递减。2.3.3路堤边坡路堤边坡形式和坡度应根据填料的物理力学性质，边坡高度、列车荷载和地基工程地质条件等确定。“路规”规定当地地质条件良好，边坡高度大于路堤边坡形式和坡度表（见附录三）所列范围时，其边坡形式和坡度应按表采用。2.3.4路堑边坡路堑边坡形式及坡度应根据工程地质水文地质条件、土的性质、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。（见附录四）2.4站场土石方工程量计算2.4.1场地设计高程的确定图2.2场地不同设计高程的比较如图2.2所示，场地设计高程为H0时，填挖方基本平衡，可将土石方移挖作填,就地处理；当设计高程为H1时，填方大大超过了挖方9则需要从场地外大量取土回填；当设计高程为H2挖方大大超过了填方，则要向场地外大量弃土。因此，在确定场地设计高程时，应结合现场的具体条件，反复进行技术经济比较，选择其中最优方案。2.4.1.1场地设计高程确定的原则⑴应满足站场设计的技术要求；⑵充分利用地形条件，将场地设计成具有不同设计高程的分区或台阶状布置；⑶尽量使挖填方平衡，以减少土方量。2.4.1.2场地设计高程确定步骤场地设计高程如无其他特殊要求时，在满足《铁路车站及枢纽设计规范》GB50091—99的前提下，则可根据填挖方量平衡的原则加以确定，计算一般采用方格网法，确定步骤如下：⑴初步确定场地设计高程H0。初步确定场地设计高程如无特殊要求时刻采用场地范围内挖填方量平衡，即场地内的土方体积在平整前后相等的原则而定。如设计中规定站场必须与路基面设计高程一致时，则初步场地设计高程H0。可参照路基设计高程而定。如图2.3所示：在场地地形土图上划分为一定边长（a=10～50m）的方格网。每个方格的角点高程，可根据地形图上相邻两条等高线的高程，用插入法求得。按照挖填放量平衡原则，场地设计高程计算式如下所示：因为44321220HHHHaaNH10图2.3某场地地形图和方格网布置图所以NHHHHH443210（2.5）从图2.3上取出一个方格1—1如图2.4所示来分析：H1为一个方格独有的角点高程；H2、H3为相邻的两个方格的公共角点高程；H4则为4个方格的公共点高程。在场地方格网上所有的角点高程累加时，类似H1角点高程仅加一次；类似H2、H3的角点高程加2次；H4的角点高程要加4次，因此上述公式可改变为：NHHHHH443243210（2.6）式中H1—1个方格独有的角点高程；H2—2个方格共有的角点高程；H3—3个方格共有的角点高程；H4—4个方格共有的角点高程。图2.4一个小方格的角点11⑵场地设计高程调整。调整考虑的因素较多，主要是处理好地表排水，应按“路规”的规定排水要求来调整。场地表面排水分单向排水和双向排水两类，其计算可按式2.7、式2.8：①单向排水时场地各角点设计高程为ilHHn0(2.7)②双向排水时场地各角点设计高程为yynililHH0(2.8)式中Hn—场地内任一角点的设计高程；l，lx，ly—该角点至场地中心线x–x，y–y轴的距离；i，ix，iy—场地排水坡及x-x，x-x方向排水坡，（≥2‰）。2.4.2场地土石方量计算①场地各方格角点的施工高度场地方格网角点施工高度可按下列公式计算地HHhnn（2.9）式中hn—角点施工高度，即填挖高度，（“+”为填方，“-”为挖方）；H设—角点的设计高度；H地—角点的地面自然高度。②确定“零线”如果一个方格中，一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分施工高度为“-”，则此方格中的土方必然为一部分为填方，一部分为挖方。计算此类方格的土方量需先确定填方与挖方的分界线，即零线的位置。12“零线”位置确定方法：先求出有关方格边线（此边线一端为挖，另一端为填）上的“零点”（即不填不挖），然后将相邻两个“零点”相连即为“零线”。图2.5所示：设h1为填方角点的高度，h2为挖方角点高度，O为“零点”位置，可求得211hhahx（2.10）而xax'式中，h1，h