中德铁路工程技术标准对比(路基)演示稿

中德铁路工程技术标准对比分析

研究报告

（路基专业）勘察设计院集团2路基专业设计指标对比分析路基工程的使用期限荷载假定基床厚度基床压实路基断面路基工后沉降组成路基工后沉降控制值沉降计算中列车荷载传递方式沉降观测路堤边坡路堤防护2路基专业设计指标对比分析路基与桥台过渡段路基与涵洞过渡段路堑与隧道过渡段路堤与路堑过渡段半填半挖过渡段支挡结构接触网支柱基础、防噪音保护及电缆槽等附属设施路基边坡排水深层排水水土保持生态保护路基工程的使用期限德国DS836：路基工程的静态、稳定的结构（原意是：“受力结构以及对安全有影响的部件”，应包括路基本体、地基处理、边坡支档及防护等结构工程。）应设计120年的使用期限。中国《铁路路基支挡结构设规》（TB10025-2006）：仅对铁路路基钢筋混凝土支挡结构明确规定设计使用年限60年，其余路基工程目前还没有具体规定。路基工程的使用期限我国以往的设规对路基工程没有明确使用年限，《铁路混凝土结构耐久性设计暂规》将铁路混凝土结构按设计年限分为三级：一级为重要土木基础设施工程或重要建筑物：设计使用年限为100年；二级为次要土木工程或一般建筑物：设计使用年限为60年；三级指易于替换的易损构件：设计使用年限为30年。路基工程的使用期限德国DS836对路基工程的使用期限要求明确，操作方便，标准高。中国铁路路基工程仅对钢筋混凝土支挡结构要求满足60年的使用期限，而对路基本体、地基处理、边坡防护等其它受力结构以及对安全有影响的部件的构筑物均无具体规定，不利于路基工程质量控制，建议尽快进行研究，明确我国铁路路基工程的使用期限。荷载假定

德国DS836：荷载主要由静荷载、动荷载（侧向冲击力及离心力）、冲击荷载构成。动荷载一般采用国际铁路联盟（UIC）列车理论荷载图。荷载的扩散角与路基和地基的水平线成45度夹角。UIC荷载可简化为宽度上的垂直平面荷载P轨道=60kN/㎡。中国：时速≤160km铁路采用中国标准荷载（中—活载：即轴重22kN,间距），轨道和列车荷载采用换算土柱代替，客专、高铁列车荷载采用ZK荷载（即轴重20kN,间距）。荷载自轨枕底两端向下按45度扩散角计算。荷载假定中国时速≤160km铁路均采用中—活载，其效果与UIC荷载非常接近，不计冲击力、离心力、制动力、摇摆力等力的影响，荷载可简化为2.6m宽度上的垂直平面荷载P轨道～60.8KkN/㎡；客专、高铁列车荷载采用ZK荷载（即轴重20kN,间距），其作用效果相当于0.8UIC。采用静力法验算路基结构的安全稳定性经多年的工程实践证明是可靠的。设计活载与实际运营活载间的余量和既有铁路设计活载（中—活载）与实际运营活载间的余量相当,是经济合理的。基床厚度

德标P300，有碴轨道≥2.50mP300，无碴轨道≥2.50m

（含支承台）轨顶至支承台顶面≥0.50mP230/M230，有碴轨道≥P230/M230，无碴轨道≥

（含支承台）轨顶至支承台顶面≥0.50mP160/M160/G120/R120，有碴轨道≥1.50m无碴轨道基床表层厚度≥0.70m（含支承台）有碴轨道基床表层厚度≥中国基床厚度：

客专无碴轨道指南≥3.00m

（含支承台）300～350公里客专暂规3.00m200～250公里客专暂规200km/h＜≤250km/h3.00m=200km/h2.50m200公里客货共线暂规2.50m路基设计规范2.50m中国基床表层厚度：客专无碴轨道指南≥0.70m

（含支承台）300～350公里客专暂规0.70m200～250公里客专暂规200km/h＜≤250km/h0.70m=200km/h0.60m200公里客货共线暂规0.60m路基设计规范0.60m基床厚度德标要求设计速度300km/h的基床厚（含支承台）度≥2.50m,至钢轨顶面≥。我国在高铁研究中，根据动荷载的影响范围确定为3.00m,但主要针对的是碎石道床的轨道结构；对于无碴轨道，尽管在列车荷载的传递特点上与有碴轨道有所不同，基床表层及附近的应力可能会有较大的变化，但动应力的影响范围变化不大。中国标准对于200km/h以上的基床范围取3.00m

；对于基床表层，由于轨道结构的混凝土支承层和混凝土底座在位置和荷载传递的特点上，与有碴轨道的部分基床表层是相似的，因此，基床范围的起始点从混凝土支承层算起，轨道结构的混凝土支承层与基床表层的总厚度不小于。

基床压实

德国RIL836规范：设计速度300km/h的基床表层压实除规定EV2为120MPa外，还规定EVd的标准值为50MPa。《300～350公里客专暂规》

确定基床表层的EVd压实标准≥55MPa，并要求与K30、n指标同时满足要求。《客专无碴轨道指南》

采用多指标控制，在基床表层级配碎石、基床底层及基床以下路堤填料压实标准这些参数中，变形模量EV2和动态变形模量EVd的规定，主要参考了德国铁路的技术要求。基床压实目前，我国在路基上铺设无碴轨道缺乏实践，只能借鉴国内有碴轨道和国外相关规定。由于国外的控制指标与我国的传统指标不同，不利于引进国外成熟的技术，从理论上讲，K30、EV2、EVd有一定的相关性，但由于土的非线性性质和各种试验方法在操作程序和误差影响因素上的不同，还缺乏可靠的对应关系。因此，《客专无碴轨道指南》采用多指标控制，这一方面有利于引进和消化吸收国外的经验，另一方面也有利于外方在无碴轨道试验段的实际操作。

基床压实K30值根据铁三局所作“高铁路堤施工工艺及装备研究”课题，通过在山东高速公路试验段采用级配砂砾石及级配碎石作填筑试验，当压实度达到以上，孔隙率小于15%时，K30值在190～200MPa/m，故采用K30≥190MPa/m；孔隙率n值，根据秦沈客专基床表层级配碎石的施工实践调整为n＜18%。路基断面

德标

路基面（PL）和基床表层（EPL）的横向排水坡为5%（1：20）。在有碴轨道中，在分界区域内，线路中心线和轨道中心线之间的PL和EPL的横向坡度应平整至3%（1：33）。在无碴轨道中，横向坡度允许下降至2.5%（1：40）,但必须确保不会影响排水。中国：客专无碴轨道指南路基面混凝土支承层基础边缘以外设4%的横向排水坡；路基基床底层顶面及基床下路基面自中心向两侧设4%的横向排水坡。路基工后沉降组成德国DS836：路堤产生的沉降可以分为SV、SE、SU三个沉降分量SuSuSe

地基沉降路堤沉降运输荷载产生的沉降Sv

路基工后沉降组成路堤施工和运营期间沉降SV、SE、SU随时间变化曲线开始运营路堤施工结束至轨道施工之前的时间间隔路堤施工期间

轨道施工

时间t

∞路堤沉降Se

地基沉降Su

路堤沉降与地基沉降Su+Se

交通荷载引起的沉降Sv

sV

Se.RSRSL

Sges

沉降S

T

tLtD

t0

总沉降Sges=SL+SR=SU+SE+SV

轨道施工前沉降

工后总残余沉降SR=SU.R+SE.R+SV

路基工后沉降组成中国客专无碴轨道指南路基工后沉降组成【对比分析】：

中国客专无碴轨道指与南德国DS836对路基工后沉降的计算起点不同，德国DS836从无碴轨道结构施工开始计算，而我国客专无碴轨道指从无碴轨道施工完成后计算。路基工后沉降控制值

（1）在无碴轨道建成后，工后总沉降值SR不应超过扣件允许调高量减去5mm。沉降分布均匀的路基长度大于20m时，最大沉降允许达到扣件允许调高量减5mm后的2倍。工后沉降的最大值规定为20mm，减去后的修正值为15mm。减去的5mm用来考虑一般的下部结构在列车荷载作用下所产生的沉降。

（2）特殊情况下，工后沉降最大允许6cm，前提是该工后沉降可通过坡道修圆的方式进行调整，并且修圆的半径满足行车动力条件（舒适度要求）：Ra≥0.4Ve²。本规定不经德国铁路公司总部的特别许可就可以使用，但仅局限于路堤高度超过10m以及与桥的距离不小于5000m的情况。德国DS836：无碴轨道的工后总沉降值SR应满足要求（1）,特殊情况下，允许采用（2）。路基工后沉降控制值中国客专无碴轨道指南路基在无碴轨道铺设完成后的工后沉降，应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；沉降比较均匀、长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：

路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。路基工后沉降控制值德国DS836对工后沉降值的解释根据德国无碴轨道要求总目录（AKFF）所使用的扣件，如果其调整范围为+26/-4mm，那么向上必须留出20mm的空间。为了平衡施工误差向上可以利用≤6mm，向下可以利用≤4mm。由此得出折减后的矫正值20-5=15mm。在设计过程中允许沉降量应限制在15mm

内。另外还值得注意的是，出现大的沉降时（达到15mm），对钢轨扣件就必须进行多次相当繁琐的调节，试图依靠坡道修圆或者采用允许矫正量较大的扣件的做法是不可取的。出于上述原因，应该尽量把沉降，特别是不均匀沉降限制在某个数值内，以致对轨道扣件根本就不需要进行调节。

路基工后沉降控制值德国DS836坡道修圆

德国DS836规定的列车行驶动力条件（舒适度）为：Ra>0.4Ve² 如果设计行车速度为350ｋｍ／ｈ，那么坡度修圆半径应为Ｒａ＝49000ｍ。该值与《客专无碴轨道设计指南》规定的最小竖曲线半径25000ｍ（郑西采用30000ｍ）不符。德国旭普林公司认为：如果因经济性的原因，竖曲线半径可允许为

Ra>0.２５Ve²，据次计算的竖曲线半径为

Ra＝30625m，该值与郑西的设计值相接近。路基工后沉降控制值德国DS836坡道修圆

为满足坡道修圆，允许沉降差按下面公式进行计算：∆S=∆l²/(4Ra)

德国旭普林公司的计算结果如右表。Ra=49000mRa=30625m2mm/20m3.3mm/20m4.6mm/30m7.3mm/30m5.4mm/32.6m8.7mm/32.6m8.2mm/40m13.1mm/40m12.8mm/50m20.4mm/50m路基工后沉降控制值德国DS836坡道修圆根据赵国堂博士编著的《高铁无碴轨道结构》，欧洲的竖曲线半径的推荐值为：Ra>0.35Ve²，最小值为Ra>0.175Ve²。各种竖曲线的计算结果见下表：

Ra>0.4Ve²Ra>0.35Ve²Ra>0.175Ve²Ra>0.25Ve²49000428752143730625路基工后沉降控制值我国客专无碴轨道指南

涵洞的工后沉降量≤30mm与路基的工后沉降量≤15mm的规定不一致。

《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》，涵洞的工后沉降量为≤15mm。

沉降计算中列车荷载的传递

德国DS836：

列车产生的垂直荷载（UIC列车理论荷载图）扩散到路基和地基的荷载扩散角为45°。对于无碴轨道，列车荷载从轨轴之外35cm处向下45°进行荷载扩散。沉降计算中列车荷载的传递沉降计算中列车荷载的传递我国客专无碴轨道指南：尚无具体规定，国内常用的铁路地基附加应力计算的方法是根据楔形体顶端受连续集中荷载作用的弹性力学法，目前尚按路基面荷载与路堤自重一起从地面按条形荷载向下传递法进行计算。沉降计算中列车荷载的传递沉降观测

德国DS836：（1）沉降观测应依据《对建造中的以及已完工的建筑物的沉降观察》DIN4107进行。（２）沉降观测采用高精度。（３）沉降测量方法：大地测量法；水准仪法；软管水准测量仪；摄影测量法。（４）沉降观测应获得对总沉降至关重要的每一层路基的沉降过程。一般情况下应获得地基与路基本体的沉降值。（５）根据时间和荷载及沉降三者之间的关系（时间—沉降曲线、荷载—沉降曲线），可以推算沉降趋势和最终的沉降量。沉降观测我国客专无碴轨道指南：

无碴轨道路堤填筑后，应对路基沉降进行系统的观测与分析评估，观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m，过渡段和地形地质条件变化较大的地段应适当加密。在路基完成或施加预压荷载后应有6～18个月的观测和调整期，分析评估沉降稳定满足设计要求后方可铺设无碴轨道。

沉降观测工后沉降的预测以施工中的沉降观测为主。根据德国的有关资料，系统的分析评估有大致三个部分：

1、测试数据和沉降趋势确定度的检验，要求其相关系数时为“优”。这说明观测数据是有效的，且沉降的趋势确实服从所回归的规律；

2、预测稳定性检验：根据已有的观测数据和回归的曲线，推测一定时期（一般为6个月）后的沉降，当偏差≤8mm时，认为预测的稳定性达到了“优”，可以以此模式作进一步的预测分析；

沉降观测

3、预测准确性的要求：认为当预测的时间满足条件s(t)/s(t=∞)≥75%时，预测才是准确的。沉降预测一般至少在填土完成后，经3～6个月的测量时间才能建立。根据经验填土的蠕变随土性的不同一般也要经6～18个月才能稳定。因此，在路基完成或施加预压荷载后经过6～18个月，既是路基变形调整的需要，也是沉降观测和预测、保证工后沉降控制的需要。无碴轨道的铺设，一定要在分析评估沉降稳定并且工后沉降满足要求后进行，而且预测值也要有足够的精度。沉降观测对比分析

1、我国对路基沉降的预测进行了全面规定,便于操作，并满足精度要求。

2、“曲线回归的相关系数不应低于0.92”高于；

3、据DEC公司介绍，德国常采用双曲线回归分析预测路基沉降，指南中共有11种。

为今后修编该指南和编制相应规范，提出以下建议：

（１）专题研究路基沉降的计算理论，并通过现场实测验证。（２）扣件允许调高量应分不同的无碴轨道类型进行规定。路堤边坡

德国：

路堤边坡高度不宜大于12m，否则需进行稳定性证明。当路堤边坡高度大于12m且坡率大于1：时，应设置护道使维护更为方便。护道的宽度最小为，并设不小于5%（1：20）的向外排水坡。德国标准要求进行稳定分析计算的起点高度较中国低，且其标准坡度形式为直线型，有些类型填料的边坡较中国的缓。路堤边坡中国：铁路通过耕地和林地时，为节约用地，路堤高度不宜超过8m；一般路堤（包括时速200~250km/h有碴轨道客运专线）边坡高度不宜大于15m，特殊路堤边坡高度不宜超过10m，路堤边坡高度大于上述数值时，其超出的下部边坡形式和坡率，应根据填料的性质由稳定分析计算确定，最小稳定系数应为，边坡形式宜用阶梯式。路堤坡脚外应设置不小于2m的天然护道。路堤防护

德国边坡防护主要针对水对边坡的破坏进行，对设计水位有规定，按照有碴轨道25年一遇、无碴轨道50年一遇进行防护。对路堤损坏的修复进行了专门规定。水域边的路堤防护分别针对作为坝堰时、水位变化时、水位不变化时进行了规定，水位变化时在水位变化的范围内防护，水位不变化时在平均水位上下1m范围内防护。德国规范没有采用土工格栅对路堤边坡进行加固，在郑州至西安客专施工图设计咨询过程中，德国咨询公司提出要求取消路堤两侧的土工格栅，其认为改良土填料没有必要铺设土工格栅，并提出铺设土工格栅对路堤改建及压实有不利的影响。德国DS836：路桥过渡段采用两次过渡，首先于桥台后设置一段正梯形水泥加强区，其后设置倒梯形过渡段，过渡段长度不小于20m。中国标准：填方桥台过渡段设置方式与德国标准一致，采用两次过渡方案，过渡段以外的20m范围内的基床表层级配碎石掺3％～5％水泥。挖方桥台台尾路基为软质岩、强风化得硬质岩及土质路堑时，采用混凝土与级配碎石过渡段，长度不小于20m。过渡段以外的20m范围内的基床表层级配碎石掺3％～5％水泥。桥台台尾路基为硬质岩路堑时，桥台基坑采取混凝土回填。目前德国的过渡段设置基本与中国的一致。郑西客专咨询公司提出德国的最新研究成果，过渡段采用倒梯形水泥稳定级配碎石设置方式。认为该设置方式路基的刚度是从上至下逐渐递减的，符合路基的受力传递特点，从经济上也较二次过渡方案节约，是很好的过渡设置方式。这种过渡的几何布置形式在我国秦沈客专上也采用过，过渡效果很好，秦沈客专的在级配碎石或A、B组填粗粒土中分层铺设土工格栅。路堤与桥台过渡段采用倒梯形设置方式，已纳入《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》。路基与涵洞过渡段

德国DS836：按照路桥过渡段设置。中国标准：当涵洞顶部至路基面的高度时，在涵洞侧面设置水泥稳定级配碎石（掺3％～5％水泥）过渡段，过渡段范围内的基床表层级配碎石掺3％～5％水泥。0.7m≤h＜时，参照填方桥路过渡段方式，采用两次过渡方案。路基与涵洞过渡段中国规范按涵洞顶部至路基面的高度的不同对路涵过渡段设置了不同的过渡方式，不同速度段的分界高度也不同：《客专无碴轨道铁路设计指南》为，《时速250km客专设计暂规》为，。《铁路路基设计规范》中对路基与涵洞过渡段没有要求，由于路基与涵洞之间强度、刚度、变形等方面的差异，会引起的线路不平顺，所以认为时速120km/h～160km/h之间的铁路也应该设置路涵过渡段。路堑与隧道过渡段

德国DS836

（无规定）中国标准土质、软质岩及强风化岩路堑与隧道连接处，在路堑基床范围内设置过渡段，采用混凝土与级配碎石厚度渐变过渡。在郑西客运专线中土质路堑与隧道过渡段采用了柔性过渡，过渡段20m范围采用水泥改良土渐变过渡。路堤与路堑过渡段

德国DS836：

（无规定）中国标准：路堤与硬质岩路堑连接处过渡段采用水泥稳定级配碎石（掺3%～5%水泥）填筑；路堤与土质及软质岩路堑连接处采用台阶方式过渡并回填与路堤相同的填料。半填半挖过渡段

德国DS836：（无规定）中国标准：半填半挖路基在靠山侧根据岩层情况换填1.0～2.3m。过渡段的设置类似于路堤路堑过渡段，硬质岩半填半挖过渡段采用水泥稳定级配碎石（掺3%～5%水泥）填筑；土质及软质岩路堑连接处过渡段采用台阶方式过渡并回填与路堤相同的填料。支挡结构

中德两国在静力检算方面均要求考虑冲击荷载。离心力、制动力、摇摆力的影响可有条件忽略。从德国DS836分析，两国的设计理论是比较相似的。德国标准要求支挡装置高度超过1m时需要设防坠落保护装置，中国规范要求墙顶高出地面2m时设置防护栏杆；德国标准对支挡装置的防锈蚀涂层和防腐措施均有量化，中国规范仅有原则规定。我国时速160km及以下铁路路基支挡结构类型的计算理论、设计方法、施工工艺成熟。我国缺乏客专、高铁列车冲击荷载对支挡结构物安全稳定的研究，建议对此进行深入研究，确定相应的计算理论。2.18接触网支柱基础、防噪音保护及电缆槽等附属设施

结论：我国设计指标技术经济合理，符合我国国情。路基