軌道交通無砟軌道防排水設計方法

劉玉祥

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，300142，天津∥高級工程師)

防排水設計為無砟軌道設計中一項重要的內容［1-2］，近幾年來在工程上逐漸引起了高度重視。前些年，由于存在研究深度不夠、設計措施不盡合理、施工質量控制不嚴格等問題，引起了個別鐵路線路較嚴重的路基病害問題。其中，最典型的問題包括南方溫暖地區無砟軌道鐵路路基出現翻漿冒泥、東北嚴寒地區無砟軌道鐵路路基凍脹等問題。雖然以上問題主要由于路基自身填料的組成成分、顆粒含量、滲水性不合理等原因造成，但也與路基頂面的防水不好、排水不暢有密切的關系。若無砟軌道的防排水處理不好，會造成軌道結構上的水滲入路基基床表層中，從而在列車荷載作用、外界溫度變化等原因下引起路基的變形沉降、翻漿冒泥、凍脹等病害。因此，軌道設計中應注意對無砟軌道采取合理的防排水措施，施工中應嚴格按照設計要求進行防排水施工，以達到防水有效、排水通暢的目的，最大可能地降低外界水對鐵路土建工程結構的影響，從而保證軌道交通線路的平順性和行車的安全性［3］。

本文結合無砟軌道防排水設計的研究成果和工程經驗，總結了鐵路無砟軌道和城市軌道交通整體道床防排水的主要設計方法，為軌道交通工程的無砟軌道防排水設計提供參考。

1 鐵路無砟軌道防排水設計方法

我國鐵路無砟軌道的型式種類較多，主要包括CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式無砟軌道和雙塊式無砟軌道等幾種型式［1，4］。不同的無砟軌道，由于結構型式的差異，采取的防排水措施不盡相同。總結起來，主要包括道床頂面設置橫向排水坡、伸縮縫處采用彈性材料封閉、兩線間填平處理、鋼筋混凝土底座內設橫向排水管、鋼筋混凝土底座間設橫向排水通道等方法。

1.1 道床頂面設置橫向排水坡

不同的無砟軌道類型，其結構組成的道床部分叫法不完全一致。道床是指無砟軌道結構組成中的混凝土結構部分，主要包括軌道板/道床板、底座/支承層等。這里講的道床橫向排水坡包括無砟軌道上層道床結構(包括軌道板/道床板)和下層道床結構(包括底座/支承層)表面的橫向排水坡，以下對其主要設置方法進行闡述。

1.1.1 道床板/軌道板表面設置橫向排水坡

在無砟軌道道床板/軌道板表面設置橫向排水坡，是為了及時把落在道床板/軌道板表面的雨水或隧道內結構滲水排走，以減小水對道床板/軌道板的作用影響，保證其混凝土結構的耐久性。橫向排水坡設置的大小應根據具體軌道結構型式而定，一般不應小于0.5%;在條件允許的情況下，盡可能采用較大的橫向排水坡，以便于排水。排水坡的方向應指向下部結構的排水系統所在位置。

目前各種無砟軌道中，雙塊式無砟軌道頂面設置0.7%的單向排水坡或2%的人字形排水坡(見圖1)，CRTSⅡ型板式無砟軌道頂面設置0.5%的單向排水坡(見圖2)。

圖1 雙塊式無砟軌道道床頂面橫向排水坡示意圖

圖2 CRTSⅡ型板式無砟軌道頂面橫向排水坡示意圖

1.1.2 底座/支承層表面設置橫向排水坡

我國鐵路的幾種無砟軌道中，除橋上雙塊式無砟軌道外，其他無砟軌道底座/支承層均較軌道板/道床板兩側寬出200～350 mm。為了避免底座/支承層和軌道板/道床板層之間的填充層(砂漿層或自密實混凝土層)進水，以及減小水對底座/支承層的作用，應在底座/支承層的兩側設置向外的排水坡。排水坡度宜盡可能大，建議取3%～4%的坡度，變坡點宜設置在軌道板/道床板邊緣往里50 mm 處。

目前各種無砟軌道中，橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道底座兩側的橫向排水坡采用2%，變坡點設置在軌道板邊緣往里50 mm 處(見圖3)。在盤營客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道設計中，為減小隔離層土工布的進水，底座兩側的橫向排水坡采用4%，其變坡點設置在軌道板邊緣往里50 mm 處(見圖4)。

圖3 CRTSⅡ型板式無砟軌道底座橫向排水坡變坡點設置示意圖

圖4 CRTSⅢ型板式無砟軌道底座橫向排水坡變坡點設置示意圖

1.2 伸縮縫處采用彈性材料封閉

對于CRTSⅠ、CRTSⅢ型等板式無砟軌道，底座采用單元結構，且相鄰結構單元相接處設橫向伸縮縫。為限制伸縮縫處滲水對下部路基、橋梁、隧道結構產生影響，應對伸縮縫進行封填密封處理。通常相鄰底座單元間的伸縮縫寬度采用20 mm，伸縮縫底部可填充聚乙烯泡沫塑料板，頂部采用嵌縫材料密封來處理(見圖5)。

圖5 相鄰底座間伸縮縫密封示意圖

伸縮縫頂部的嵌縫材料通常有瀝青類、聚氨酯類、聚硫類、硅酮類等密封膠。從前些年無砟軌道工程使用情況來看，瀝青類材料由于高溫下易溶化、低溫下易脆裂等問題，對于防水的效果不理想。目前，無砟軌道嵌縫材料多傾向于采用聚氨酯類密封膠。

除了無砟軌道結構單元之間的伸縮縫要進行封填密封處理外，無砟軌道結構與路基頂面線間、線路兩側的混凝土封閉層之間的縱向伸縮縫也應采用密封膠進行封閉處理。設計上，通過將無砟軌道自身的結構伸縮縫與路基結構的伸縮縫進行密封處理，對外界水形成一道防護屏障，以最大限度地控制外界水滲入路基體，保證路基結構的穩定。

1.3 兩線間的填平處理

對于直線地段的無砟軌道，將兩線無砟軌道之間的線間區域進行填平處理，使線間封閉層頂面與無砟軌道的軌道板/道床板頂面同高，并對封閉層頂面向線路兩側設置人字形排水坡;相應軌道板或道床板頂面設置向線路外側的單面排水坡，將線間水引到線路兩側，再引入路基排水系統，從而達到線間排水目的。

目前各種無砟軌道中，路基地段的CRTSⅡ型板式無砟軌道(見圖6)和雙塊式無砟軌道(見圖7)均采用該種排水方式。

圖7 路基直線地段雙塊式無砟軌道線間填平示意圖

兩線間填平處理的排水方法僅適用于直線地段無砟軌道線間排水;在曲線地段由于外軌設置超高而無法采用線間填平的方式進行排水，故需要設置集水井。

1.4 鋼筋混凝土底座內設橫向排水管

無砟軌道鋼筋混凝土底座內設橫向排水管的設計方法如下:

1)在無砟軌道鋼筋混凝土底座內埋設橫向排水管，將線間的雨水通過橫向排水管排向線路外側，引入路基排水系統。

2)兩線線間路基表面結合排水管的高程進行封閉處理，并在排水管位置設置擋水橫墻。

3)橫向排水管在線間一側進水口處的鋼管端部設置排水篦，以防止垃圾進入管內堵塞排水管。

4)橫向排水管的管徑大小、沿線路縱向的布置間隔等需根據線路所在地區的雨水流量經計算確定，同時管徑尺寸還要考慮底座厚度、底座內鋼筋布置、排水管橫向排水坡大小等因素。橫向排水管應采用使用壽命長的不銹鋼鋼管及其他材質管，以與無砟軌道使用壽命相匹配。

直線地段無砟軌道底座內橫向排水管設置如圖8、圖9所示。曲線地段僅在曲線內側股道的軌道底座設置向曲線內側的排水管。

鋼筋混凝凝土底座內設橫向排水管的排水方法已在哈大客運專線路基地段CRTSⅠ型板式無砟軌道的排水中應用。由于施工時排水管坡度未達到設計要求、施工精度控制不好等問題，從實際應用看，線間集水現象較為普遍，同時存在排水管管口堵塞不易疏通等問題。因此，采用底座內設橫向排水管 的排水方法對施工的要求很高。

圖9 無砟軌道底座內設橫向排水管平面示意圖

1.5 鋼筋混凝土底座間設橫向排水通道

無砟軌道相鄰鋼筋混凝土底座間設橫向排水通道的設計方法如下:

1)為滿足線間排水要求，根據所在區域雨水計算流量情況，沿線路縱向一定間隔的兩線上分別設置一處橫向排水通道，將線間水排到線路外側，再引入路基排水系統。

2)排水通道處兩線底座單元端部與對應軌道板端部對齊設置，利用相鄰底座間縫隙形成橫向排水通道。

3)排水通道處的底座板下設置鋼筋混凝土搭板。搭板沿線路縱向長約2 m，橫向與底座板等寬，搭板表面向線路外側設置不小于2%的橫向排水坡。排水通道范圍內的搭板表面應平整。底座施工前，搭板表面(除排水通道范圍外)應進行鑿毛處理，并通過搭板與底座板間設置的連接鋼筋，使兩者緊密連接成為一體。

4)線間封填及將線間水引入底座間橫向排水通道的相關設計需與排水通道設計相結合考慮。施工時應注意做好搭板頂面排水坡度及線間水引入底座間橫向排水通道的銜接處理，確保排水通暢。

目前，盤營客運專線、沈丹客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道路基地段的線間排水采取了該種設計(見圖10、圖 11)。

圖10 無砟軌道鋼筋混凝土底座間設橫向排水通道縱剖面圖

圖11 底座間橫向排水通道處無砟軌道橫斷面圖

2 城市軌道交通整體道床防排水設計方法

城市軌道交通整體道床的防排水設計方法與鐵路較類似，主要包括道床頂面設橫向排水坡、伸縮縫封閉處理、道床上設排水溝等方法。

2.1 道床頂面設置橫向排水坡

城市軌道交通地下線地段在整體道床表面設置橫向排水坡，以把落在整體道床表面的結構滲水等及時排入排水溝。

目前地鐵的設計中，整體道床表面一般采用3%的人字形排水坡。

2.2 伸縮縫封閉處理

城市軌道交通工程中，地下線整體道床每隔12.5 m 左右設置一處伸縮縫，距隧道洞口30 m 范圍及U 型結構地段，每隔6 m 左右設置一處伸縮縫。結構變形縫處的整體道床也應設置伸縮縫。整體道床伸縮縫由20 mm 厚油浸木板填充，伸縮縫頂面處采用改性瀝青灌縫，并抹平，以利于防水。

城市軌道交通整體道床伸縮縫的封閉處理與鐵路基本類似。由于在地下隧道內溫度條件較好，可采用瀝青材料進行伸縮縫的封閉，也可采用聚氨酯類、聚硫類、硅酮類等密封膠，具體需結合工程特點、使用要求、經濟性等經綜合比較確定。

2.3 道床上設排水溝

城市軌道交通工程地下線設計中需在道床上設置縱、橫向排水溝，通過道床上的排水溝將水排入水泵房，以實現軌道系統的排水功能。

1)線路區間普通整體道床排水均采用兩側排水，排水溝縱向坡度與線路縱坡一致，通常不小于2‰。排水溝斷面采用半圓或矩形，斷面大小根據水流量要求確定。矩形斷面和圓形斷面盾構的隧道整體道床排水示意圖分別見圖12、圖13。

2)鋼彈簧浮置板道床地段采用中心水溝進行排水(見圖14)。

3)普通整體道床與浮置板道床過渡處［5］通過橫向水溝銜接，同時區間普通整體道床與浮置板道床之間的一段普通整體道床采用中心水溝進行排水(見圖15)。

圖13 圓形斷面的盾構隧道整體道床排水示意圖

圖14 鋼彈簧浮置板道床排水示意圖

圖15 普通整體道床與浮置板道床過渡處排水平面示意圖

3 結語

本文結合無砟軌道防排水設計的研究成果和工程經驗，總結了鐵路無砟軌道和城市軌道交通整體道床防排水的主要設計方法。

1)鐵路無砟軌道設計通常采取道床頂面設置橫向排水坡、伸縮縫處采用彈性材料封閉、兩線間填平處理、鋼筋混凝土底座內設橫向排水管或鋼筋混凝土底座間設橫向排水通道等方法;城市軌道交通整體道床防排水設計通常采取道床頂面設置橫向排水坡、伸縮縫封閉處理、道床上設置排水溝等方法。

2)無砟軌道的防排水問題會影響到整個鐵路和城市軌道交通系統的使用功能、使用壽命及行車的平順性和安全性。因此，在設計上應采取切實合理、有效的防排水措施，做好軌道與路基、橋梁、隧道之間的排水系統銜接，同時施工中應按要求嚴格控制施工質量，確保工程實施后防排水系統的可靠性。

［1］TB 10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］.

［2］GB 50157—2003 地鐵設計規范［S］.

［3］劉彬，魏永幸.客運專線無砟軌道路基防排水體系的思考［J］.鐵道工程學報，2008(6):36.

［4］田利民.客運專線無砟軌道系統設計［J］.中國鐵道科學，2008(1):13.

［5］李俊璽.鋼彈簧浮置板道床排水過渡段設計［J］.鐵道標準設計，2009(11):26.