轨道交通无砟轨道防排水设计方法

刘玉祥

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，300142，天津∥高级工程师)

防排水设计为无砟轨道设计中一项重要的内容［1-2］，近几年来在工程上逐渐引起了高度重视。前些年，由于存在研究深度不够、设计措施不尽合理、施工质量控制不严格等问题，引起了个别铁路线路较严重的路基病害问题。其中，最典型的问题包括南方温暖地区无砟轨道铁路路基出现翻浆冒泥、东北严寒地区无砟轨道铁路路基冻胀等问题。虽然以上问题主要由于路基自身填料的组成成分、颗粒含量、渗水性不合理等原因造成，但也与路基顶面的防水不好、排水不畅有密切的关系。若无砟轨道的防排水处理不好，会造成轨道结构上的水渗入路基基床表层中，从而在列车荷载作用、外界温度变化等原因下引起路基的变形沉降、翻浆冒泥、冻胀等病害。因此，轨道设计中应注意对无砟轨道采取合理的防排水措施，施工中应严格按照设计要求进行防排水施工，以达到防水有效、排水通畅的目的，最大可能地降低外界水对铁路土建工程结构的影响，从而保证轨道交通线路的平顺性和行车的安全性［3］。

本文结合无砟轨道防排水设计的研究成果和工程经验，总结了铁路无砟轨道和城市轨道交通整体道床防排水的主要设计方法，为轨道交通工程的无砟轨道防排水设计提供参考。

1 铁路无砟轨道防排水设计方法

我国铁路无砟轨道的型式种类较多，主要包括CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型板式无砟轨道和双块式无砟轨道等几种型式［1，4］。不同的无砟轨道，由于结构型式的差异，采取的防排水措施不尽相同。总结起来，主要包括道床顶面设置横向排水坡、伸缩缝处采用弹性材料封闭、两线间填平处理、钢筋混凝土底座内设横向排水管、钢筋混凝土底座间设横向排水通道等方法。

1.1 道床顶面设置横向排水坡

不同的无砟轨道类型，其结构组成的道床部分叫法不完全一致。道床是指无砟轨道结构组成中的混凝土结构部分，主要包括轨道板/道床板、底座/支承层等。这里讲的道床横向排水坡包括无砟轨道上层道床结构(包括轨道板/道床板)和下层道床结构(包括底座/支承层)表面的横向排水坡，以下对其主要设置方法进行阐述。

1.1.1 道床板/轨道板表面设置横向排水坡

在无砟轨道道床板/轨道板表面设置横向排水坡，是为了及时把落在道床板/轨道板表面的雨水或隧道内结构渗水排走，以减小水对道床板/轨道板的作用影响，保证其混凝土结构的耐久性。横向排水坡设置的大小应根据具体轨道结构型式而定，一般不应小于0.5%;在条件允许的情况下，尽可能采用较大的横向排水坡，以便于排水。排水坡的方向应指向下部结构的排水系统所在位置。

目前各种无砟轨道中，双块式无砟轨道顶面设置0.7%的单向排水坡或2%的人字形排水坡(见图1)，CRTSⅡ型板式无砟轨道顶面设置0.5%的单向排水坡(见图2)。

图1 双块式无砟轨道道床顶面横向排水坡示意图

图2 CRTSⅡ型板式无砟轨道顶面横向排水坡示意图

1.1.2 底座/支承层表面设置横向排水坡

我国铁路的几种无砟轨道中，除桥上双块式无砟轨道外，其他无砟轨道底座/支承层均较轨道板/道床板两侧宽出200～350 mm。为了避免底座/支承层和轨道板/道床板层之间的填充层(砂浆层或自密实混凝土层)进水，以及减小水对底座/支承层的作用，应在底座/支承层的两侧设置向外的排水坡。排水坡度宜尽可能大，建议取3%～4%的坡度，变坡点宜设置在轨道板/道床板边缘往里50 mm 处。

目前各种无砟轨道中，桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座两侧的横向排水坡采用2%，变坡点设置在轨道板边缘往里50 mm 处(见图3)。在盘营客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道设计中，为减小隔离层土工布的进水，底座两侧的横向排水坡采用4%，其变坡点设置在轨道板边缘往里50 mm 处(见图4)。

图3 CRTSⅡ型板式无砟轨道底座横向排水坡变坡点设置示意图

图4 CRTSⅢ型板式无砟轨道底座横向排水坡变坡点设置示意图

1.2 伸缩缝处采用弹性材料封闭

对于CRTSⅠ、CRTSⅢ型等板式无砟轨道，底座采用单元结构，且相邻结构单元相接处设横向伸缩缝。为限制伸缩缝处渗水对下部路基、桥梁、隧道结构产生影响，应对伸缩缝进行封填密封处理。通常相邻底座单元间的伸缩缝宽度采用20 mm，伸缩缝底部可填充聚乙烯泡沫塑料板，顶部采用嵌缝材料密封来处理(见图5)。

图5 相邻底座间伸缩缝密封示意图

伸缩缝顶部的嵌缝材料通常有沥青类、聚氨酯类、聚硫类、硅酮类等密封胶。从前些年无砟轨道工程使用情况来看，沥青类材料由于高温下易溶化、低温下易脆裂等问题，对于防水的效果不理想。目前，无砟轨道嵌缝材料多倾向于采用聚氨酯类密封胶。

除了无砟轨道结构单元之间的伸缩缝要进行封填密封处理外，无砟轨道结构与路基顶面线间、线路两侧的混凝土封闭层之间的纵向伸缩缝也应采用密封胶进行封闭处理。设计上，通过将无砟轨道自身的结构伸缩缝与路基结构的伸缩缝进行密封处理，对外界水形成一道防护屏障，以最大限度地控制外界水渗入路基体，保证路基结构的稳定。

1.3 两线间的填平处理

对于直线地段的无砟轨道，将两线无砟轨道之间的线间区域进行填平处理，使线间封闭层顶面与无砟轨道的轨道板/道床板顶面同高，并对封闭层顶面向线路两侧设置人字形排水坡;相应轨道板或道床板顶面设置向线路外侧的单面排水坡，将线间水引到线路两侧，再引入路基排水系统，从而达到线间排水目的。

目前各种无砟轨道中，路基地段的CRTSⅡ型板式无砟轨道(见图6)和双块式无砟轨道(见图7)均采用该种排水方式。

图7 路基直线地段双块式无砟轨道线间填平示意图

两线间填平处理的排水方法仅适用于直线地段无砟轨道线间排水;在曲线地段由于外轨设置超高而无法采用线间填平的方式进行排水，故需要设置集水井。

1.4 钢筋混凝土底座内设横向排水管

无砟轨道钢筋混凝土底座内设横向排水管的设计方法如下:

1)在无砟轨道钢筋混凝土底座内埋设横向排水管，将线间的雨水通过横向排水管排向线路外侧，引入路基排水系统。

2)两线线间路基表面结合排水管的高程进行封闭处理，并在排水管位置设置挡水横墙。

3)横向排水管在线间一侧进水口处的钢管端部设置排水篦，以防止垃圾进入管内堵塞排水管。

4)横向排水管的管径大小、沿线路纵向的布置间隔等需根据线路所在地区的雨水流量经计算确定，同时管径尺寸还要考虑底座厚度、底座内钢筋布置、排水管横向排水坡大小等因素。横向排水管应采用使用寿命长的不锈钢钢管及其他材质管，以与无砟轨道使用寿命相匹配。

直线地段无砟轨道底座内横向排水管设置如图8、图9所示。曲线地段仅在曲线内侧股道的轨道底座设置向曲线内侧的排水管。

钢筋混凝凝土底座内设横向排水管的排水方法已在哈大客运专线路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道的排水中应用。由于施工时排水管坡度未达到设计要求、施工精度控制不好等问题，从实际应用看，线间集水现象较为普遍，同时存在排水管管口堵塞不易疏通等问题。因此，采用底座内设横向排水管 的排水方法对施工的要求很高。

图9 无砟轨道底座内设横向排水管平面示意图

1.5 钢筋混凝土底座间设横向排水通道

无砟轨道相邻钢筋混凝土底座间设横向排水通道的设计方法如下:

1)为满足线间排水要求，根据所在区域雨水计算流量情况，沿线路纵向一定间隔的两线上分别设置一处横向排水通道，将线间水排到线路外侧，再引入路基排水系统。

2)排水通道处两线底座单元端部与对应轨道板端部对齐设置，利用相邻底座间缝隙形成横向排水通道。

3)排水通道处的底座板下设置钢筋混凝土搭板。搭板沿线路纵向长约2 m，横向与底座板等宽，搭板表面向线路外侧设置不小于2%的横向排水坡。排水通道范围内的搭板表面应平整。底座施工前，搭板表面(除排水通道范围外)应进行凿毛处理，并通过搭板与底座板间设置的连接钢筋，使两者紧密连接成为一体。

4)线间封填及将线间水引入底座间横向排水通道的相关设计需与排水通道设计相结合考虑。施工时应注意做好搭板顶面排水坡度及线间水引入底座间横向排水通道的衔接处理，确保排水通畅。

目前，盘营客运专线、沈丹客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道路基地段的线间排水采取了该种设计(见图10、图 11)。

图10 无砟轨道钢筋混凝土底座间设横向排水通道纵剖面图

图11 底座间横向排水通道处无砟轨道横断面图

2 城市轨道交通整体道床防排水设计方法

城市轨道交通整体道床的防排水设计方法与铁路较类似，主要包括道床顶面设横向排水坡、伸缩缝封闭处理、道床上设排水沟等方法。

2.1 道床顶面设置横向排水坡

城市轨道交通地下线地段在整体道床表面设置横向排水坡，以把落在整体道床表面的结构渗水等及时排入排水沟。

目前地铁的设计中，整体道床表面一般采用3%的人字形排水坡。

2.2 伸缩缝封闭处理

城市轨道交通工程中，地下线整体道床每隔12.5 m 左右设置一处伸缩缝，距隧道洞口30 m 范围及U 型结构地段，每隔6 m 左右设置一处伸缩缝。结构变形缝处的整体道床也应设置伸缩缝。整体道床伸缩缝由20 mm 厚油浸木板填充，伸缩缝顶面处采用改性沥青灌缝，并抹平，以利于防水。

城市轨道交通整体道床伸缩缝的封闭处理与铁路基本类似。由于在地下隧道内温度条件较好，可采用沥青材料进行伸缩缝的封闭，也可采用聚氨酯类、聚硫类、硅酮类等密封胶，具体需结合工程特点、使用要求、经济性等经综合比较确定。

2.3 道床上设排水沟

城市轨道交通工程地下线设计中需在道床上设置纵、横向排水沟，通过道床上的排水沟将水排入水泵房，以实现轨道系统的排水功能。

1)线路区间普通整体道床排水均采用两侧排水，排水沟纵向坡度与线路纵坡一致，通常不小于2‰。排水沟断面采用半圆或矩形，断面大小根据水流量要求确定。矩形断面和圆形断面盾构的隧道整体道床排水示意图分别见图12、图13。

2)钢弹簧浮置板道床地段采用中心水沟进行排水(见图14)。

3)普通整体道床与浮置板道床过渡处［5］通过横向水沟衔接，同时区间普通整体道床与浮置板道床之间的一段普通整体道床采用中心水沟进行排水(见图15)。

图13 圆形断面的盾构隧道整体道床排水示意图

图14 钢弹簧浮置板道床排水示意图

图15 普通整体道床与浮置板道床过渡处排水平面示意图

3 结语

本文结合无砟轨道防排水设计的研究成果和工程经验，总结了铁路无砟轨道和城市轨道交通整体道床防排水的主要设计方法。

1)铁路无砟轨道设计通常采取道床顶面设置横向排水坡、伸缩缝处采用弹性材料封闭、两线间填平处理、钢筋混凝土底座内设横向排水管或钢筋混凝土底座间设横向排水通道等方法;城市轨道交通整体道床防排水设计通常采取道床顶面设置横向排水坡、伸缩缝封闭处理、道床上设置排水沟等方法。

2)无砟轨道的防排水问题会影响到整个铁路和城市轨道交通系统的使用功能、使用寿命及行车的平顺性和安全性。因此，在设计上应采取切实合理、有效的防排水措施，做好轨道与路基、桥梁、隧道之间的排水系统衔接，同时施工中应按要求严格控制施工质量，确保工程实施后防排水系统的可靠性。

［1］TB 10621—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.

［2］GB 50157—2003 地铁设计规范［S］.

［3］刘彬，魏永幸.客运专线无砟轨道路基防排水体系的思考［J］.铁道工程学报，2008(6):36.

［4］田利民.客运专线无砟轨道系统设计［J］.中国铁道科学，2008(1):13.

［5］李俊玺.钢弹簧浮置板道床排水过渡段设计［J］.铁道标准设计，2009(11):26.