吉軍立

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán) 合肥有限公司，安徽 合肥　230001)

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淺析城市道路下穿高鐵的影響與分析

吉軍立

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán) 合肥有限公司，安徽 合肥230001)

摘要：隨著高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多城市道路項(xiàng)目與高鐵交叉，在此情況下，文章研究了道路下穿高鐵的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合典型的工程實(shí)例，對(duì)道路下穿高鐵進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全數(shù)值分析，并提出相應(yīng)的建議方案和工程措施。

關(guān)鍵詞：城市道路；下穿；高鐵；樁板結(jié)構(gòu)

0引言

目前，我國(guó)正處于高速鐵路和城際鐵路的高速發(fā)展期，已有多條線路投入運(yùn)營(yíng)，另有多條高速鐵路和城際鐵路正在建設(shè)之中。由于高速鐵路和城際鐵路所經(jīng)過(guò)的地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新建或改擴(kuò)建城市道路與既有高速鐵路交叉時(shí)，作為國(guó)家運(yùn)輸大動(dòng)脈的鐵路，為保證其正常運(yùn)營(yíng)，采取穩(wěn)妥可靠的交叉方式、結(jié)構(gòu)形式以及施工方法十分必要。尤其是穿越電氣化鐵路、高速鐵路時(shí)，無(wú)論是國(guó)家層面出臺(tái)的《鐵路安全管理?xiàng)l例》，還是鐵路總公司或地方路局的多個(gè)文件規(guī)定，都對(duì)穿越鐵路構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)提出嚴(yán)格而明確的要求。

高速鐵路作為電氣化鐵路，系統(tǒng)性、集成性非常高,道路設(shè)計(jì)之前應(yīng)全面詳細(xì)調(diào)查鐵路現(xiàn)狀，充分考慮現(xiàn)狀作業(yè)條件、機(jī)具配置以及工程規(guī)劃；此外，高速鐵路對(duì)沉降位移等有著嚴(yán)格要求，地質(zhì)條件較差的地區(qū)，需要對(duì)受影響的高鐵進(jìn)行安全分析檢算。目前，道路穿越高鐵的主要形式有輕型路基、重力式擋土墻結(jié)構(gòu)、排樁結(jié)構(gòu)、U型槽結(jié)構(gòu)、樁板結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)等[1-5]。

1勝利東路樁板結(jié)構(gòu)工程實(shí)例

蚌埠市勝利東路道路“快慢”升級(jí)，對(duì)既有道路進(jìn)行市政化改造，改造后為S101省道的重要組成部分，同時(shí)又是S307的共線段。由于沿線非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人等慢行交通需求的快速增加，使老路過(guò)境交通與城市組團(tuán)間的區(qū)間交通通行能力逐漸降低，交通通行問(wèn)題逐漸凸顯。本項(xiàng)目作為蚌埠市東向出城的重要通道，需對(duì)老路進(jìn)行市政化改造(規(guī)劃路幅為45 m)，實(shí)現(xiàn)道路的“快、慢”分行，既保證道路沿線企業(yè)、單位居民的出行要求，也能保證過(guò)境交通通行能力的要求。

勝利東路于合蚌客專(zhuān)2 km+438.55 m處蚌南聯(lián)絡(luò)線特大橋13#～14#橋墩之間下穿，與道路夾角為43°22′59″。該段合蚌客專(zhuān)橋型為48 m+80 m+48 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，梁長(zhǎng)為177.3 m，中支點(diǎn)梁高為6.4 m，跨中梁高為3.8 m，梁寬為12.2 m。

1.1工程方案

勝利東路擬建場(chǎng)地地形平坦，工程地質(zhì)層從上到下依次為：① 雜填土(Qml)，層厚為1.30～4.70 m。② 黏土(Q4al+pl)，層厚為3.70～16.90 m。③ 黏土(Q4al+pl)，層厚為9.90～16.30 m。④ 全風(fēng)化混合花崗巖，層厚為1.00～5.70 m。⑤ 強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，層厚為0.80～5.40 m。⑥ 弱風(fēng)化混合花崗巖,揭露層厚為3.50～6.00 m。

下穿高鐵段機(jī)動(dòng)車(chē)道、輔道、人行道兩幅分幅設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用6 m×20 m鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)，單幅橋面橫向布置為：0.5 m防撞墻+2.0 m人行道+3.0 m輔道+0.5 m防撞墻+11.5 m機(jī)動(dòng)車(chē)道+0.5 m防撞墻。橋面每幅寬度為18 m，梁高為1.1 m，翼緣板寬度為 0.75 m。下部結(jié)構(gòu)為5-φ1.0 m鉆孔樁基礎(chǔ)，樁間距為3.5 m與3.75 m。為減少管道施工對(duì)樁板施工及高鐵樁基的影響，道路下市政管線宜從兩側(cè)鄰跨明挖直埋或頂管機(jī)械頂進(jìn)施工。道路下穿高鐵如圖1所示。

圖1下穿高鐵處橫斷面圖

1.2有限元結(jié)構(gòu)安全分析

結(jié)構(gòu)安全分析采用數(shù)值模擬的方法，利用Plaxis 3D Foundation 軟件分別模擬鉆孔樁施工、道路板開(kāi)挖、道路板澆筑和運(yùn)營(yíng)荷載幾種不同工況對(duì)合蚌客專(zhuān)的影響。

(1) 鉆孔灌注樁施工對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。建立道路鉆孔樁開(kāi)挖三維有限元模型，高鐵樁基直徑為1.0 m，下穿處樁長(zhǎng)為21.5 m、22.5 m，樁基持力層地基承載力σ0為1 000 kPa。道路樁基為直徑1 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為22 m，道路樁基持力層地基承載力σ0為500 kPa。

鉆孔樁施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小，詳見(jiàn)表1所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析，如圖2所示。

表1　各墩頂變形數(shù)據(jù)　mm

圖2　道路鉆孔樁施工13#、14#墩樁基變形圖

(2) 道路板開(kāi)挖對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。道路板開(kāi)挖深度為1.1 m，單幅寬為18 m，間距為1 m，板長(zhǎng)為120 m。道路板開(kāi)挖施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小，詳見(jiàn)表2所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析，如圖3所示。

表2　各墩頂變形數(shù)據(jù)　mm

圖3道路板開(kāi)挖階段13#、14#樁基變形圖

(3) 道路板澆筑對(duì)鐵路橋墩的影響。開(kāi)挖至樁板結(jié)構(gòu)底標(biāo)高后，施工板結(jié)構(gòu)。道路板澆筑對(duì)高鐵橋墩的影響較小，詳見(jiàn)表3所列。選取13#、14#橋墩下離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析，如圖4所示。

表3　各墩頂變形數(shù)據(jù)　mm

圖4道路板澆筑階段13#、14#墩樁基變形圖

(4) 運(yùn)營(yíng)荷載對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。運(yùn)營(yíng)階段施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小，詳見(jiàn)表4所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析，如圖5所示。

表4　各墩頂變形數(shù)據(jù)　mm

圖5運(yùn)營(yíng)階段高鐵13#、14#墩樁基變形圖

(5) 高鐵各墩頂累積變形位移，詳見(jiàn)表5所列。

表5　高鐵各墩頂累積位移　mm

經(jīng)計(jì)算分析，墩頂?shù)乃胶拓Q向位移均小于1.0 mm，各橋墩縱向水平位移、橫向水平位移及豎向沉降均滿足規(guī)范要求[6-10]。

2分析建議

(1) 道路線位選定。由于城市道路新建或改擴(kuò)建與高速鐵路交叉處是影響高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全的重要敏感點(diǎn)，所以，在新建道路選線時(shí)應(yīng)慎重，盡量避免采用較小半徑曲線與小角度交叉方式穿越。

(2) 新建公路與已建或在建高速鐵路(含客運(yùn)專(zhuān)線及城際鐵路)以橋梁方式交叉跨越時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇公路下穿高速鐵路(含客運(yùn)專(zhuān)線及城際鐵路)的方案。下穿高鐵通常有輕型路基、U槽結(jié)構(gòu)及樁板結(jié)構(gòu)下穿等方案，凡是涉及這樣的項(xiàng)目要報(bào)鐵路管理局或高鐵相關(guān)管理部門(mén)審批，因此，方案選擇是否合理，對(duì)高鐵橋墩的影響往往成為方案選擇的最關(guān)鍵因素[11-12]。

3結(jié)論

(1) 對(duì)于高鐵橋下道路橫斷面，通常采用規(guī)劃道路橫斷面，如果在布置橋下斷面時(shí)受到高鐵下部橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響，以不影響高鐵橋墩和滿足道路使用功能為原則，與總體設(shè)計(jì)道路設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào)，適當(dāng)壓縮非機(jī)動(dòng)車(chē)與人行道斷面，保持機(jī)動(dòng)車(chē)道斷面；或機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道、人行道分幅布置，分別從主跨孔與鄰孔穿越進(jìn)行處理。雙向機(jī)動(dòng)車(chē)道樁板結(jié)構(gòu)宜分幅布置，以利板結(jié)構(gòu)的后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)既有道路擴(kuò)建的施工可采用半幅通行半幅封閉的方案。

(2) 對(duì)于道路配套管網(wǎng)，按照鐵路管理局與高鐵管理部門(mén)的要求，應(yīng)采用護(hù)套管方式在高鐵下穿越，結(jié)合管網(wǎng)覆土深度施工采用頂管或明挖工藝。

(3) 下穿高鐵道路的安全設(shè)施應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮齊全，高鐵橋墩鄰機(jī)動(dòng)車(chē)道一側(cè)應(yīng)設(shè)置SS級(jí)防撞墻，墻外邊緣距離高鐵橋墩最小凈距不小于2.5 m，墩身設(shè)置安全警示標(biāo)志。在有超高車(chē)輛通行或橋下凈高不足5.0 m的橋下出入口，按部頒標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置限高防護(hù)架。

(4) 下穿高鐵樁板結(jié)構(gòu)中樁基與既有鐵路橋橋墩的樁基中心距大于6倍樁徑(為兩者中較大樁徑)，以減小鉆孔樁施工對(duì)高鐵橋墩的影響。施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)高鐵橋墩周?chē)扇》雷o(hù)措施，并制定專(zhuān)項(xiàng)橋墩與地基沉降監(jiān)測(cè)與應(yīng)急方案。

(5) 現(xiàn)澆板圬工實(shí)體量較大，應(yīng)加強(qiáng)混凝土水化熱處理及地基沉降預(yù)防措施。對(duì)于新建、改擴(kuò)建道路中斷高鐵檢修通道的項(xiàng)目，應(yīng)在新建道路上預(yù)留出入口，恢復(fù)并貫通檢修通道。

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收稿日期：2016-01-13；修改日期：2016-01-19

作者簡(jiǎn)介：吉軍立(1983-)，男，山西夏縣人，中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)合肥有限公司工程師．

中圖分類(lèi)號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0063-03