曾思坡

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

城市道路下穿運營高鐵橋梁的方案選擇

曾思坡

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

通過對城市道路下穿運營中的高速鐵路橋墩的結(jié)構(gòu)型式的分析，結(jié)合工程實例，提出設(shè)計和施工的注意事項及指導(dǎo)意見。

城市道路；下穿；鐵路橋梁；樁板結(jié)構(gòu)；荷載分析

1 概述

隨著我國高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，通車的里程在不斷地增加，越來越多的道路需要與高速鐵路交叉。根據(jù)鐵建設(shè)〔2012〕23號文的要求，新建公路與已建或在建高速鐵路以橋梁方式交叉跨越時，應(yīng)優(yōu)先選擇公路下穿高速鐵路方案。為了保證運營的安全和旅客乘車的舒適度，鐵路對自身的沉降、碰撞等有嚴格的控制。道路下穿鐵路需要在一定程度上改變鐵路結(jié)構(gòu)原有的受力、改變平面及空間布置。因此，在方案選擇上需要經(jīng)過多方面比選，與鐵路部門保持溝通，確保方案及后續(xù)實施順利進行。

2 常用下穿方式[1]

2.1 路基方式下穿

路基方式為利用橋下空間直接修筑路基。其優(yōu)點為造價低、施工方便，缺點為道路荷載直接作用于橋下地基，增加了鐵路橋墩荷載，有可能導(dǎo)致橋墩變形超限[2]。

2.2 橋梁方式

橋梁方式為在鐵路橋下修建橋梁，形成兩個相對獨立的受力系統(tǒng)。這種方式將對鐵路橋墩的影響減至最小，且施工時采取相應(yīng)的措施保護既有樁基及鐵路運營，當有條件時采用橋梁方式下穿鐵路橋墩應(yīng)為首選。

2.3 “U”形槽方式

“U”形槽方式為利用結(jié)構(gòu)底板分散路基結(jié)構(gòu)荷載對橋墩的影響，但不可忽視附加荷載對橋墩變形的影響。同時，也需要考慮地下水及沉降對“U”形槽結(jié)構(gòu)自身的影響。施工期間開挖橋下現(xiàn)狀地基，其對鐵路運行的安全也需要考慮。

2.4 樁板結(jié)構(gòu)方式

樁板結(jié)構(gòu)由下部的鋼筋混凝土樁基和上部的鋼筋混凝土承載板組成，充分利用樁土、板土之間的共同作用，減少道路荷載對鐵路橋墩的影響。當鐵路橋下凈空及建設(shè)條件受限無法采用橋梁方式時，可采用樁板結(jié)構(gòu)形成獨立的基礎(chǔ)。

3 工程實例

3.1 項目簡介

某城市主干路路幅寬53 m，4幅路雙向6車道，兩側(cè)控制帶6 m，設(shè)計車速50 km/h（下穿鐵路路段限速40 km/h）。

某國家Ⅰ級快速鐵路干線，鐵路設(shè)計速度為250 km/h，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用32 m簡支T梁，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁、樁接承臺、圓端形空腹式橋墩，橋墩承臺縱向?qū)挾?0.4 m，樁基進入中風(fēng)化巖石最小深度為2.21 m。圖1為鐵路承臺平面圖。

圖1 鐵路承臺平面圖（單位：cm）

根據(jù)《鐵路安全管理條例》要求，村鎮(zhèn)居民居住區(qū)高速鐵路安全保護區(qū)距離為15 m（鐵路橋梁外側(cè)起向外的距離）。本次要求防護范圍為橋梁區(qū)域加兩側(cè)各15 m安全防護距離，合計總長45 m，道路防撞護欄長度設(shè)計100 m。

3.2 設(shè)計方案

根據(jù)城市道路總體規(guī)劃，城市主干路為東西走向，鐵路為南北走向。本路段除有鐵路橋墩外還有鐵路既有線27.5 kV供電線路，供電電塔位于橋墩之間，電纜離地面最小高度約11 m。本次設(shè)計既要考慮鐵路橋墩又要考慮電塔對下穿的影響，增加了設(shè)計難度。

根據(jù)鐵路部門要求本次修建構(gòu)造圖邊緣離鐵路承臺邊緣最小距離不小于2.0 m。根據(jù)橋下空間及預(yù)留遠期立交要求，本次設(shè)計道路分4幅道路下穿鐵路。A線（北側(cè)人行道+非機動車道）從18～19號橋墩中下穿、主線B（北側(cè)機動車道）從20～21號橋墩中下穿，主線C（南側(cè)機動車道）從22～23號橋墩中下穿，D線（南側(cè)人行道+非機動車道）從23～24號橋墩中下穿。平面相對關(guān)系（見圖2）經(jīng)鐵路部門確認后展開下穿結(jié)構(gòu)的設(shè)計。經(jīng)過多方案比選確定采用樁板結(jié)構(gòu)方式下穿鐵路橋墩。下穿鐵路路段采用（2×16 m）現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)，板厚80 cm，樁徑80 cm。 樁板結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置各28 m防撞墻（SS級），防撞墻設(shè)置總長度達到100 m。

A幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂2 m；板梁橫向?qū)? m，縱向長45 m，樁基長10 m。

B幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4/3 m，懸臂2/1 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；板梁橫向?qū)?7 m，縱向長45 m，樁基長15 m。

圖2 平面關(guān)系圖

C幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4/3 m，懸臂2/1 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；板梁橫向?qū)?5.5 m，縱向長45 m，樁基長20 m。

D幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂2 m；板梁橫向?qū)? m，縱向長45 m，樁基長20 m。

圖3、圖4為下穿鐵路橫斷面圖。

圖3 下穿鐵路橫斷面圖一（單位：cm）

3.3 荷載分析

（1）地質(zhì)情況：根據(jù)該工程地質(zhì)勘察報告，地質(zhì)情況描述見表1。鐵路樁基及樁板結(jié)構(gòu)樁基均嵌入中分化巖石。

（2）增加荷載：采用樁板結(jié)構(gòu)下穿鐵路橋梁時，其樁基承受其結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載，且板梁貼近既有地面，新建道路路基亦不會侵入鐵路橋墩及承臺范圍，故不需要考慮填土對鐵路橋墩及基礎(chǔ)的影響[3]。

（3）撞擊力：下穿鐵路路段設(shè)計行車速度為40 km/h，部分鐵路橋墩與道路距離較近，可能受到汽車撞擊。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》第4.4.7條[4]，順橋向采用1 000 kN，橫橋向采用500 kN，作用點在路面以上1.2 m處。以21#墩為例，即鐵路橋墩墩身標高18.94 m處，鐵路橋墩承臺底標高13.97 m。撞擊力距承臺底為4.97 m，轉(zhuǎn)換成承臺底荷載為：順橋向4 970 kNm，橫橋向為2 485 kNm。其受力影響分析見表2。

圖4 下穿鐵路橫斷面圖二（單位：cm）

表1 地質(zhì)情況表

表2 汽車撞擊力作用影響分析kN

由表2可知，考慮汽車荷載作用下對橋墩樁基樁頂力最大增加值較小，增加值僅為容許值的2%～3%，對鐵路樁基承載力的影響小，鐵路橋墩樁基有足夠的安全儲備。汽車荷載產(chǎn)生側(cè)向水平附加壓力，均作用于樁板結(jié)構(gòu)及其樁基礎(chǔ)，對墩頂位移無影響，故汽車荷載對墩頂位移的影響小。

4 施工措施

為減少道路施工給鐵路橋梁安全帶來的不利影響，下穿結(jié)構(gòu)施工應(yīng)嚴格按照鐵路要求進行。

（1）鐵路橋下施工，須嚴格注意防止設(shè)備、材料等對鐵路橋墩和梁體的損害，特別注意鐵路安全及自身施工安全。

（2）施工期間，吊裝作業(yè)的大型機械設(shè)備或重型機械設(shè)備，不可靠近鐵路橋墩，不可在鐵路橋墩側(cè)地基上行走碾壓。

（3）施工時，注意車輛進出路徑及大型設(shè)備的操作規(guī)則，避免發(fā)生損害鐵路梁體及橋墩的事件。

（4）樁基施工時采用旋挖鉆機以減少震動對既有鐵路橋梁基礎(chǔ)周邊土體的擾動。

（5）施工完成后，施工單位應(yīng)及時清理施工區(qū)一切臨時建筑物、施工機具、器材等設(shè)施。

（6）施工及運營期間應(yīng)設(shè)置必要交通標志、標線、安全警示標志等設(shè)施。

5 監(jiān)控要求

該項目施工期間，應(yīng)對既有鐵路橋墩承臺的豎向位移、水平位移、固定傾角監(jiān)測進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常變形，應(yīng)立即停止施工，等分析原因采取措施后再進行施工，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將既有鐵路橋的變形控制在可控范圍。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)對鐵路橋下部結(jié)構(gòu)的計算分析，采用樁板結(jié)構(gòu)穿越鐵路特大橋?qū)﹁F路橋墩基礎(chǔ)承載力、墩頂位移以及基礎(chǔ)沉降無明顯影響，鐵路特大橋樁基承載力能夠滿足要求。

（2）道路在鐵路橋墩側(cè)設(shè)置SS級防撞護欄，設(shè)置預(yù)告、警示標志標線確保車輛行駛得到提醒，確保道路和鐵路運行安全。

（3）道路地下管線的設(shè)計應(yīng)按照鐵路的要求進行設(shè)計，完善道路排水設(shè)計，避免對鐵路造成影響。

[1]楊玟.高速公路下穿鐵路客專橋設(shè)計實例研究[J].城市道橋與防洪，2014(5)：118-121.

[2]CJJ 194-2013，城市道路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG D 63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]TB 10002D1-2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].

U412.37+3

B

1009-7716（2017）04-0036-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.009

2017-01-17

曾思坡（1984-），男，湖南邵陽人，碩士，工程師，從事道路橋梁設(shè)計工作。