【摘 要】結(jié)合成都市寧波路東段下穿鐵路項(xiàng)目，根據(jù)市政道路橫斷面組成和鐵路現(xiàn)狀情況，合理確定鐵路隧道橫斷面和施工方法。根據(jù)施工方案和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，確定采用預(yù)制框架結(jié)構(gòu)和頂推施工工藝。并對接縫處理、防水措施等附屬設(shè)施進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】城市隧道； 下穿鐵路； 分析計(jì)算； 工程實(shí)踐； 經(jīng)驗(yàn)

【中圖分類號】U452.2+6【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2022-12-02

［作者簡介］鄧雪峰（1981—），男，碩士， 正高級工程師， 注冊土木工程師，從事橋梁隧道及交通規(guī)劃設(shè)計(jì)質(zhì)量管理工作。

0 引言

鐵路為一座城市的發(fā)展注入了活力，發(fā)揮了重要作用。但隨著城市化進(jìn)程加快，路網(wǎng)密度越來越大，曾經(jīng)位于城市邊緣的鐵路線逐漸成為中心城區(qū)范圍，鐵路線對兩側(cè)的阻隔愈發(fā)明顯。同時(shí)隨著鐵路技術(shù)和裝備日趨現(xiàn)代化，鐵路車輛時(shí)速越來越快，鐵路平交道口對鐵路封閉管理不適應(yīng)性逐漸加強(qiáng)，嚴(yán)重影響了沿線群眾出行安全和鐵路安全，甚至制約區(qū)域建設(shè)發(fā)展。滿足人民出行的需要，推進(jìn)鐵路道口立交化是鐵路為民服務(wù)的重要舉措。

根據(jù)鐵路運(yùn)營情況，鐵路道口立交化主要分為鐵路運(yùn)營可中斷和不中斷兩種情況。前者受影響因素相對較少，設(shè)計(jì)施工相對簡單，此處不再贅述。在保證鐵路正常運(yùn)營的情況下實(shí)施平改立是目前各地普遍面臨的狀況，本文將重點(diǎn)闡述和分析城市道路下穿既有運(yùn)營鐵路面臨的一系列問題及應(yīng)對措施。

1 項(xiàng)目概況

寧波路東段位于成都市天府新區(qū)境內(nèi)，道路等級為城市主干路，道路紅線寬度40～50 m，設(shè)計(jì)車速60 km/h，雙向六車道，另外兩側(cè)設(shè)有非機(jī)動(dòng)車道和人行道?？蚣芙Y(jié)構(gòu)底板設(shè)計(jì)荷載為城—A級，人群荷載3.5 kN/m2，成昆鐵路貨運(yùn)外繞線為雙線鐵路，Ⅰ級線路（雙線），采用重型軌道結(jié)構(gòu)，鐵路設(shè)計(jì)荷載為中-活載，貨車設(shè)計(jì)時(shí)速目標(biāo)值為120 km/h［1］。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期采用100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，隧道內(nèi)或橋下道路凈空為機(jī)動(dòng)車不小于5 m，非機(jī)動(dòng)車不小于3.5 m，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)特征周期0.45 s。該鐵路是一條運(yùn)輸繁忙的貨運(yùn)專線，日車流量大，立交節(jié)點(diǎn)實(shí)施時(shí)，需要保證鐵路運(yùn)輸不中斷。

2 前期審查意見及執(zhí)行情況

2.1 方案設(shè)計(jì)審查

本項(xiàng)目專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)由成都鐵路局組織召開專家審查會(huì)，根據(jù)審查意見對文件修編后，收到《成都鐵路局關(guān)于天府新區(qū)“博覽城區(qū)域路網(wǎng)和中央公園周邊路網(wǎng)”項(xiàng)目道路工程與成花鐵路交叉和并行有關(guān)問題的復(fù)函》作為下階段設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

2.2 初步設(shè)計(jì)審查

初步設(shè)計(jì)由屬地行政主管部門組織審查，根據(jù)審查意見對文件修編后，收到初步設(shè)計(jì)批復(fù)作為下階段設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

3 隧道平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)

3.1 平面設(shè)計(jì)

鐵路段隧道工程全長60 m，采用全斷面下穿，其中機(jī)動(dòng)車道采用雙向六車道，兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道和人行道凈寬均為7 m，隧道中線與寧波路中線重合。根據(jù)規(guī)劃，本段工程平面均在一條直線上，工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)K3+930，終點(diǎn)為K3+990，共60 m。

3.2 縱斷面設(shè)計(jì)

下穿鐵路貨運(yùn)外繞線部分共長60 m，其中15 m為現(xiàn)澆段，30 m為頂推段，15 m為船槽和擋墻段。為減少框架段與鐵路之間的覆土厚度，同時(shí)便于頂推施工，隧道縱坡為0.55%（圖1）。

3.3 橫斷面設(shè)計(jì)

下穿鐵路段在滿足機(jī)動(dòng)車通行需求的同時(shí)，還需兼顧人行及非機(jī)動(dòng)車的通行需求。為方便穿越鐵路施工，結(jié)合常用D型施工便梁尺寸，下穿框架布置為兩幅，單幅框架全寬20.7 m，間距為20 cm（圖2）。

4 框架、船槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 總體設(shè)計(jì)原則

安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、滿足隧道正常使用要求。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本隧道結(jié)構(gòu)分為3大類：框架段45 m（現(xiàn)澆段15 m，頂推段30 m）；船槽及擋墻分別為8.5 m和6.5 m。

框架段采用雙孔普通鋼筋混凝士矩形框架結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)澆段和頂推段。最大凈跨為11.5 m，頂板厚1.0 m，底板厚1.2 m，側(cè)墻厚0.85 m，現(xiàn)澆段中隔墻厚度隨平面線形變化，厚度0.5～1.5 m，頂推段中隔墻厚0.5 m。隧道斷面設(shè)計(jì)時(shí)，須滿足建筑限界的要求，以及裝修、照明、通風(fēng)、消防等方面的需求，綜合考慮，因此框架段凈高按照5.5 m設(shè)計(jì)。

船槽采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)（整體式），標(biāo)準(zhǔn)底板厚為0.9 m。

船槽與底層遞路之間的銜接，通過設(shè)置鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)每隔10～15 m設(shè)置橫向沉降縫，滿足結(jié)構(gòu)變形要求，縫寬2 cm，用瀝青木絲板填塞。

4.3 主要結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)采用Midas計(jì)算，取1 m寬頂推段框架結(jié)構(gòu)作為計(jì)算模型，單元類型采用二維梁單元。共劃分為142個(gè)節(jié)點(diǎn)，81個(gè)單元。荷載組合按TB 10002-2017《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》選擇，組合Ⅰ：主力（恒載＋活載）（圖3～圖6）。

由計(jì)算分析得出，中隔墻處頂板頂緣彎矩、剪力較大，可通過局部加厚頂板、局部增加該處配筋或者考慮設(shè)置預(yù)應(yīng)力解決。通過進(jìn)一步試算分析，本結(jié)構(gòu)能夠通過適當(dāng)增加配筋來滿足受力需要。若需要增加的鋼筋過多，直徑過大，間距過小，則不利于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，此時(shí)可考慮局部增加截面尺寸。考慮到框架結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，設(shè)置帶彎起鋼筋的鋼筋骨架能較好地契合受力需要。根據(jù)大量計(jì)算分析和眾多工程實(shí)踐，雙孔雙向六車道及以下的框架結(jié)構(gòu)原則上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)合理，雙孔雙向六車道以上的框架結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)合理［2］。

通過計(jì)算組合Ⅰ作用下各控制截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值，結(jié)合結(jié)構(gòu)初步配筋，進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)施工階段法向應(yīng)力、結(jié)構(gòu)使用階段鋼筋應(yīng)力、結(jié)構(gòu)使用階段裂縫寬度、結(jié)構(gòu)使用階段抗彎等驗(yàn)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下各截面內(nèi)力與結(jié)構(gòu)在組合Ⅰ作用下各截面內(nèi)力值相差不大，而在規(guī)范中規(guī)定在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下材料的容許應(yīng)力均有所提高，故在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足要求。

4.4 結(jié)構(gòu)防水處理

本隧道防水等級為一級，防水混凝土的防滲等級不小于P10［3］。隧道防水關(guān)系到結(jié)構(gòu)耐久性和使用的舒適性，需重點(diǎn)關(guān)注。本工程采用外、中、內(nèi)三層防水結(jié)構(gòu)體系，其中外層是關(guān)鍵，主要以防水卷材為主；中間層是核心，主要以混凝土添加抗?jié)B抗裂劑為主；內(nèi)層主要是涂刷防水涂料。

（1）框架及船槽底板結(jié)構(gòu)防水，待C20素混凝土墊層做完后，鋪設(shè)1.5 mm高分子濕鋪防水卷材，再設(shè)6 cmC20細(xì)石混凝土保護(hù)層（內(nèi)配鋼筋網(wǎng)），方可綁扎鋼筋澆筑混凝土底板。

（2）框架及船槽側(cè)墻防水：先在側(cè)墻基面涂刷防水涂料，再鋪設(shè)1.5 mm厚高分子濕鋪防水卷材，再設(shè)3 cm厚聚苯乙稀泡沫板保護(hù)層，實(shí)施厚12 cm磚保護(hù)墻后，方可回填。

（3）框架頂板防水：先涂刷防水涂料，再鋪1.5 mm厚高分子濕鋪防水卷材，再設(shè)6 cm厚C20細(xì)石混凝土保護(hù)層（內(nèi)配鋼筋網(wǎng)）后回填。

4.5 接縫處理

施工縫和變形縫是防水的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)大量工程案例調(diào)研，絕大部分城市下穿隧道滲漏水部分主要發(fā)生在變形縫處，其次是施工縫。

（1）變形縫處內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼板止水帶，外側(cè)設(shè)橡膠止水帶，內(nèi)外緣嵌設(shè)雙組份聚硫密封膠?？稍谕鈧?cè)敷設(shè)多層防水卷材，同時(shí)在隧道內(nèi)側(cè)設(shè)置微型接水槽，輔以多種措施，達(dá)到防水的目的。

（2）施工縫處設(shè)置鋼板止水帶（500 mm×5 mm），澆筑后段混凝土前應(yīng)先清除施工縫表面浮渣和雜物，并涂刷界面處理劑。

5 既有鐵路不斷道施工方法

為保證施工期間貨運(yùn)鐵路外繞線不中斷運(yùn)輸，根據(jù)現(xiàn)場條件及鐵路部門審查意見要求，本項(xiàng)目采用撥軌+頂推施工方法。

將既有左右線分別往東西兩側(cè)調(diào)整，使下穿框架范圍內(nèi)的雙線鐵路線間距增大1 m左右，將撥軌后雙線的最小間距控制到4.85 m以上（實(shí)際間距范圍為4.9～5.4 m），以滿足D型梁基礎(chǔ)實(shí)施條件和D型梁在該段曲線上的裝配及使用需求［4］；調(diào)整后左線半徑為1 300 m（既有線為1 200 m），右線半徑由既有的1 204.18 m調(diào)整為1 120 m。根據(jù)普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則［5］，改線后頂進(jìn)施工時(shí)，需對列車進(jìn)行限速。

主要包括設(shè)置臨時(shí)接觸網(wǎng)桿塔、撥軌（鋼軌調(diào)整和超高調(diào)整）、頂推施工、線路恢復(fù)等階段內(nèi)容。

6 頂推施工步驟

（1）施工前期準(zhǔn)備（包括既有鐵路相關(guān)供水、通信、信號、電力以及接觸網(wǎng)絡(luò)需要局部改移或保護(hù)的工作等）。

（2）工作平臺(tái)施工（包括作業(yè)平臺(tái)填筑、坡腳擋墻設(shè)置、邊坡防護(hù)等）。

（3）改線施工。

（4）線路支撐樁施工，D型便梁的架設(shè)和開挖基坑的支護(hù)。

（5）開挖預(yù)制場地工作坑，施工頂進(jìn)后背梁和導(dǎo)向墩。

（6）預(yù)制框架。注意預(yù)制框架時(shí)框架底板下的基礎(chǔ)處理和工作底板的表面平整，工作底板上面鋪好潤滑層，涂機(jī)油，鋪塑料底膜和滑石粉，以減輕框架的起動(dòng)阻力。

（7）頂推施工準(zhǔn)備。為防止框架段在頂推過程中出現(xiàn)“栽頭”軸線偏移等現(xiàn)象，在基坑開挖后沿結(jié)構(gòu)物頂進(jìn)線路澆筑鋼筋混凝土滑板，確保頂推施工質(zhì)量。

（8）頂進(jìn)預(yù)制框架。先試頂，然后進(jìn)行框架段頂推。

（9）施工框架防水等附屬工程。

（10）線路恢復(fù)。

（11）將木枕轉(zhuǎn)換為原來的鋼筋混凝土枕，并增補(bǔ)道床碎石，拆除縱向D型梁、吊軌梁及扣軌件，整理好線路。用同法頂推另一幅框架；施工隧道附屬設(shè)施、兩端船槽、路面及裝飾裝修，恢復(fù)路面。

7 結(jié)束語

位于規(guī)劃建設(shè)區(qū)內(nèi)的鐵路對兩側(cè)的阻隔明顯，規(guī)劃或現(xiàn)狀道路與既有鐵路的交叉進(jìn)行立體化改造，通常情況下以道路全斷面上跨或者下穿為主。以保證道路斷面功能的完整性和連續(xù)性，避免成為瓶頸。本工程涉及既有線施工，施工干擾條件多，安全風(fēng)險(xiǎn)高，管理難度大。

結(jié)合本項(xiàng)目開展的全過程，需要重點(diǎn)注意幾個(gè)方面：

（1）根據(jù)現(xiàn)狀地形和周邊規(guī)劃地塊和路網(wǎng)高程，科學(xué)合理地確定立交型式。

（2）與鐵路部門進(jìn)行對接，搜集相關(guān)資料，對既有鐵路相關(guān)供水、通信、信號、電力以及接觸網(wǎng)需要局部改移或保護(hù)的內(nèi)容進(jìn)行核實(shí)，初步確定施工工藝。

（3）結(jié)合規(guī)劃道路斷面和施工工藝，確定下穿隧道斷面組成。

（4）形成專項(xiàng)方案、初步設(shè)計(jì)先后報(bào)相關(guān)行業(yè)主管部門審查，得到相關(guān)批復(fù)以作為下階段的設(shè)計(jì)依據(jù)。

（5）對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，必要時(shí)選用兩種計(jì)算軟件進(jìn)行相互復(fù)核，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更科學(xué)合理。

（6）對下穿隧道經(jīng)常出現(xiàn)的不均勻沉降、滲漏水等病害問題進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，通過對不良地質(zhì)特性進(jìn)行針對性的處理和節(jié)段間設(shè)置枕梁來減小結(jié)構(gòu)的不均勻沉降；通過設(shè)置外、中、內(nèi)三層防水體系，同時(shí)對變形縫縫和施工縫處進(jìn)行防水加強(qiáng)處理，變形縫內(nèi)側(cè)設(shè)置接水槽等措施，能夠較好地解決隧道滲漏水問題。

（7）在施工隧道頂推段時(shí)，采用的施工方案要經(jīng)由鐵路相關(guān)部門審核并同意后方可實(shí)施；線路加固時(shí)需在軌底及扣件加絕緣墊層，防止連電，在施工過程中要隨時(shí)檢查鐵路線路的加固，確保鐵路線路的安全運(yùn)營；開挖鐵路邊坡時(shí)要加強(qiáng)支護(hù)措施，以減少對鐵路邊坡的影響，消除安全隱患。施工期間鐵路限制行車速度為45 km/h。在施工中確保列車通過時(shí)所有施工機(jī)械設(shè)備不侵入限界。

（8）在頂推段施工開始前要先對鐵路沿線的電力、通訊、信號等管道管線進(jìn)行改移或保護(hù)。頂進(jìn)到位后框架中線高程誤差必須符合施工規(guī)范要求。

（9）為保證在頂推施工過程中線路的安全，在線路上設(shè)專人進(jìn)行 24 h值班，對線路進(jìn)行巡視防護(hù)，有脹軌跑道或斷軌跡象時(shí)，迅速向施工負(fù)責(zé)人匯報(bào)，并對線路采取必要的防護(hù)，同時(shí)向駐站、近端和遠(yuǎn)端防護(hù)人員通報(bào)情況，對列車發(fā)出對應(yīng)的防護(hù)信號，施工負(fù)責(zé)人立即組織人員對脹軌、斷軌進(jìn)行處理。

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