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構型式的分析，結合工程實例，提出設計和施工的注意事項及指導意見。

城市道路；下穿；鐵路橋梁；樁板結構；荷載分析

1 概述

隨著我國高速鐵路建設的快速發展，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。根據鐵建設〔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，應優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構原有的受力、改變平面及空間布置。因此，在方案選擇上需要經過多方面比選，與鐵路部門保持溝通，確保方案及后續實施順利進行。

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。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為首選。

2.3 “U”形槽方式

“U”形槽方式為利用結構底板分散路基結構荷載對橋墩的影響，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”形槽結構自身的影響。施工期間開挖橋下現狀地基，其對鐵路運行的安全也需要考慮。

2.4 樁板結構方式

樁板結構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條件受限無法采用橋梁方式時，可采用樁板結構形成獨立的基礎。

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，兩側控制帶6 m，設計車速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，鐵路設計速度為250 km/h，橋梁上部結構采用32 m簡支T梁，下部結構采用鉆孔灌注樁、樁接承臺、圓端形空腹式橋墩，橋墩承臺縱向寬度10.4 m，樁基進入中風化巖石最小深度為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《鐵路安全管理條例》要求，村鎮居民居住區高速鐵路安全保護區距離為15 m（鐵路橋梁外側起向外的距離）。本次要求防護范圍為橋梁區域加兩側各15 m安全防護距離，合計總長45 m，道路防撞護欄長度設計100 m。

3.2 設計方案

根據城市道路總體規劃，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，增加了設計難度。

根據鐵路部門要求本次修建構造圖邊緣離鐵路承臺邊緣最小距離不小于2.0 m。根據橋下空間及預留遠期立交要求，本次設計道路分4幅道路下穿鐵路。A線（北側人行道+非機動車道）從18～19號橋墩中下穿、主線B（北側機動車道）從20～21號橋墩中下穿，主線C（南側機動車道）從22～23號橋墩中下穿，D線（南側人行道+非機動車道）從23～24號橋墩中下穿。平面相對關系（見圖2）經鐵路部門確認后展開下穿結構的設計。經過多方案比選確定采用樁板結構方式下穿鐵路橋墩。下穿鐵路路段采用（2×16 m）現澆普通鋼筋混凝土樁板結構，板厚80 cm，樁徑80 cm。 樁板結構兩側設置各28 m防撞墻（SS級），防撞墻設置總長度達到100 m。

A幅道路下穿結構：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；板梁橫向寬8 m，縱向長45 m，樁基長10 m。

B幅道路下穿結構：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；板梁橫向寬17 m，縱向長45 m，樁基長15 m。

圖2 平面關系圖

C幅道路下穿結構：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；板梁橫向寬15.5 m，縱向長45 m，樁基長20 m。

D幅道路下穿結構：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；板梁橫向寬8 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）地質情況：根據該工程地質勘察報告，地質情況描述見表1。鐵路樁基及樁板結構樁基均嵌入中分化巖石。

（2）增加荷載：采用樁板結構下穿鐵路橋梁時，其樁基承受其結構自重和車輛荷載，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的影響[3]。

（3）撞擊力：下穿鐵路路段設計行車速度為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《鐵路橋涵設計基本規范》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。汽車荷載產生側向水平附加壓力，均作用于樁板結構及其樁基礎，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，下穿結構施工應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，吊裝作業的大型機械設備或重型機械設備，不可靠近鐵路橋墩，不可在鐵路橋墩側地基上行走碾壓。

（3）施工時，注意車輛進出路徑及大型設備的操作規則，避免發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周邊土體的擾動。

（5）施工完成后，施工單位應及時清理施工區一切臨時建筑物、施工機具、器材等設施。

（6）施工及運營期間應設置必要交通標志、標線、安全警示標志等設施。

5 監控要求

該項目施工期間，應對既有鐵路橋墩承臺的豎向位移、水平位移、固定傾角監測進行檢測，一旦發現異常變形，應立即停止施工，等分析原因采取措施后再進行施工，同時根據監測數據，將既有鐵路橋的變形控制在可控范圍。

6 結論

（1）根據對鐵路橋下部結構的計算分析，采用樁板結構穿越鐵路特大橋對鐵路橋墩基礎承載力、墩頂位移以及基礎沉降無明顯影響，鐵路特大橋樁基承載力能夠滿足要求。

（2）道路在鐵路橋墩側設置SS級防撞護欄，設置預告、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）道路地下管線的設計應按照鐵路的要求進行設計，完善道路排水設計，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，城市道路路基設計規范[S].

[3]JTG D 63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[4]TB 10002D1-2005，鐵路橋涵設計基本規范[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，從事道路橋梁設計工作。