高速公路跨越南水北調(diào)立體交叉設計要點

嚴 華

(河北省交通規(guī)劃設計院 石家莊市 050011)

1 京德高速公路工程概況

北京新機場至德州高速公路京冀界至津石高速段(以下簡稱“本項目”)是《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》中“四縱三橫”區(qū)域高速公路網(wǎng)的重要組成部分，為縱四線的一期工程。是雄安新區(qū)使用北京新機場最主要的高速公路，是雄安新區(qū)與冀東南、魯西之間的重要聯(lián)系通道，是實現(xiàn)新區(qū)60min到北京、天津，90min到石家莊目標的重要支撐。本項目的建設是實現(xiàn)河北省及以南區(qū)域與新機場之間的快速集疏，完成與機場無縫銜接的重要通道；本項目是對河北省高速公路網(wǎng)的加密，對沿線區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的帶動具有重要意義。

2 南水北調(diào)廊涿干渠工程概況

廊涿干渠是南水北調(diào)中線河北省配套工程的重要組成部分，從南水北調(diào)中線工程總干渠引水，由已實施的水庫連接渠及南水北調(diào)中線京石段應急供水工程輸水，在三岔溝口門分水后，再通過廊涿干渠輸水到廊坊市的廣陽水庫。廊涿干渠向沿途的涿州、松林店、固安縣、固安電廠、永清縣及廊坊市區(qū)供水，應急期間僅向廊坊市區(qū)供水。廊涿干渠總長約80km，全線采用2條預應力鋼筒混凝土管輸水，最大引水流量11m3/s。

交叉位置位于廊涿干渠固安電廠分水口-永清分水口段，分段長度13.335km，分段規(guī)模8.5m3/s，采用雙排PCCP DN2200地埋管道布設，工作內(nèi)壓力0.6MPa。沿工程輸水管道鋪設有Φ40硅芯管，硅芯管位于輸水管左側(cè)，無套管。邊坡比為：粘性土1∶0.75；密實無粘性土及混合土層1∶1；松散無粘性土及開挖深度大于5m管段1∶1.25。交叉位置處覆土2m。本段管線東西走向，較順直，廊涿干渠工程已全部建成通水，為改善廊坊市城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)用水發(fā)揮了良好作用。

3 設置跨越的必要性

交叉處京德高速公路大致呈南北走向，位于大廣高速公路以東，京臺高速公路以西的走廊帶內(nèi)。項目范圍內(nèi)廊涿干渠工程則呈東西走向，故本項目與廊涿干渠的交叉不可避免。

京德高速橫穿廊涿高速，于固安縣知子營鄉(xiāng)南與廊涿高速相交，為了實現(xiàn)該項目與廊涿高速交通流的轉(zhuǎn)換，設置知子營樞紐互通。交叉處位于知子營樞紐互通內(nèi)，與主線左右幅各交叉一次，與A匝道、D匝道各交叉一次，共設置4座立交橋。采用橋梁方案跨越，維持管道上方原土壓力不變，保證公路運營期間對管線設施無影響。見圖1。

4 跨越方案布置

京德高速于廊坊市固安縣知子營鄉(xiāng)知子營村南部跨越南水北調(diào)廊涿干渠，此處管道位于直線上，路線順直。

4.1 交叉處角度論證

(1)交叉處高速公路主線為減少對地方村莊正常生活的干擾，路線走向采用避讓村莊的方式穿越，同時，在知子營互通南有在建的京雄城際鐵路、廊涿城際鐵路與京德高速公路交叉，受南套里村的影響，其交叉角度也無法正交，同時，高速公路滿足內(nèi)側(cè)車道幾何視距對應的最小平曲線半徑為2204m，本項目設計采用2300m半徑，已接近該最小值，故設計采用的交叉角度確定為85°。

(2)互通立交匝道為相交叉道路的連接道路，起終點受相交叉道路線位制約，匝道路線長度較短，且多以小半徑曲線為主，線性設置綜合互通方案的合理性、工程規(guī)模的經(jīng)濟性、車輛行駛的舒適性、安全性等方面，本項目A、D匝道與南水北調(diào)干渠交叉處曲線半徑分別為120m、350m，由于半徑較小，如將匝道線形與南水北調(diào)干渠交叉角度調(diào)整為正交，通過方案重新繪制，匝道線位偏離較遠，無法與前后道路銜接上。故互通方案A、D匝道與南水北調(diào)干渠交叉設計角度分別為74.2°和80.9°。

表1 交叉角度一覽表

(3)結(jié)論

根據(jù)《其他工程跨越下穿鄰接河北省南水北調(diào)配套工程設計及安全評價技術(shù)要求》中4.2.2其他工程跨越配套工程明渠、暗涵時宜采用正交方式。經(jīng)論證確需斜交時，其交角不宜小于70°。

京德高速公路與南水北調(diào)的四處交叉設計角度均大于70°，滿足要求。

4.2 高速公路與南水北調(diào)位置關(guān)系論證

(1)交叉處京德高速主線采用1-30m跨越干渠，上部結(jié)構(gòu)為預制小箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、樁基礎(chǔ)；最小凈空6.43m，最小凈距9.26m。

(2)A匝道橋采用1-32m跨越干渠，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)為扶壁臺、樁基礎(chǔ)；最小凈空4.51m，最小凈距9.52m。

(3)D匝道橋采用1-32m跨越干渠，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)為扶壁臺、樁基礎(chǔ)；最小凈空4.57m，最小凈距9.91m。

(4)交叉處管道埋深如表2所示。

表2 埋深一覽表

(5)結(jié)論

根據(jù)《其他工程跨越下穿鄰接河北省南水北調(diào)配套工程設計及安全評價技術(shù)要求(試行)-2016》要求：

其中4.2.10條規(guī)定：在輸水管涵上方地面及其兩側(cè)各5m范圍內(nèi)，禁止實施影響工程運行、危害工程安全和供水安全的下列行為：擅自修建建筑物、構(gòu)筑物；堆放超過管涵設計荷載標準的重物；行駛超過管涵設計荷載標準的車輛。

其中4.2.12條規(guī)定：跨越配套工程暗涵、管道的布置應符合：跨越工程下部結(jié)構(gòu)距暗涵、管道外輪廓的安全距離經(jīng)論證確定，不宜小于2倍管涵底部埋深，且不小于5m。下部結(jié)構(gòu)施工不得影響配套工程安全。

則安全距離不宜小于4.6×2=9.2m且大于5m，故四處立體交叉橋梁橋墩承臺、樁基等宜設置在輸水管道外輪廓9.2m以外。

如表3所示，其水平最小凈距均滿足要求。

表3 交叉方案主要技術(shù)指標對比匯總表

5 設計要點

在前述交叉角度及相互位置關(guān)系均滿足相關(guān)規(guī)定要求的前提下，應進行必要的專項設計，包括對管道的安全影響設計、防排水設計、管道周圍土的沉降設計、管道維護設計、高速公路施工期安全措施、環(huán)境保護設計以及應急預案等方面。

(1)對管道的安全影響設計

在跨越位置橋梁起終點樁號之前合適位置設置禁止停車標志及其他提醒標志，禁止任何超限超載及運載易燃、易爆等危險品的車輛在跨越范圍內(nèi)停留，避免公路運輸事故對廊涿干渠輸水管道的不利影響；橋梁兩側(cè)采用墻式防撞護欄，設置最高級SA級護欄，護欄高度100cm，避免車輛沖出橋面事故，降低公路運輸對南水北調(diào)管道的影響。

(2)防排水設計

設計采取在橋面范圍現(xiàn)澆一層防水混凝土，其上再涂抹一層防水層，防止橋面積水下滲流入地面；跨越位置處橋面范圍內(nèi)不設置泄水孔,橋面水由相鄰孔排至地面, 避免橋面排水對輸水管道頂面覆土的沖刷，確保橋面水排至南水北調(diào)管理范圍以外；同時，在橋梁范圍內(nèi)，不設置路基邊溝，管道上方不挖土。

(3)管道周圍土的沉降設計

為減少橋頭路基沉降對管道的影響，在立體交叉橋頭兩側(cè)采用泡沫輕質(zhì)土方案填筑臺背。

(4)管道維護設計

為保障管線供水暢通，考慮橋下范圍管道破損時可能需要更換管道，一般采用門架方案。見圖2。

高速公路項目竣工后應采購并向南水北調(diào)管理部門移交門架實施所需材料，包括：門架基礎(chǔ)軌道工字鋼、起吊橫梁工字鋼及滿足要求的手動葫蘆等。

(5)高速公路施工期安全措施

施工前要探明兩條管道現(xiàn)場具體位置，并標定外邊線，劃定施工保護范圍，避免大型施工機械誤入，造成管道受壓爆管事故發(fā)生。

①橋梁樁基采用對土層適應性強、無擠壓效應、無振動、對地層擾動小、噪聲小、泥漿少、成孔速度快的旋挖鉆機成孔施工工藝。

②施工腳手架安裝地基必須進行硬化，減少對地面的影響。鋼筋在鋼筋車間制作成型,施工時整體吊裝；模板采用鋼模板,用汽車吊機吊住混凝土斗進行混凝土澆注；混凝土施工采用攪拌站生產(chǎn)的罐車運送至澆注地點進行澆注；吊機及混凝土罐車停放于干渠管理范圍外。

③立體交叉橋梁上部預制梁采用架橋機進行架設，確保對橋下凈空范圍內(nèi)無干擾。

④立體交叉橋梁上部現(xiàn)澆梁可采用在貝雷梁上設置支架，并支立模板澆注混凝土方式進行，以確保支架荷載對管道不產(chǎn)生干擾。

⑤在必要位置圍擋并設提示牌，禁止所有施工車輛直接壓管道通行。

⑥施工便道與廊涿干渠交叉處需設置鋼便橋(圖3)，以跨越管道，鋼便橋以正交方式跨越廊涿干渠以降低橋梁跨徑，便橋?qū)挐M足高速公路施工要求，跨管道部分的跨徑應滿足南水北調(diào)管道安全距離，上部結(jié)構(gòu)采用貝雷梁，下部結(jié)構(gòu)采用鋼管樁形式。施工鋼便橋時注意避讓管道，鋼管樁采用靜力壓樁，壓樁無振動，對周圍無干擾，便于運輸。

⑦沿管道外沿兩側(cè)各6m范圍內(nèi)設置封閉閉合的硬質(zhì)圍擋，與征地邊線、便橋等相連接，并設置提示牌，禁止施工車輛從便橋以外的位置通過廊涿干渠管道。

⑧為避免施工過程中對暗管的擾動，在管道外側(cè)6m位置設置1m高鋼絲圍擋，同時，考慮到管道發(fā)生爆管的可能，在鋼絲圍擋下設置防護樁；施工結(jié)束后，鋼絲圍擋不拆除，確保對干渠的持續(xù)保護；同時，在樞紐交叉起止點位置設檢修道路和防護門，以便日常巡查檢修維護通行使用。

⑨在樁基施工過程中，為了能有效地保護管道，泥漿池分別設置在距離管道邊緣南北兩側(cè)各30m處，泥漿池長6m、寬5m、深2m，沉淀后的泥漿采用渣土車外運制定地點存放。

(6)安全監(jiān)測設計

在跨越廊涿干渠施工及其影響期(一般為運營期一年)內(nèi),應根據(jù)水利主管部門的要求,對穿越處一定范圍內(nèi)的配套工程變形進行監(jiān)測。進行變形監(jiān)測,要在測區(qū)內(nèi)選定適量的水準點作為觀測點,并埋設標志,同時在變形范圍外的穩(wěn)定處設置適量的基準點。根據(jù)變形觀測資料,可以分析變形規(guī)律,預計變形的發(fā)展趨勢。在施工影響期通過安全監(jiān)測系統(tǒng),對管道安全運行進行監(jiān)測。

6 結(jié)語

高速公路跨越南水北調(diào)管道不僅涉及工程本身的安全，同時也是涉及民生的大事，因此，必須進行專項設計與安全評價。除文中所述的設計要點外，尚應進行環(huán)境保護、應急預案等設計。