市政道路下穿既有地方鐵路工程技術研究

許 彪

(四川省鐵路集團有限責任公司，四川 成都 610031)

隨著國民經濟不斷向前發展，城市開發進程不斷向周邊延伸，早期興建的地方鐵路工程已處于城市地帶，在市政工程設施建設過程中必然存在同既有鐵路產生交叉，對于交叉方案的選擇成為了市政項目的關鍵點，合理的設計方案選擇必須在保障市政工程建設順利的同時保證鐵路運營安全。

1 工程概況

瀘州市城東沙茜過長江通道(即城東長江二橋)及連接線工程位于瀘州市城東片區，為沙茜CBD與高壩組團的連接通道。本工程起始連接點于既有國窖長江大橋東橋頭茜草立交，經過茜草半島后跨越長江，于瀘州老窖羅漢釀酒基地旁上岸后，下穿瀘州進港鐵路，與已建空港大道相交形成全互通立交，終點止于既有成—自—瀘—赤高速公路收費站，路線全長約6.25 km，包含跨江橋工程及兩岸接線工程。本項目即為東岸連接線工程，需下穿已經在運營的進港鐵路，下穿位置為瀘州港中心港區鐵路專用線長堰塘中橋，鐵路橋中心樁號為中心里程K7+185，全長93.10 m。項目平面布置圖見圖1。

2 設計方案

本市政道路定位為城市主干路，設計時速60 km/h，為雙向八車道，道路紅線寬度為40 m，兩側各預留3 m控制綠帶，路基頂面總寬度為46 m。為盡量減小下穿路基對鐵路橋墩的影響，在進港鐵路長堰塘中橋1號墩四周設置矩形鋼筋混凝土護筒進行保護。護筒包括基礎底板、側墻、中間隔墻及頂板，頂板上設置防撞護欄。在護筒外圍設置路基，護筒作為受力結構，自身承擔路基填土荷載，因護筒與鐵路橋橋墩分離，不傳遞荷載給橋墩，形成對橋墩的保護作用。同時對下穿段市政道路路基增設土工格柵，增強路基整體穩定性。

橋墩護筒采用C30矩形鋼筋混凝土結構，整個護筒埋在路基下方，護筒底部尺寸為17.5 m×10.7 m，護筒頂部尺寸為13.5 m×6.7 m，護筒總高為3.1 m。護筒底板厚度為0.6 m，側墻及中間隔墻厚度0.4 m，頂板厚度0.4 m。護筒結構示意圖見圖2。

3 工程地質

通過地面調查和鉆探揭露，本工程沿線出露地層為第四系全新統土層和侏羅系中統沙溪廟組沉積巖層。覆蓋層主要為人類工程活動堆填的第四系人工填土層和第四系殘坡積層、崩坡積和沖洪積層，下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組陸相沉積的砂巖和泥巖呈互層。本穿越段的地基持力土層主要為第四系殘坡積層，承載力均大于150 kPa，滿足公路路基設計規范要求。

4 橋墩防護結構計算

4.1 橋墩防護結構計算公式

4.1.1 路基填土及汽車荷載取值

根據JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范，壓實填土中立的豎向和水平壓力強度標準值與汽車荷載等效土層厚度計算公式如下。

1)豎向和水平壓力強度標準值。

豎向壓力強度：qV=γh;

水平壓力強度：qH=λγh;

λ=tan(45°-0.5×φ)。

其中，γ為土的重度,kN/m3;h為計算截面到路面頂的高度，m；λ為側壓系數。

2)汽車荷載在橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側壓力，等代均布土層厚度h(m)換算公式：

h=∑G/Bl0γ。

其中，γ為土的重度，kN/m3；∑G為布置在B×l0面積內的車輪的總重力，kN；l0為橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，m；B為橋臺橫向全寬或擋土墻的計算長度，m。

3)根據JTG D81—2017公路交通安全設施設計規范，橋梁護欄的汽車橫向碰撞荷載標準值取HA級720 kN。

4.1.2 結構裂縫計算公式

Wcr=C1×C2×C3×σss/Es×

[(c+d)/(0.36+1.7×ρt)]。

其中，C1為鋼筋表面形狀系數，帶肋鋼筋1.0；C2為作用(或荷載)長期效應系數，C2=1+0.5NL/Ns(ML/Ms);C3為與構件受力性質有關的系數；其他受彎構件為1.0；σss為鋼筋應力：受彎構件σss=Ms/(0.87×As×h0)；Es為軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點的距離；c為最外排縱向受拉鋼筋的混凝土保護層厚度，mm；d為受拉鋼筋直徑；ρt為縱向受拉鋼筋有效配筋率；Ns(Ms)為短期效應軸力(彎矩)；NL(ML)為長期效應軸力(彎矩)。

4.2 護筒結構驗算

4.2.1 護筒側壁

護筒側壁分析時，簡化不考慮頂板、底板的約束作用，取最不利位置護筒底部1 m高度筒體進行計算，采用均布土壓力進行加載，護筒側壁橫向彎矩圖和軸力圖如圖3所示。

由上述計算結果可知，土壓力產生的護筒側壁梗腋處截面最大彎矩88.9 kN·m，等厚處截面最大彎矩41.3 kN·m，對應軸壓力為76.7 kN，對護筒側壁等厚處、梗腋處截面進行承載力均滿足設計要求，對護筒側壁等厚處、梗腋處截面進行裂縫驗算，驗算結果最大值為0.092 mm，滿足設計要求。

4.2.2 護筒頂板

橋墩護筒頂板橫向彎矩圖見圖4。

由上述計算結果可知，汽車碰撞荷載產生的護筒頂板最大彎矩為144.5 kN·m，護筒頂板裂縫寬度最大值為0.132 mm，通過對護筒頂板截面進行承載力及裂縫驗算均滿足設計要求。

4.3 基底應力計算

根據圍護滅火結構設計計算基底應力。

基底面積：17.5×10.7-33.765×2=119.72 m2；

護筒自重：155.2×25=3 880 kN；

護筒底板上填土(包括車輛荷載等代土層厚度)自重：96.8×3.9×20=7 550.4 kN；

平均基底應力：3 880+7 550.4/119.72=95.5 kPa。

根據進港鐵路橋處地勘資料，該橋處粉質黏土地基承載力特征值為150 kPa，滿足護筒受力要求。

5 結語

通過有限元分析軟件Midas對圍護結構進行數值分析驗算以及承載力和裂縫驗算。對橋梁圍護結構進行了充分分析，可以得出：

1)在圍護結構跨中和角部最不利工況條件下，通過合理的結構設計，可以確保鐵路橋梁圍護結構最大彎矩滿足設計和承載要求。

2)圍護結構最大裂縫變形為頂板處小于規范要求的0.2 mm，滿足結構設計及防護要求。

3)通過圍護結構隔離市政道路路基和既有鐵路橋墩，對下穿段路基填筑中增設土工格柵等復合材料，能有效保證鐵路橋墩安全。

總之，臨近既有鐵路市政道路工程的控制要點為如何有效將新建工程隔離于鐵路結構外，確保鐵路結構其不受外力影響，合理的圍護結構選擇可以確保其受力及裂縫檢算滿足要求。