河塘范圍互通道路下穿高速鐵路工程設計研究

田甜 TIAN Tian

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 100162）

0 引言

目前我國交通基建行業正在蓬勃發展，尤其是高鐵項目及城市間高速公路項目的發展尤為迅速，隨著越來越多的高鐵線路逐步開通，使得后續高速公路難免與之產生交叉。當高速公路與鐵路相交時，為確保鐵路線路的安全運營，需對公路線路和結構進行認真研究和設計。在高速鐵路影響區內，橋梁施工中所產生的震動及基坑開挖會對既有鐵路橋梁造成一定的影響，基坑周邊土體的受力失衡會使得周邊地表產生沉降及位移，當沉降或位移值超過安全范圍時，會直接影響鐵路軌道線路的線形，進而影響既有鐵路的安全運行[1]。在某高速互通下穿連鎮高鐵立交工程項目中，由于該互通需新建多處匝道下穿既有高鐵線路，線路交叉處地質較差且地表水較多，加之該互通橋梁基礎毗鄰高鐵橋墩，從而造成互通在施工中對既有高鐵線路產生一定影響。為保證高鐵線路的正常運行，最大限度降低互通施工對高鐵橋梁的影響。

1 工程概況

某高速公路改擴建項目，高速公路與鐵路并行，間距約80m。主線由既有雙向四車道擴建為雙向八車道，設計速度由100km/h提升到120km/h，標準橫斷面寬度為42m。同時對既有互通進行改造，現狀互通由高速公路和城市主干道交叉形成，為十字交叉，型式為對角象限半苜蓿葉型，改造后的互通主體布設在西北象限，采用A型單喇叭型式，收費站匝道上跨高速公路后下穿連淮揚鎮鐵路，詳見圖1。

既有互通改擴建，新建A、B、C匝道下穿連鎮高鐵，且需對既有下穿鐵路城市主干路擴建。其中A匝道從32m橋孔下穿，B匝道因路線平面指標受限，從較小的24m橋孔下穿，下穿處位于河塘范圍，C匝道從40+64+40m連續梁邊孔下穿，臨近鐵路位置也位于河塘范圍。城市主干路從40+64+40m連續梁下穿，由高路基改為橋梁。

連鎮客專為客運專線，高速鐵路，雙線，線間距4.6m，無縫線路，有砟軌道，設計速度250km/h。交叉處鐵路平面位于曲線段，曲線半徑R=4500m。鐵路橋墩頂墩頂水平位移及沉降限值均為2mm[3]。

2 互通匝道設計方案

漣水互通有三個匝道，其中A、B、C匝道下穿連鎮高鐵，其設計方案如下：

A匝道上跨長深高速后下穿連鎮高鐵，因其平面位于R=90m的圓曲線段，考慮組合結構的梁片布設困難，小半徑曲線不便于施工，不宜采用組合梁結構，結合項目位置地勘，且橋面設計標高比原地面高約8m，采用現澆梁方案[2]。

B匝道下穿連鎮高鐵處位于河塘范圍，地質較差，若采用路基形式下穿鐵路需進行地基加固及路基填筑，對鐵路影響較大。根據總體縱斷面設計，道路設計線與地面及洪水位較接近，無法采用常規箱梁結構下穿鐵路。對于地質較差且道路設計標高距地面較近情況，可考慮采用剛構橋或樁板結構下穿鐵路。樁板結構下方需填土，根據縱斷面，梁底距離塘底約4m，填土范圍及深度過大，不適用于現場情況。剛構橋不設支座，且橋下無需填土，最終B匝道采用剛構橋方案下穿高鐵。

C匝道下穿炎黃大道后下穿連鎮高鐵，后又穿越兩處河塘與A匝道相接。下穿連鎮高鐵位置設計高程僅高于地面線約1.5m，為了減小對鐵路的影響，采用樁板結構下穿高鐵。穿越河塘范圍由于河塘較深，且河塘內地質較差，因此采用剛構橋方案穿越河塘。

3 數值分析

選取涉鐵范圍內的巖土及結構物，采用數值模擬方法計算B、C匝道及主干路擴建下穿施工對連鎮客專1038#～1043#橋墩和承臺的影響。利用Plaxis 3D建立三維有限元模型，模型長295m，寬155m，深度約80m。模型中土體采用小應變土體硬化本構模擬，既有鐵路橋墩及承臺，新建橋梁樁基、承臺、蓋梁，新建樁板結構等均采用線彈性實體單元模擬，鐵路樁基采用嵌入式梁單元模擬，鋼板樁圍堰采用板單元模擬。幾何模型底部施加完全固定約束，兩側施加豎直滑動約束，模型表面為自由邊界。場地主要土層物理力學參數及其他結構的模型參數根據本工程地質勘察報告與工程經驗取值，得到計算模型如圖2所示。

共劃分了10個計算工況：

工況1：池塘圍堰抽水；

工況2：城市主干路既有路基開挖；

工況3：匝道橋梁、樁板結構及城市主干路橋梁樁基施工；

工況4：匝道橋梁承臺基坑開挖；

工況5：匝道橋梁承臺、墩身施作及基坑回填；

工況6：匝道橋梁梁式支架現澆段梁體施作；

工況7：城市主干路墩柱蓋梁施作及梁體架設；

工況8：C匝道樁板結構施作；

工況9：匝道路基段路基填筑；

工況10：池塘回水及道路鋪裝運營。

將連鎮客專1038#～1043#橋墩墩頂及承臺因上述施工及運營過程引起的階段位移累加，得到表1～表2。

由表1可以看出，工程施工及運營過程引起連鎮客專橋墩墩頂過程累計順橋向最大位移發生在工況10（池塘回水及道路鋪裝運營），位于1042#橋墩，為0.977mm；墩頂過程累計橫橋向最大位移發生在工況3（匝道橋梁、樁板結構及炎黃大道橋梁樁基施工），位于1042#橋墩，為-0.478mm；墩頂過程累計豎向最大位移發生在工況10（池塘回水及道路鋪裝運營），位于1041#橋墩，為-0.585mm。

表1 各工況鐵路橋墩墩頂累計位移匯總 單位：mm

由匯總表2可以看出，工程施工及運營過程引起連鎮客專承臺過程累計順橋向最大位移發生在工況10（池塘回水及道路鋪裝運營），位于1042#橋墩，為0.542mm；承臺過程累計橫橋向最大位移發生在工況3（匝道橋梁、樁板結構及炎黃大道橋梁樁基施工），位于1042#橋墩，為-0.313mm；承臺過程累計豎向最大位移發生在工況10（池塘回水及道路鋪裝運營），位于1041#橋墩，為-0.585mm。

表2 各工況鐵路橋墩承臺累計位移匯總 單位：mm

4 結束語

通過對互通線形及結構方案進行設計優化，同時對互通匝道橋梁施工及運營過程引起的高鐵橋梁變形進行數值分析，驗證了本項目引起的鐵路橋梁變形值在安全范圍以內。

對下穿鐵路道路結構選型總結如下：

當道路縱斷貼近原地（一般控制在2m以內），地基承載力達不到規范要求180kPa，無法采用路基形式下穿鐵路時，優先采用樁板結構。

當道路縱斷面距離地面大于2m，采用常規橋梁結構（空心板、預制箱梁、現澆箱梁等）無法保證梁底檢修凈空，或支座低于洪水位時，可采用剛構橋下穿鐵路。

當道路縱斷面滿足常規橋梁結構設置條件，新建橋梁樁基與鐵路橋樁基滿足規范要求時，可采用常規橋梁結構下穿鐵路。