平原地區(qū)既有鐵路平交道口改立交設(shè)計探討

王江輝

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都610031)

平原地區(qū)地勢平坦，人口密集，交通較發(fā)達。早期平原鐵路等級較低，路基普遍不高，一般軌面高出地面僅1～2 m，沿線城鎮(zhèn)分布密集，道路與鐵路相交多為平交道口，不僅存在安全隱患，而且給人民群眾的生產(chǎn)、生活帶來不便。近年來，鐵路行車速度有了很大提高，既有鐵路平交道口已經(jīng)不能滿足交通及安全的要求，在既有鐵路擴能改造或增建二線時，均要求平交道口改建為立體交叉通過。在平原地區(qū)，平交道口已經(jīng)成了制約鐵路提速和地方交通發(fā)展的一個瓶頸。根據(jù)發(fā)展需要，鐵路與道路需立體交叉，以滿足交通日益快速發(fā)展的要求。本文擬通過分析平原地區(qū)平交道口改建為立體交叉(簡稱平改立)的方式和特點，探討如何根據(jù)既有平交道口的特點進行合理改造，達到工程節(jié)省、方案合理且滿足當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活的需要的目的。

1 平改立的形式及優(yōu)缺點分析

平改立的形式一般有三種：道路上跨鐵路、道路下穿鐵路、機動車道上跨鐵路，非機動車道下穿鐵路。

1.1 道路上跨鐵路

在平原地區(qū)，車流量大，采用道路上跨鐵路立交橋形式時，橋下凈空按電氣化鐵路預(yù)留，預(yù)留高差較大，立交橋引橋坡度不宜按規(guī)范最大值設(shè)計，否則非機動車不能順利過橋，影響當(dāng)?shù)鼐用裢ㄐ?，因此，引橋長度較長，工程投資增大，經(jīng)濟性較差。

1.2 道路下穿鐵路

采用框架結(jié)構(gòu)的形式，道路下穿鐵路，框架出入口接鋼筋混凝土U形槽。根據(jù)道路等級不同，軌底至板頂?shù)母餐梁穸?、框架結(jié)構(gòu)的頂板厚度以及預(yù)留凈空的不同，靈活設(shè)計，整個結(jié)構(gòu)所需要的高差遠小于上跨立交的高差，引道長度短，投資低，運營后對周圍環(huán)境噪音污染小，美觀效果好。

1.3 機動車道上跨鐵路、非機動車道下穿鐵路

部分道路由于受周圍地形地貌條件限制或地方政府對交通的規(guī)劃要求，可以采用機動車道上跨鐵路，非機動車道下穿鐵路的立交形式。該方式結(jié)合兩種平改立形式的優(yōu)點，減少立交橋引橋長度，在滿足交通需要前提下，立交方案更加合理、經(jīng)濟。

2 工程應(yīng)用

既有漯河至阜陽鐵路位于河南省東南部和安徽省西北部的黃淮沖積平原地區(qū)，建于20世紀70年代，全長206 km，鐵路等級低，路基普遍不高，一般軌面高出地面僅1～2 m，與既有道路交叉形式多為平交。沿線地下水位一般在地面下1.2～2.5 m，地下水位較高。

漯阜鐵路平改立形式主要采用下穿鐵路形式，線下設(shè)置框架涵或框架橋，兩端接U型槽形式。部分受地形地貌限制或地方道路管理部門要求的，采用道路上跨鐵路，公路橋引橋坡度一般為3%～5%。

2.1 漯阜鐵路平改立特點

(1)地質(zhì)條件較差，地質(zhì)一般以黏性土、粉土、砂類土及碎石類組成的多層結(jié)構(gòu)的松散堆積物為主，沿線主要的特殊巖土為軟土、膨脹土及季節(jié)性凍土等，地基一般需要處理，在既有線下處理地基，施工難度大，受空間限制較大，為確保既有線行車及施工安全，應(yīng)對既有線進行加固、防護處理，施工期間，列車限速通行。

(2)地下水位普遍較高，最高地區(qū)，地面下1.2 m可見地下水。設(shè)計中，除考慮水的浮力對結(jié)構(gòu)物影響外，還應(yīng)對下穿結(jié)構(gòu)的防水、排水充分考慮，防止建成后，地下水滲入，下穿結(jié)構(gòu)內(nèi)積水，影響通行。

在施工過程中，水位較高，對施工影響較大，需采取降水措施，如設(shè)降水井等，防止施工過程中，基礎(chǔ)浸泡，影響施工質(zhì)量和施工安全。

(3)地勢平坦，采用下穿鐵路結(jié)構(gòu)物，雨季容易積水，造成通行困難。

2.2 漯阜鐵路平交道口改立交設(shè)計原則

(1)框架出入口U形槽引道及防排水：下穿平改立框架橋、涵出入口引道位于水位線以下部分設(shè)鋼筋混凝土U形槽，水位線以上部分設(shè)素混凝土擋墻。省、國道等或城市內(nèi)平改立排水形式采用泵房排水，縣鄉(xiāng)道路下穿框架橋及孔徑不大的框架橋、涵出入口引道U形槽或擋墻上設(shè)鋼筋混凝土雨棚，防止雨水落入引道及主體內(nèi)，雨棚框架柱落于U形槽或擋墻側(cè)壁，鋼筋錨入側(cè)壁長度應(yīng)滿足受力計算及規(guī)范要求。雨棚頂板采用懸挑板，每邊挑出0.5 m，板配筋應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)計算和正常使用要求。

雨棚立柱之間設(shè)置欄桿，防止兒童、行人跌落U形槽內(nèi)，確保行車及人身安全。

(2)交通框架橋涵箱體內(nèi)設(shè)有厚度不小于20 cm的C30混凝土防磨層，并設(shè)有10 cm×10 cm的φ10鋼筋網(wǎng)；箱體外U形槽設(shè)20 cm厚的C30混凝土路面，擋墻范圍內(nèi)路面設(shè)20 cm厚防磨層，并設(shè)10×10 cm的φ10鋼筋網(wǎng)，下設(shè)35 cm后漿砌片石，10 cm厚碎石墊層。

(3)為了減小引道的長度及坡度，同時滿足《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB 10002.1-2005)的要求，下穿框架橋涵的填土厚度按不小于0.8 m設(shè)計。

(4)當(dāng)框架橋箱底的地基承載力δo≥0.18 MPa、框架涵箱底的地基承載力δo≥0.15 MPa時，在箱底設(shè)30 cm厚級配碎石墊層，其上設(shè)20 cm厚C30混凝土墊層；U形槽基底設(shè)20 cm厚混凝土墊層。

當(dāng)框架橋基底承載力δo≤0.18 MPa、框架涵基底承載力δo≤0.15 MPa時，如基底換填的厚度小于1.5 m，且換填施工對既有線行車安全影響較小時，基底采用換填級配碎石加固，否則采用旋噴樁加固地基。采用旋噴樁加固地基時，樁頂設(shè)30 cm厚級配碎石墊層，其上再設(shè)20 cm厚C30混凝土墊層；相應(yīng)的U形槽基底設(shè)置30 cm厚級配碎石墊層，其上設(shè)20 cm厚C30混凝土墊層。U形槽基底一般不采用旋噴樁加固。

(5) 既有線下穿工程施工方法根據(jù)平改立的實際施工情況采用頂進法、D便梁或工字鋼束梁架空施工。

(6)下穿框架橋、涵施工時對既有路基采用挖孔樁及鋼板樁、鋼軌樁進行防護，保證施工安全和既有線正常運營。

(7)所有立交橋涵均設(shè)置限高標志、限速標志。U形槽引道上設(shè)置雨棚的，固定在雨棚出入口端的橫梁上，橫梁加強結(jié)構(gòu)，兼顧限高架功能，不再另設(shè)限高防護架，其余的在引道兩端設(shè)限高防護架。

(8)下穿框架橋、涵兩端接U形槽，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，U形槽側(cè)壁頂預(yù)埋接雨棚的鋼筋，U形槽底兩側(cè)各伸出0.5 m，用填土的槽壁摩擦力及自身重量來抵抗地下水產(chǎn)生的浮力，不再設(shè)置抗浮樁。U形槽基底承載力不能滿足要求時，基底進行換填處理；U形槽長度一般10～15 m為一節(jié)，正交框架橋涵采用平面為矩形的U形槽，如框架橋涵為斜交，與框架主體相鄰節(jié)段U型槽采用平面為梯形，其余采用平面為矩形，在U形槽每個伸縮縫處設(shè)置枕梁。U型槽計算采用有限元軟件MIDAS，取1 m長作為有限元建模對象，采用板單元或梁單元建立有限元模型，提取其內(nèi)力，然后按純彎或偏壓構(gòu)件進行配筋檢算。

(9)U型槽與道路地面接頭位置，設(shè)置反坡，反坡外設(shè)置橫向截水槽，截水槽將U型槽外雨水流入槽內(nèi)的通道截斷，兩側(cè)截水槽上設(shè)鐵篦子。

(10)U形槽引道坡度根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01-2003)和《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20-2006)設(shè)計，結(jié)合調(diào)查情況，等級公(道)路不超過5%，等級外公(道)路根據(jù)調(diào)查情況，交通量較大，既有情況較好的公(道)路最大坡度以不超過6%為宜。交通量較小，既有情況一般的公(道)路最大限坡以不超過7%以宜。當(dāng)平面條件受到限制，交通流量較小時，非寒冷地區(qū)最大坡度可適當(dāng)加大，但不應(yīng)超過8%。

3 技術(shù)總結(jié)

平原地區(qū)平改立工程受地形、地下水位、地質(zhì)及現(xiàn)場實際情況等諸多因素的影響，必須從設(shè)計源頭著手，采取有效、經(jīng)濟、可行的處理措施，確保設(shè)計合理、工程安全。

結(jié)合漯阜鐵路的平改立的設(shè)計及現(xiàn)場施工情況，對平原地區(qū)的平改立主要技術(shù)問題總結(jié)如下。

(1)平原地區(qū)新建路網(wǎng)鐵路線路標高在設(shè)計時應(yīng)考慮橋涵排水、立交的需要，在條件允許的情況下，盡量避免挖方內(nèi)設(shè)橋涵，路堤不能太低，應(yīng)考慮水文、內(nèi)澇對橋涵、路基的影響。

(2)立體交叉形式的選擇應(yīng)根據(jù)既有鐵路標準、道路等級、地質(zhì)、水文及交通流量等情況綜合考慮后進行選擇，一般地段建議優(yōu)先采用下穿鐵路的平改立方案。

(3)對于U形槽上設(shè)置雨棚還是采用泵房排水，應(yīng)根據(jù)具體工程的具體情況進行綜合考慮。

雨棚設(shè)置簡單，建成后，不需要經(jīng)常維護，后期投入小，維護費用少。但設(shè)置雨棚后，會對U形槽及框架主體內(nèi)視線有影響，美觀效果差。

采用泵房排水對U形槽及框架主體內(nèi)視線影響小，美觀效果好，但建設(shè)時投資大，投入使用后，日常維護成本高，容易淤堵，且受周圍電力引入及雨水排放點的影響，適用條件受限。

(4)下穿鐵路平改立方案，需根據(jù)道路等級類型不同，如鄉(xiāng)間土路、鄉(xiāng)間水泥路、機耕道、縣道、省道、國道等，引道的坡度除根據(jù)規(guī)范采用外，同時應(yīng)針對不同的地域特點，設(shè)計中仔細考慮，認真研究。在北方寒冷地區(qū)，冬季較長，雨雪天氣道路容易結(jié)冰，危及行車安全，或在交通流量較大的地段，引道坡度不能過陡，同時應(yīng)設(shè)置防滑槽。

(5)平原地區(qū)地質(zhì)一般為土質(zhì)地基，承載力較小，地層間常夾有軟塑狀土，基底承載力達不到設(shè)計要求時，應(yīng)對地基進行處理。下穿平改立施工在既有線下或緊鄰既有線，施工作業(yè)空間小，且位于既有線下，不宜采用深換填等處理措施，以免危及既有線安全時，可采取旋噴樁處理，漯阜鐵路采用小型旋噴樁施工機械，既有軌底下有3.5 m操作空間即可，避免大開挖，減少了施工風(fēng)險。

(6)地下水位高的平原地區(qū)，框架主體及U型槽部分結(jié)構(gòu)物 在水位線以下，框架主體之間、框架與U型槽之間、U型槽之間沉降縫防水至關(guān)重要，除設(shè)置橡膠止水帶外，還應(yīng)填充彈性密封膏，沉降縫外設(shè)置50 cm寬卷材防水層，環(huán)繞整個沉降縫，阻斷地下水進入框架及U型槽的可能。

(7)平原地區(qū)下穿平改立除了地下水的影響外，還有地表水及雨水的影響，要防止地表水及雨水流入，漯阜鐵路鄉(xiāng)村道路及一般縣道，采用U型槽上設(shè)置鋼筋混凝土雨棚，雨棚頂板采用懸挑板，每邊挑出0.5 m，防止雨水飄落進U型槽。U型槽與地面相接處，設(shè)置反坡，反坡前設(shè)置20 cm寬橫向截水槽，截水槽上設(shè)置鐵篦子；U型槽兩側(cè)邊墻頂高出地面20～30 cm，回填土向外做1∶10流水坡，防止U型槽兩側(cè)地表水流入；上述措施避免了地表水及雨水進入下穿平改立，因此可以設(shè)置雨棚的下穿平改立可以不需設(shè)置泵房排水，投入運營后，避免了泵房的長期維護。

(8)重要縣道、省道、國道及城市道路，框架孔徑較大，設(shè)置鋼筋混凝土雨棚結(jié)構(gòu)笨重，影響美觀，容易開裂，因此設(shè)置泵房排雨水。城市內(nèi)下穿平改立可以將流入的雨水排入集水井或直接采用管道排入城市下水管網(wǎng)，郊外及遠離城市的則排至附近水溝、河流或排洪涵中，如附近無上述可供排水之處，可考慮在工點附近設(shè)置蒸發(fā)池，將水排入蒸發(fā)池中。

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[4] JTG B01-2003公路工程技術(shù)標準[S]

[5] JTG D20-2006公路路線設(shè)計規(guī)范[S]