福州南江濱東大道下穿福廈高鐵設(shè)計與施工要點分析

黃海龍

(福州市規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350001)

0 引言

高速鐵路具有高速度、高舒適度、高安全性和高密度連續(xù)運營的特點,要求軌道結(jié)構(gòu)具有持久穩(wěn)定的高平順性，為減少運營期間的干擾因素，高速鐵路大多按照高架形式進行建設(shè)。當新建城市道路與既有高速鐵路高架線路交叉時，高速鐵路高標準也對與之交叉的市政道路建設(shè)提出了嚴要求，如何削減或消除市政道路建設(shè)過程中對既有高速鐵路(下部橋墩)產(chǎn)生的影響，并采取有效的工程技術(shù)措施成為人們關(guān)注的重點[1]。本文以福州市南江濱東大道下穿既有福廈高鐵為案例，闡述該節(jié)點設(shè)計過程中所涉及的影響因素及采取的工程技術(shù)方法。

1 項目概況

福州市南江濱東大道北起魁浦大橋，向南止于璧頭，新建路線全長約3330m，紅線寬度為50m，為城市主干道，設(shè)計速度為50km/h道路，北側(cè)為閩江，南側(cè)為規(guī)劃城市用地，在K5+986處下穿既有福廈高鐵51#、52#、53#橋墩。該節(jié)點的設(shè)計既有一般新建市政道路的特點，又涉及高速鐵路安全運營的交互影響。

下穿既有福廈高鐵節(jié)點處道路設(shè)計橫斷面(初始設(shè)計橫斷面)如圖1所示。

圖1 初始設(shè)計橫斷面

下穿既有福廈高鐵節(jié)點設(shè)計平面(初始設(shè)計平面)如圖2所示。

圖2 下穿既有福廈高鐵節(jié)點設(shè)計平面

2 削減對既有高鐵橋墩的影響因素分析

在本研究中，福廈高鐵與南江濱東大道交叉的三個既有橋墩成為該設(shè)計方案考慮的出發(fā)點與切入點。從市政道路建設(shè)對高速鐵路安全營運的幾個影響因素著手展開分析，具體如下：

(1)道路的平面、橫斷面布置因素

道路平面在該節(jié)點的設(shè)計如果按常規(guī)標準斷面布設(shè)，只是純粹的對高鐵橋墩進行綠帶包裹，在斷面寬度上雖能勉強布設(shè)，但將犧牲道路沿江側(cè)的人行慢道系統(tǒng)，造成市政道路功能缺失。且福廈高鐵52#墩沿江側(cè)邊緣與南江濱東大道機動車道安全凈距過小，難以滿足高速鐵路的相關(guān)要求(安全凈距≥2.0m)。

(2)道路的縱斷面、路基填挖高度因素

道路在該節(jié)點的縱斷面設(shè)計，除滿足相關(guān)的規(guī)劃標高外，還應(yīng)綜合考慮道路設(shè)計標高與3個既有福廈高鐵橋墩承臺之間高差關(guān)系，大幅的路基開挖或過大的填高都會對現(xiàn)有福廈高鐵橋墩產(chǎn)生不利的側(cè)向壓力。但因南江濱東大道外側(cè)為防洪堤，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計標高與水利資料，該下穿節(jié)點的道路設(shè)計填高約為4.3m。

(3)道路各類管道開挖、敷設(shè)產(chǎn)生的影響

市政道路的雨、污等管線往往埋深較高，管線所處的橫斷面位置、管線開挖敷設(shè)的過程都將對既有福廈高鐵橋墩及樁基產(chǎn)生較大的影響。南江濱東大道包含新建雨水管、污水管、電力管、通信管、給水管、燃氣管等管線工程。

(4)石方爆破影響因素分析

市政道路路線與既有福廈高鐵路線交叉的一定范圍內(nèi)，市政道路石方采用的開挖、爆破工藝將對既有福廈高鐵橋墩的安全及穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。該項目距離福廈高鐵約460m處存在一處石方開挖段落。

(5)交通設(shè)施影響因素分析

道路綠帶緣石對既有高鐵墩臺的包裹難以實現(xiàn)墩臺與道路通行車輛間的硬隔離，在道路投入運營后，如何有效保護既有高鐵墩臺免受通行車輛的撞擊成為至關(guān)重要的考量因素。

(6)行車荷載對既有鐵路墩臺的影響

道路投入運營后，超載(重車)車輛運行對既有高鐵墩臺產(chǎn)生的沖擊影響。

3 削減或消除影響的工程技術(shù)方案分析

福廈高鐵的橋墩為既有構(gòu)筑物，應(yīng)主要從當前南江濱東大道道路設(shè)計與施工的工程技術(shù)方案、工程工藝措施上著手，提出削減或消除影響方法。

3.1 總體線形方案比選

南江濱東大道下穿既有福廈高鐵節(jié)點，在道路線形的設(shè)計上有如下3種思路：

(1)避：即在新建道路線形走向上采用避開福廈高鐵橋墩的思路，但避行方案將引起道路路線的大范圍調(diào)整，不切合實際。

(2)旋：即通過旋轉(zhuǎn)南江濱東大道與既有福廈高鐵線形的斜交角來滿足道路線形與橋墩的合理凈距，該方案也將對道路原線形做出一定幅度的調(diào)整，代價較大。

(3)擴：即在南江濱東大道下穿該節(jié)點3個既有橋墩時，道路主路從福廈高鐵51#、52#、53#橋墩中間穿行，道路兩側(cè)非機動車道及人行道則從51#、53#橋墩外側(cè)繞行的線形方案，如圖3所示。該“魚腹形”方案以最小的代價保證了道路主路線形的平順，也滿足了道路邊界與福廈高鐵既有橋墩邊緣間的合理凈距，道路功能齊全、線形調(diào)整范圍小，推薦該總體方案。

圖3 下穿既有福廈高鐵節(jié)點推薦平面設(shè)計方案

圖4 橋梁結(jié)構(gòu)形式斷面方案

3.2 下穿橋墩節(jié)點結(jié)構(gòu)形式比選

3.2.1常規(guī)路基結(jié)構(gòu)形式穿越節(jié)點方案

路基結(jié)構(gòu)形式穿越節(jié)點方案，指采用常規(guī)土石方挖填、壓實工藝形成穩(wěn)固的路基來穿越既有福廈高鐵。為減少施工中對橋墩的影響，應(yīng)制定相應(yīng)的監(jiān)測方案，并采用保護性施工方案。即在機械施工前，沿著承臺周邊1m的距離打入DN50cm的鋼管，露出地面1.5m左右，用2m高鐵皮綁扎在鋼管上，將橋墩封閉，在鐵皮上涂刷反光漆。路基采用YZ18-T壓路機對稱分層填筑、碾壓，每層厚度不大于30cm施工。承臺處人行道路基采用人工夯實。邊坡處外填5m，避免路基對墩柱產(chǎn)生側(cè)向土壓力。

路基結(jié)構(gòu)雖造價較低，但因該節(jié)點處道路填高為4.3m，過大的填高易對現(xiàn)有鐵路橋墩產(chǎn)生不均勻側(cè)向壓力，對橋墩穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，且采用土方覆蓋現(xiàn)有橋墩墩身，不利于橋墩的日常檢修與維護。

3.2.2橋梁結(jié)構(gòu)形式方案

為確?，F(xiàn)有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定及日常檢查、養(yǎng)護維修方便，提出該下穿節(jié)點處采用橋梁形式代替路基結(jié)構(gòu)，橋梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼T梁橋(1×25m)，橋臺采用樁柱式橋臺。采用橋梁結(jié)構(gòu)可將上部荷載轉(zhuǎn)移至橋臺處進行集中受力，并通過橋臺將荷載向下傳遞至樁基。相比路基結(jié)構(gòu)形式，橋梁可通過適當加大跨度將受力區(qū)與現(xiàn)有高鐵橋梁墩臺有效錯開，形成與高鐵橋墩相對獨立、互不干擾的受力系統(tǒng)。

經(jīng)綜合比選，推薦該節(jié)點市政道路采用橋梁結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。

3.3 下穿橋墩節(jié)點的管道設(shè)計

南江濱東大道下穿既有福廈高鐵是一個特殊節(jié)點，市政道路管道的挖槽敷設(shè)、運營期間管道出現(xiàn)的滲漏等都會對高速鐵路橋墩穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)從管道的設(shè)計、施工等各方面進行考慮，主要為：

(1)該節(jié)點處管道與現(xiàn)有橋墩間的位置擺放

雨、污排水管因管徑大、埋置深且一旦發(fā)生滲漏影響重大，是應(yīng)該重點處理的管線部分。為減少影響，該類敏感管線穿過該節(jié)點時，應(yīng)盡量擺放在現(xiàn)有相鄰鐵路橋墩的中間位置，如圖5所示。

(2)管道挖槽敷設(shè)工藝選擇

對于埋深較淺(1m～2m)的雨水管，可采用開挖施工。為減少雨水管道開挖對鐵路橋墩柱的影響，在開挖線溝槽兩側(cè)采用拉森IV型鋼板樁支護，鋼板樁打入深度為開挖深度2～3倍，如圖6所示。

圖6 雨水管道支護開挖方案

而對于埋置較深(約6.0m)的污水管，仍采用開挖工藝將面臨深基坑支護、降地下水位等難題，且易對鐵路樁基穩(wěn)定造成威脅，從鐵路樁基安全及工程經(jīng)濟綜合考慮，推薦采用泥水平衡式頂管的施工方法進行施工[2]，如圖7所示。

圖7 污水管道頂管開挖方案

(3)節(jié)點處各類管道保護措施

對穿越該節(jié)點的敏感類管線，應(yīng)在常規(guī)設(shè)計的基礎(chǔ)上采取加固保護措施。管道D1400鋼筋混凝土污水管外圍采用d2000鋼筋混凝土套管保護，保護長度為鐵路邊線外側(cè)各20m；給水管采用DN400鋼管，壁厚9mm，外加DN700鋼筋混凝土管套管，壁厚70mm，最小管頂覆土1.0m；用地側(cè)電力排管采用鋼筋混凝土箱涵進行保護，保護長度為鐵路邊線外側(cè)各20m。

3.4 臨近高鐵橋墩節(jié)點部分的石方開挖設(shè)計

在既有福廈高鐵北側(cè)約460m處為南江濱東大道的石方開挖段落。根據(jù)鉆探資料計算，該段落石方開挖的工程數(shù)量如表1所示。

表1 石方段落開挖工程量表 m3

臨近高鐵橋墩節(jié)點部分的石方開挖段落位置，如圖8所示。

圖8 臨近高鐵橋墩節(jié)點部分的石方開挖段落位置

為減少石方開挖對現(xiàn)有福廈高鐵的影響，在該段落石方開挖時采用分類開挖工藝。在開挖工藝上謹慎選擇，考慮石方段落與高鐵現(xiàn)有橋墩僅460m距離，常規(guī)的爆破工藝與控制爆破對現(xiàn)有高鐵產(chǎn)生的影響不可控，經(jīng)技術(shù)分析論證，為最大限度地減少對既有高鐵的影響，推薦該石方段采用靜態(tài)爆破工藝，具體分類如下：

(1)對表面層軟石類采用液壓鎬挖掘機破碎工藝，如圖9所示。

圖9 液壓鎬挖掘機破碎工藝

(2)對具有臨空面的路基工程次堅石、堅石類部分采用靜態(tài)破碎施工方法，如圖10所示。

圖10 靜態(tài)破碎施工工藝

(3)而管道溝槽施工開挖較深、開挖寬度較窄且位于中風化、微風化花崗巖層，缺少靜態(tài)破碎臨空面，經(jīng)綜合分析，推薦該部分采用礦山巖石切割技術(shù)逐級開挖施工，如圖11所示。

圖11 礦山巖石切割工藝

臨近高鐵橋墩節(jié)點石方路基段落，采用靜態(tài)破碎和巖石切割的施工方法，安全有效，符合《鐵路安全管理條例》中規(guī)定，且優(yōu)于控制爆破。

3.5 節(jié)點處交通安全防護工程設(shè)計

為盡量消除道路通車后對鐵路產(chǎn)生的安全隱患，采用在新建橋梁混凝土墻式防撞護欄側(cè)面涂刷立面標記反光漆[3]，如圖12所示，并在行車道設(shè)置振蕩標線等提示、警示減速裝置。

圖12 在混凝土墻式防撞護欄側(cè)涂刷反光漆

4 結(jié)語

隨著我國交通的快速發(fā)展，不同交通方式間的交叉穿越逐漸增多。當新建市政道路下穿既有高速鐵路時，高速鐵路高標準將對市政道路的建設(shè)提出嚴要求。本文以福州市南江濱東大道下穿既有福廈高鐵節(jié)點為案例，結(jié)合該項目的實際情況，從該下穿節(jié)點道路的線位設(shè)計、斷面布局、跨越節(jié)點結(jié)構(gòu)形式、管道開挖與保護工藝、臨近節(jié)點石方開挖工藝及節(jié)點的交通安全防護等方面做了分析與探討，提出了一套削減對既有高鐵影響的技術(shù)方案，為今后類似工程提供理論與實踐借鑒。

參考文獻

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[3] 榮永啟，孫高峰.城市市政道路下穿高速鐵路設(shè)計要點及注意事項——以鄭州市107輔道快速化工程為例[J].綠色交通，2017(01): 197-198.