新建高速鐵路下穿高速公路的設計與防護

關(guān)宇馳

（中國鐵路設計集團有限公司，天津市300140）

0 引 言

隨著近些年我國高速鐵路的快速發(fā)展建設，高速鐵路在建設中與既有公路的交叉跨越情況越來越多，跨越形式越來多樣化，高速鐵路與其他鐵路、公路交叉宜采用高速鐵路上跨的方式，減少以后高鐵運營中其他道路對高鐵運營的干擾，困難條件下，受地形地貌等因素控制，必須采用高速鐵路下穿時，應采取安全可靠的防護措施。本文以某新建高鐵項目與既有高速交叉的實例，分享高鐵下穿高速的些許經(jīng)驗。

1 立交設置原則和形式[1-5]

立交設計原則根據(jù)TB10621—2014《高速鐵路設計規(guī)范》規(guī)定：

高速鐵路與其他鐵路、公路交叉應按全立交設計；

高速鐵路與其他鐵路、公路交叉宜采用高速鐵路上跨的方式，困難條件下經(jīng)經(jīng)濟技術(shù)比選采用高速鐵路下穿時，應采取安全可靠的防護措施。

在建高鐵與既有高速交叉點作為路線關(guān)鍵控制點，經(jīng)過上跨和下穿方案的詳細論證和經(jīng)濟技術(shù)指標分析，最終確定采用高速鐵路下穿既有高速的方式通過。根據(jù)新建高速鐵路項目與相交道路的設計原則和JTG D20—2017《公路路線設計規(guī)范》規(guī)定公路上跨鐵路的設計原則：

公路跨線橋的跨徑與凈高必須符合1435 mm標準軌距鐵路建筑限界的規(guī)定；

公路跨線橋及引道的排水系統(tǒng)應自成體系。跨線橋橋面雨水不得直接排至鐵路建筑限界范圍內(nèi)；

公路跨線橋設置防撞護欄、防落網(wǎng)和異物檢測網(wǎng)；

保證公路跨線橋跨越鐵路段落為直線或大半徑曲線；交叉角度宜為垂直交叉，跨線橋縱坡不大于3.5%；

交叉范圍平縱指標應符合公路主線的一般性要求，不得降低技術(shù)指標，視距必須滿足停車視距的要求。

2 新建高速鐵路下穿既有高速

2.1 工程概況

新建高鐵與既有高速公路交叉角度78°5′，相交路段高速公路設計速度100 km/h,路基寬度26 m，雙向四車道，為填方路基段，高約3 m，既有高速公路在加寬處遠期規(guī)劃為雙向八車道，加寬范圍為K1+118～K1+228，全長110 m，加寬按雙向八車道加寬，兩側(cè)各加寬8 m，見圖1。

在新建高速鐵路與既有高速公路交叉處設置1—16.35 框構(gòu)橋，該橋上部為現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)，下部為樁墻形式，基礎為鉆孔灌注樁。

圖1 新建高鐵與既有高速公路交叉平面圖（單位：m）

2.2 高速平縱橫斷面設計

平、縱面維持既有高速公路現(xiàn)狀，

既有高速公路遠期有拓寬規(guī)劃，為確保公路拓寬施工時不對鐵路框構(gòu)和鐵路安全造成危害，公路拓寬要與橋梁工程同步施工橫斷面加寬向外順接既有路拱橫坡。

既有高速公路現(xiàn)狀為雙向四車道，路基寬26 m，中分帶寬2.0 m；根據(jù)遠期規(guī)劃，本次設計考慮將路基由雙向四車道加寬至雙向八車道，兩側(cè)各加寬8 m。橫斷面布置形式（見圖2）如下：

圖2 既有高速改建前后標準橫斷面（單位：cm）

（1）既有路標準橫斷面布置

0.75 m（土路肩）+3.0（硬路肩）+2×3.75 m（行車道）+0.75 m（路緣帶）+2.0m（中央分隔帶）+0.75 m（路緣帶）+2×3.75 m（行車道）+3.0 m（硬路肩）+0.75 m（土路肩）=26.0 m。

（2）主線加寬標準橫斷面布置

0.75 m（土路肩）+3.5（硬路肩）+4×3.75 m（行車道）+0.75 m（路緣帶）+2.0 m（中央分隔帶）+0.75 m（路緣帶）+4×3.75 m（行車道）+3.5 m（硬路肩）+0.75 m（土路肩）=42.0 m。

2.3 鐵路建筑限界

根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（高速鐵路部分2014 版）第14 條一切建（構(gòu)）筑物、設備，均不得侵入鐵路建筑限界。與機車車輛有直接互聯(lián)設備，在使用中不得超過規(guī)定的侵入范圍。以及TB 10621—2014《高速鐵路設計規(guī)范》中3.3.6 條的規(guī)定，跨越高速鐵路的立交橋下凈高，應符合直線地段正線不應小于7.25 m,本節(jié)點屬于正線范圍且鐵路平面為直線，本設計橋下預留凈空為7.7 m，滿足鐵路凈空要求。客運專線鐵路建筑限界見圖3。

2.4 安全設施設計

2.4.1 安全設施標準斷面布置

交通安全設施除高速常用的交通標志、標線、護欄、隔離柵、防眩設施、輪廓標等以外，由于跨越高速鐵路，需增設防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)，由于框構(gòu)橋上方最薄填土2.2 m，故防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)均按設置在路基段進行設計。

在加寬部分外側(cè)設置兩道SS 級混凝土護欄，護欄間隔2.2 m，中間設置防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)，兩網(wǎng)間隔1.1 m 為檢修通道，見圖3。防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)通常在橋梁段設置，與橋梁護欄錨固相連，路基段設計尚屬首次，故考慮防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全，故在路基段預埋混凝土基礎安裝預埋件，進行防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)的安裝，見圖4、圖5。

圖4 防拋網(wǎng)和異物監(jiān)測網(wǎng)基礎平面圖（單位：mm）

圖5 A-A 斷面圖（單位：mm）

2.4.2 防拋網(wǎng)設計

高速鐵路行車速度快，密度大，在公路跨越高速鐵路時，有物體散落，會造成嚴重的后果，為防止發(fā)生落物事件，本設計上跨道路在鐵路路塹范圍內(nèi)均設置防拋網(wǎng)，根據(jù)《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2017）9.2.3 中的規(guī)定，防拋網(wǎng)距離橋面高度不低于2.5 m，本工程設計為2.59 m，滿足要求。采用網(wǎng)孔為5 mm×5 mm 的鋼網(wǎng)。所有金屬部件表層進行熱鍍鋅處理。

2.4.3 異物監(jiān)測網(wǎng)設計

（1）監(jiān)測網(wǎng)設置位置要求

根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于完善高速鐵路橋梁附屬檢查設施和改進異物侵限現(xiàn)場監(jiān)測裝置安裝方式的通知》（鐵總運[2014]127 號）以及《中國鐵路總公司關(guān)于完善高速鐵路橋梁附屬設施有關(guān)工作的通知》（鐵總建設[2014]143 號），監(jiān)測網(wǎng)設置位置要求如下：

對新建跨越既有高速鐵路的道路橋梁，異物侵限現(xiàn)場監(jiān)測裝置應直立安裝在道路橋梁外側(cè)橋面的頂面。

防災異物監(jiān)測網(wǎng)安裝于防拋網(wǎng)外側(cè)，防拋網(wǎng)長度應大于異物侵限監(jiān)測裝置的長度，二端各伸出不小于1 m；并且，公跨鐵橋兩側(cè)的豎直防拋網(wǎng)兩端各開1 處防災維護檢修門。

（2）監(jiān)測網(wǎng)安裝長度說明

公跨鐵橋與鐵路線路的關(guān)系見圖6。

圖6 公跨鐵立交橋與高速鐵路線路斜交（鈍角）

結(jié)合橋梁分幅、車輛分行、橋梁孔跨等情況，綜合核算防災監(jiān)測網(wǎng)總長度，同時滿足機動車來車方向監(jiān)測網(wǎng)長度為距最外側(cè)軌道外側(cè)不小于表1 中Lt（長度m）。

表1 異物侵限監(jiān)測裝置設置表

異物侵限監(jiān)測裝置的長度（L），按以下公式計算：

式中：H 為從鋼軌軌面至公跨鐵立交橋橋面的高度；g 為重力加速度；上式中的10.9 為經(jīng)過計算得出的當大型汽車超速并沖出公跨鐵立交橋護欄后的初始速度，單位m/s。

2.5 路基設計

2.5.1 過渡段處理

本工點鐵路框構(gòu)橋采用鉆孔灌注樁樁墻+ 現(xiàn)澆頂板施工，未對樁墻（既框構(gòu)邊墻）外高速公路路基進行挖除，故框構(gòu)外側(cè)既有高速公路路基不再進行處理，僅對路橋過渡段位置加寬路基進行處理。本工程加寬路基路橋過渡段按渡段底部長度為6 m，縱向倒梯形邊坡坡率自下而上為1∶1考慮，過渡段范圍內(nèi)路基采用6%灰土填筑，壓實度不小于96%。

2.5.2 新老路路基搭接

對于新老路路基搭接采用挖臺階+ 路床填筑0.8 m 厚碎石+鋪設土工格柵搭接處理。

首先清除既有路基邊坡0.3 m 厚的邊坡表土和新建路堤部分地面表土，然后沿邊坡開挖臺階，坡腳自下而上開挖臺階至路床頂面，每級臺階寬度不小于1 m，開挖一階及時填筑一階。開挖至既有路時，將原土路肩挖除，并從土路肩向路中心線側(cè)超挖2 m 寬。

路基填筑至路床底部位置時，鋪設一層雙向土工格柵，其上鋪設0.8 m 碎石至路床頂部。

2.6 框構(gòu)設計及施工組織

2.6.1 框構(gòu)結(jié)構(gòu)形式

（1）框構(gòu)形式

框構(gòu)采用1 孔16.35 m 鋼筋混凝土框構(gòu)，斜交78°5′布置，頂板厚1.2 m，邊墻厚1.6 m，底板厚

0.9 m，框架內(nèi)設計凈高10.12 m，

框架總高度12.22 m?？驑?gòu)下部按照路基基床設計。

（2）地基處理

本橋內(nèi)部按照鐵路路基基床標準施工，出入口擋墻基底設計應力為238.876 kPa，擋墻基底采用CFG 樁，樁頂回填級配碎石進行地基處理。處理后的地基承載力不小于250 kPa。

（3）材料

混凝土：樁墻、底板采用C40 混凝土，頂板采用C45 混凝土；擋墻采用C30 混凝土.

鋼筋：HRB400 鋼筋，HPB300 鋼筋。

（4）下部結(jié)構(gòu)

本橋樁墻采用鉆孔灌注樁，樁基共72 根，樁長30～34 m，樁徑1.5 m?？驑?gòu)內(nèi)部結(jié)合基床混凝土設置0.9 m 厚框構(gòu)底板。

（5）上部結(jié)構(gòu)

本橋頂板采用現(xiàn)澆施工。

（6）防護工程

鋼板樁對道路進行防護，鋼軌樁在框構(gòu)內(nèi)設置橫撐，減少兩側(cè)樁基變形。

（7）框構(gòu)排水設計

下穿既有高速公路的框構(gòu)入口及出口頂部設置0.3m 高帽石，框構(gòu)頂面設置人字形橋面排水坡，排水坡坡度1%，橋面水直接排入京沈路塹邊溝內(nèi)。

2.6.2 框構(gòu)小橋施工組織

框構(gòu)小橋施工工藝流程為：高速公路路基拓寬→高速公路導改→沿公路方向做鋼軌樁防護→施工鉆孔樁→澆筑橋面蓋板→鋪裝橋面→公路導改→施工公路另一幅鋼板樁防護及鉆孔樁→澆筑橋面蓋板→鋪裝橋面→公路恢復雙向四車道通車→開挖鐵路路塹→樁間填縫、抹面→施工路塹內(nèi)道床→施工其他工程→竣工驗收、通行。

2.7 高速公路倒改

施工期間交通疏導方案的制定主要是解決框構(gòu)小橋施工期間，既有高速通行問題，本項目采用半幅斷路施工客運專線主體，恢復道路主體后將通行改回原道路。為保證既有高速公路的正常通行，框構(gòu)小橋分左右幅分別施工。先行封閉高速公路右幅車道，進行右幅框構(gòu)小橋施工；右幅施工完成，具備通行條件后，開放右幅，然后再封閉左幅，進行左幅框構(gòu)小橋施工。

2.8 接觸網(wǎng)防護措施

新建高鐵軌面設計高程211.03 m，既有高速公路下接觸網(wǎng)采用單立柱方式，支柱在高速公路范圍之外，橋下接觸網(wǎng)帶電體距軌面高度最高處為7150 mm（此處隧道口接觸網(wǎng)正饋線需抬高轉(zhuǎn)入隧道頂部懸掛，帶電體最高設計高度為7150 m），接觸網(wǎng)帶電體最高設計高程218.18 m，頂板底設計高程218.726 m。帶電體距離頂板底高度為546 mm。滿足距帶電體距離不小于500 mm 要求。

既有高速公路路面設計高程221.45 m，接觸網(wǎng)帶電體最高設計高程218.18 m。帶電體距離既有高速公路路面的高度為3.27 m，能夠保證路上行車、行人的安全。

根據(jù)《某鐵路局供電處關(guān)于電氣化鐵路采用預絞式鎧裝護線條的函》（供網(wǎng)函〔2015〕36 號）規(guī)定，在跨線橋下接觸網(wǎng)、附加導線加裝貫通的預絞式鎧裝護線條，兩端出口承力索上的絕緣套管分別向外延伸5 m。

2.9 接地

根據(jù)鐵路綜合接地系統(tǒng)的要求，距接觸網(wǎng)帶電體5 m 范圍內(nèi)的金屬構(gòu)件和需要接地的設施、設備應接入綜合接地系統(tǒng)，主要是橋上的欄桿及防災專業(yè)設置的防護網(wǎng)如在帶電體5 m 范圍內(nèi)需要接地，可采用50 mm2的銅線將欄桿、防護網(wǎng)就近與綜合接地系統(tǒng)設置的接地端子連接。橋梁本身的接地通過自身的樁基礎進行接地，不需要與綜合接地系統(tǒng)進行連接。

2.9.1 一般鐵路上跨橋梁接地設計

（1）在公路上跨鐵路橋樁柱墩垂直于線路方向的一側(cè)，距地面+20 cm 處，設一個不銹鋼接地端子，與橋墩中的接地鋼筋相連，做與綜合接地系統(tǒng)連接之用。

（2）防落網(wǎng)立柱角鋼預埋件、水平防災網(wǎng)預埋件均需與護欄內(nèi)接地鋼筋焊接，接地鋼筋可適當調(diào)整位置，使其能較好的與水平防災網(wǎng)預埋件焊接。

（3）每個墩柱頂與梁片的接地端子位置預埋接地端子，并與墩柱中結(jié)構(gòu)鋼筋焊接。

（4）公路上跨鐵路橋僅鐵路線通過橋孔的梁、墩設綜合接地。

2.9.2 防異物侵限設備接地

（1）同側(cè)安裝支架采用熱鍍鋅扁鐵進行等電位連接，熱鍍鋅扁鐵與安裝支架牢固連接，熱鍍鋅扁鐵橫截面積不小于200 mm2。支架法蘭盤及熱鍍鋅扁鐵連接處采用截面積不小于50 mm2的多股銅線沿線纜引下鋼管至上跨鐵路的道路橋梁橋墩底部與就近綜合接地端子連接或與貫通地線采用T型壓接方式連接。

（2）現(xiàn)場控制器內(nèi)部接地端子應采用截面積不小于50 mm2的多股銅線與就近綜合接地端子連接或與貫通地線采用T 型壓接方式連接。

（3）各接地線連接端子牢固可靠，地線連接處進行防腐、防護措施，露出地面時采取防護。

（4）異物侵限現(xiàn)場監(jiān)測設備地線連接后，進行接地電阻檢測，接地電阻不得大于1Ω。

3 結(jié)語

目前，高鐵在建項目有很多，大多與既有高等級公路存在交叉點，交叉方案的選擇，既要考慮技術(shù)經(jīng)濟的可行性，又要考慮建成運營后公路和鐵路的運營安全，本文僅就某新建高速鐵路與既有高速公路交叉方案得出分享一些經(jīng)驗，希望對類似項目有一定的借鑒意義。