市政道路與鐵路立體交叉設(shè)計(jì)影響因子分析

常 軍

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展極大地提高了城鎮(zhèn)化水平，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展日新月異，公路、市政道路穿越高速鐵路、普通鐵路的情況日漸增多。本文以瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)文源路西延下穿太中銀鐵路工程設(shè)計(jì)為例，通過下穿鐵路節(jié)點(diǎn)方案比選，分析了市政道路下穿鐵路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及影響因子，并提出相應(yīng)的注意事項(xiàng)。

1 工程概況

1.1 區(qū)域概況

瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)，規(guī)劃面積約343 km2。其中太原起步區(qū)約60 km2。沿瀟河兩岸布局新能源汽車、移動(dòng)能源、智能制造、健康醫(yī)藥、電子信息、總部經(jīng)濟(jì)、智能物流等多個(gè)產(chǎn)業(yè)組團(tuán)，沿瀟河生態(tài)廊道和瀟河兩岸。太中銀鐵路即太原至中衛(wèi)（銀川）鐵路，簡稱“太中銀鐵路”，是《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》規(guī)劃的西北至華北新通道的重要組成部分，文源路西延下穿太中銀鐵路。

1.2 設(shè)計(jì)概況

文源路西延位于瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)之外，設(shè)計(jì)范圍西起文源路與濱河?xùn)|路南延交叉口，東至文源路與人民路交叉口，全長9.250 km，道路等級(jí)規(guī)劃為城市快速路。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施情況，近期按照城市主干路實(shí)施，遠(yuǎn)期為高架快速路，設(shè)計(jì)車速60 km/h。

1.3 交叉節(jié)點(diǎn)橫斷面設(shè)計(jì)

因本項(xiàng)目的實(shí)施主要為便利清徐縣與瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)的交通聯(lián)系，交叉節(jié)點(diǎn)道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面紅線寬度為66 m。綜合考慮近遠(yuǎn)期建設(shè)，交叉節(jié)點(diǎn)方案從工程實(shí)施的角度考慮適當(dāng)壓縮側(cè)分帶，與鐵路交叉構(gòu)造物斷面過渡對(duì)接。橫斷面形式如圖1。

圖1 太茅路（國道208）-人民路段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

2 文源路西延與太中銀鐵路交叉方案比選

根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況，結(jié)合交通需求及與周圍景觀相協(xié)調(diào)兩個(gè)方面的要求，擬定3個(gè)橋梁方案上跨或下穿太中銀鐵路。

2.1 方案一 機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道及人行道整體上跨太中銀鐵路

設(shè)計(jì)采用變截面鋼箱梁T構(gòu)方案，左右分幅，轉(zhuǎn)體施工跨越太中銀鐵路。T構(gòu)中間支點(diǎn)處梁高7 m，邊支點(diǎn)梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬19 m，采用直腹板。下部結(jié)構(gòu)主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸為6×11 m，下接轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、承臺(tái)，群樁基礎(chǔ)。

a）上部結(jié)構(gòu) 擬采用變截面鋼箱梁T構(gòu)方案，左右分幅，轉(zhuǎn)體施工跨越太中銀鐵路。T構(gòu)中間支點(diǎn)處梁高7 m，邊支點(diǎn)梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬26 m，采用直腹板。

b）下部結(jié)構(gòu) 主墩采用空心薄壁墩。橋墩下接轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5 m，邊墩采用墩接蓋梁，群樁基礎(chǔ)。

c）橋梁橫斷面 半幅橋梁寬度26 m，橋面組成：0.5 m（護(hù)欄）+4.5 m（人行道）+5 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（隔離帶）+15 m（車行道）+0.5 m（護(hù)欄）。

圖2 方案一 半幅橋梁橫斷面（單位：cm）

2.2 方案二 機(jī)動(dòng)車道上跨太中銀鐵路，非機(jī)動(dòng)車道及人行道頂推下穿太中銀鐵路

本方案機(jī)動(dòng)車道擬采用橋梁結(jié)構(gòu)整體上跨太中銀鐵路，線位兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道及人行道設(shè)置頂推框構(gòu)橋方案下穿太中銀鐵路。

圖3 方案二 半幅橋梁橫斷面（單位：cm）

圖4 非機(jī)動(dòng)車道及人行道頂推框構(gòu)橫斷面（單位：cm）

a）上跨橋上部結(jié)構(gòu) 擬采用變截面鋼箱梁T構(gòu)方案，左右分幅，轉(zhuǎn)體施工跨越太中銀鐵路。T構(gòu)中間支點(diǎn)處梁高7 m，邊支點(diǎn)梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬16 m，采用直腹板。

b）上跨橋下部結(jié)構(gòu) 主墩采用空心薄壁墩。橋墩下接轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5 m，邊墩采用墩接蓋梁，群樁基礎(chǔ)。

c）頂推框構(gòu)橋結(jié)構(gòu) 線位兩側(cè)各設(shè)1-8.5 m頂推框構(gòu)供非機(jī)動(dòng)車及行人通過，框構(gòu)頂板厚0.7 m，底板厚0.8 m，豎墻厚0.65 m，凈高大于2.5 m。

d）橋梁橫斷面 上跨太中銀鐵路主橋半幅橋梁寬度16 m，橋面組成：0.5 m（護(hù)欄）+15 m（車行道）+0.5 m（護(hù)欄）。頂推框構(gòu)凈寬8.5 m。

2.3 方案三 機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道及人行道全部下穿太中銀鐵路

2.3.1 以37°交叉下穿

由于鐵路與本項(xiàng)目交叉點(diǎn)為路基，填高7.0～7.5 m，按照規(guī)劃線位設(shè)置頂推框構(gòu)橋方案下穿太中銀鐵路。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)，框構(gòu)采用（8.5+16.5+16.5+8.5）m結(jié)構(gòu)。此處道路高程以鐵路軌頂標(biāo)高為基點(diǎn)，向下建筑總高860 cm（框構(gòu)頂覆土230 cm、框構(gòu)頂?shù)装搴?30 cm、凈高500 cm）后，確定路線設(shè)計(jì)高程?？驑?gòu)凈高大于5 m。

由于兩路線交叉角度為37.2°，不利于結(jié)構(gòu)受力和施工，故框構(gòu)按45°實(shí)施，框構(gòu)最外邊距鐵軌最小距離7.3 m。本方案中，兩側(cè)各4條機(jī)動(dòng)車道均布置在兩個(gè)16.5 m框構(gòu)中，非機(jī)動(dòng)車道與人行道分別壓縮0.5 m，合并布置在8.5 m的框構(gòu)中。原道路線形指標(biāo)不變，按照規(guī)劃線形布置。

圖5 37°交叉方案平面布置圖

圖6 37°交叉方案橋涵設(shè)計(jì)圖

2.3.2 以61°交叉下穿

本方案綜合考慮下穿施工過程中對(duì)于鐵路正常運(yùn)營的影響，當(dāng)?shù)缆放c鐵路交角為61°，頂面積1 361.66 m2。框架橋分兩幅，分別頂進(jìn)兩個(gè)（12.0+12.0）m的框構(gòu)。兩側(cè)各3條機(jī)動(dòng)車道均布置在兩個(gè)12.0 m框構(gòu)中，非機(jī)動(dòng)車道與人行道分別壓縮0.5 m后與最外側(cè)機(jī)動(dòng)車道合并布置在外圍12.0 m框構(gòu)中，非機(jī)動(dòng)車道及人行道、機(jī)動(dòng)車道采用分離式布置。因道路與鐵路交叉角度變化，原道路線形指標(biāo)發(fā)生變化，在路線交叉鐵路前后分別增加兩處R=620 m圓曲線，圓曲線均布置相應(yīng)長度的緩和曲線。

圖7 61°交叉方案平面布置圖

圖8 61°交叉方案橋涵設(shè)計(jì)圖

3 方案對(duì)比分析結(jié)果

表1 文源路西延與太中銀鐵路交叉方案對(duì)比分析

綜上所述：方案三中61°交叉方案利于鐵路框構(gòu)橋的受力與施工，并且工程規(guī)模明顯減小。方案一、二相較方案三工程量大大增加，且不利于遠(yuǎn)期道路兩側(cè)土地開發(fā)利用。綜合比較，施工設(shè)計(jì)方案最終采用方案三中61°下穿方案。

4 市政道路與鐵路立體交叉方案設(shè)計(jì)影響因子分析

4.1 道路功能定位的影響

本文案例中文源路西延遠(yuǎn)期規(guī)劃為城市快速路，主要功能為促進(jìn)清徐縣和瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)之間的交通聯(lián)系。由于城市道路新建或改擴(kuò)建與鐵路交叉處是影響鐵路運(yùn)營安全的重要敏感點(diǎn)，所以在新建道路選線時(shí)應(yīng)慎重，盡量避免采用較小半徑曲線與小角度交叉方式穿越。且因市政道路一般均敷設(shè)相關(guān)城市管網(wǎng)系統(tǒng)，也需要頂管下穿鐵路，易加大工程設(shè)計(jì)難度。因此道路的功能定位是影響交叉方案設(shè)計(jì)的影響因子之一。

4.2 工程規(guī)模及投資影響

工程的經(jīng)濟(jì)性是工程設(shè)計(jì)的重要原則之一，在處理市政道路與鐵路立體交叉時(shí)工程規(guī)模與投資是影響工程方案的重要因素之一。在節(jié)約集約發(fā)展的背景之下，工程方案設(shè)計(jì)過程中工程的經(jīng)濟(jì)性對(duì)于方案的形式、規(guī)模、路線走向等有著重要的影響，在一定程度上影響實(shí)施方案的選擇。因此，工程經(jīng)濟(jì)性是在保證工程安全的前提之下重要的影響因子。

4.3 鐵路運(yùn)行安全的影響

鐵路作為國家重要交通運(yùn)輸通道的特殊性，道路與鐵路立體交叉范圍內(nèi)可能存在專用排水設(shè)施、封閉護(hù)欄、接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)及鐵路專用的鐵路光纜及通信、信號(hào)設(shè)備等[1]。道路與鐵路立體交叉方案設(shè)計(jì)首要的影響因子即是要保證道路施工及正常使用期間鐵路的正常運(yùn)行。太中銀鐵路為雙線電氣化鐵路，交叉點(diǎn)處為約7 m高的路基填方，相較之與鐵路橋相交設(shè)計(jì)難度有所增大，如何保證鐵路運(yùn)行的安全成為了本次方案設(shè)計(jì)的首要前置條件。

4.4 施工技術(shù)限制的影響

本文案例中結(jié)合鐵路方面的意見，便梁支撐樁擬采用直徑1.25 m人工挖孔樁。當(dāng)交叉角度為原規(guī)劃線形與鐵路37°相交時(shí)，在現(xiàn)有條件下難以滿足施工需要的條件。只有通過調(diào)整道路與鐵路立體交叉角度，保證既滿足該節(jié)點(diǎn)工程施工條件，又滿足道路使用條件。對(duì)于下穿工程而言，無論是采用何種方式、設(shè)備、工藝，都無法避免對(duì)鐵路路基、樁基的擾動(dòng)，施工應(yīng)選擇安全可靠、對(duì)鐵路運(yùn)營影響小的方法和工藝，對(duì)影響鐵路的安全風(fēng)險(xiǎn)制定應(yīng)急預(yù)案[2]。因此施工技術(shù)的限制也是在方案設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的影響因子，應(yīng)盡早排除施工技術(shù)對(duì)方案設(shè)計(jì)的影響[3]。

4.5 城市景觀塑造的影響

市政道路的景觀是城市景觀的重要組成部分，良好的城市景觀是城市的重要名片，也是城市居民身心愉悅的重要因素。在綠色設(shè)計(jì)、生態(tài)設(shè)計(jì)的理念指引之下，市政道路與鐵路立體交叉設(shè)計(jì)中景觀因素也成為了必要的影響因子。在設(shè)計(jì)階段將工程設(shè)計(jì)與構(gòu)建生態(tài)、綠色、宜居城市景觀結(jié)合起來，將景觀塑造納入工程全生命周期是處理市政道路與鐵路立體交叉必須要考慮的因素。

4.6 基本農(nóng)田限制的影響

工程勘察設(shè)計(jì)中，因線路變更、地質(zhì)情況等因素的影響，在劃定永久性基本農(nóng)田時(shí)難以準(zhǔn)確為所有工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目留足余地[4]。這也造成了基本農(nóng)田的限制成為影響工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目立項(xiàng)、實(shí)施的重要影響因子。本文案例中因項(xiàng)目與鐵路相交涉及到方案的調(diào)整，相交方式、相交角度的變化直接導(dǎo)致了路線走向的變化，占用基本農(nóng)田，影響了項(xiàng)目的實(shí)施。因此，道路與鐵路相交方案的設(shè)計(jì)中，永久性基本農(nóng)田的保護(hù)成為了關(guān)鍵性的影響因子。

4.7 土地開發(fā)利用的影響

對(duì)于穿越城鎮(zhèn)化區(qū)域的公路、市政道路而言，道路路線的走向會(huì)直接影響道路兩側(cè)土地利用的開發(fā)[5]。本文中因道路與鐵路立體交叉設(shè)計(jì)方案的調(diào)整對(duì)原路線兩側(cè)塊間地出行造成了不利，同時(shí)對(duì)于已規(guī)劃的用地性質(zhì)、土地開發(fā)利用成本等均造成了較大的影響。反而言之，設(shè)計(jì)中綜合考慮遠(yuǎn)期道路兩側(cè)土地的開發(fā)與利用是影響工程設(shè)計(jì)方案、制約工程設(shè)計(jì)進(jìn)度的重要影響因子。

5 結(jié)論

a）城市道路下穿既有鐵路的實(shí)施具有行車干擾大、受多種條件控制較多等特點(diǎn)，道路與鐵路立體交叉設(shè)計(jì)方案既要確保工程實(shí)施的安全性，更要確保既有鐵路的運(yùn)營安全。

b）城市道路下穿鐵路立交橋的設(shè)計(jì)須結(jié)合地質(zhì)、規(guī)劃情況、土地利用情況、地形情況和鐵路運(yùn)營條件，因地制宜地對(duì)交叉方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，選擇適合工程的交叉方案。

c）本文從技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)施難易、施工風(fēng)險(xiǎn)、投資等方面以瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)文源路西延與太中銀鐵路交叉方案為例對(duì)道路與鐵路立體交叉方案設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)分析了方案設(shè)計(jì)的影響因子，以期可為國內(nèi)同類型的項(xiàng)目提供借鑒與參考。