市政道路下穿既有地方鐵路工程技術(shù)研究

許 彪

(四川省鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，城市開(kāi)發(fā)進(jìn)程不斷向周邊延伸，早期興建的地方鐵路工程已處于城市地帶，在市政工程設(shè)施建設(shè)過(guò)程中必然存在同既有鐵路產(chǎn)生交叉，對(duì)于交叉方案的選擇成為了市政項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)方案選擇必須在保障市政工程建設(shè)順利的同時(shí)保證鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

1 工程概況

瀘州市城東沙茜過(guò)長(zhǎng)江通道(即城東長(zhǎng)江二橋)及連接線工程位于瀘州市城東片區(qū)，為沙茜CBD與高壩組團(tuán)的連接通道。本工程起始連接點(diǎn)于既有國(guó)窖長(zhǎng)江大橋東橋頭茜草立交，經(jīng)過(guò)茜草半島后跨越長(zhǎng)江，于瀘州老窖羅漢釀酒基地旁上岸后，下穿瀘州進(jìn)港鐵路，與已建空港大道相交形成全互通立交，終點(diǎn)止于既有成—自—瀘—赤高速公路收費(fèi)站，路線全長(zhǎng)約6.25 km，包含跨江橋工程及兩岸接線工程。本項(xiàng)目即為東岸連接線工程，需下穿已經(jīng)在運(yùn)營(yíng)的進(jìn)港鐵路，下穿位置為瀘州港中心港區(qū)鐵路專用線長(zhǎng)堰塘中橋，鐵路橋中心樁號(hào)為中心里程K7+185，全長(zhǎng)93.10 m。項(xiàng)目平面布置圖見(jiàn)圖1。

2 設(shè)計(jì)方案

本市政道路定位為城市主干路，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h，為雙向八車道，道路紅線寬度為40 m，兩側(cè)各預(yù)留3 m控制綠帶，路基頂面總寬度為46 m。為盡量減小下穿路基對(duì)鐵路橋墩的影響，在進(jìn)港鐵路長(zhǎng)堰塘中橋1號(hào)墩四周設(shè)置矩形鋼筋混凝土護(hù)筒進(jìn)行保護(hù)。護(hù)筒包括基礎(chǔ)底板、側(cè)墻、中間隔墻及頂板，頂板上設(shè)置防撞護(hù)欄。在護(hù)筒外圍設(shè)置路基，護(hù)筒作為受力結(jié)構(gòu)，自身承擔(dān)路基填土荷載，因護(hù)筒與鐵路橋橋墩分離，不傳遞荷載給橋墩，形成對(duì)橋墩的保護(hù)作用。同時(shí)對(duì)下穿段市政道路路基增設(shè)土工格柵，增強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性。

橋墩護(hù)筒采用C30矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，整個(gè)護(hù)筒埋在路基下方，護(hù)筒底部尺寸為17.5 m×10.7 m，護(hù)筒頂部尺寸為13.5 m×6.7 m，護(hù)筒總高為3.1 m。護(hù)筒底板厚度為0.6 m，側(cè)墻及中間隔墻厚度0.4 m，頂板厚度0.4 m。護(hù)筒結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

3 工程地質(zhì)

通過(guò)地面調(diào)查和鉆探揭露，本工程沿線出露地層為第四系全新統(tǒng)土層和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組沉積巖層。覆蓋層主要為人類工程活動(dòng)堆填的第四系人工填土層和第四系殘坡積層、崩坡積和沖洪積層，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組陸相沉積的砂巖和泥巖呈互層。本穿越段的地基持力土層主要為第四系殘坡積層，承載力均大于150 kPa，滿足公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 橋墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 橋墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算公式

4.1.1 路基填土及汽車荷載取值

根據(jù)JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，壓實(shí)填土中立的豎向和水平壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與汽車荷載等效土層厚度計(jì)算公式如下。

1)豎向和水平壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

豎向壓力強(qiáng)度：qV=γh;

水平壓力強(qiáng)度：qH=λγh;

λ=tan(45°-0.5×φ)。

其中，γ為土的重度,kN/m3;h為計(jì)算截面到路面頂?shù)母叨?，m；λ為側(cè)壓系數(shù)。

2)汽車荷載在橋臺(tái)或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力，等代均布土層厚度h(m)換算公式：

h=∑G/Bl0γ。

其中，γ為土的重度，kN/m3；∑G為布置在B×l0面積內(nèi)的車輪的總重力，kN；l0為橋臺(tái)或擋土墻后填土的破壞棱體長(zhǎng)度，m；B為橋臺(tái)橫向全寬或擋土墻的計(jì)算長(zhǎng)度，m。

3)根據(jù)JTG D81—2017公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范，橋梁護(hù)欄的汽車橫向碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值取HA級(jí)720 kN。

4.1.2 結(jié)構(gòu)裂縫計(jì)算公式

Wcr=C1×C2×C3×σss/Es×

[(c+d)/(0.36+1.7×ρt)]。

其中，C1為鋼筋表面形狀系數(shù)，帶肋鋼筋1.0；C2為作用(或荷載)長(zhǎng)期效應(yīng)系數(shù)，C2=1+0.5NL/Ns(ML/Ms);C3為與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；其他受彎構(gòu)件為1.0；σss為鋼筋應(yīng)力：受彎構(gòu)件σss=Ms/(0.87×As×h0)；Es為軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離；c為最外排縱向受拉鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，mm；d為受拉鋼筋直徑；ρt為縱向受拉鋼筋有效配筋率；Ns(Ms)為短期效應(yīng)軸力(彎矩)；NL(ML)為長(zhǎng)期效應(yīng)軸力(彎矩)。

4.2 護(hù)筒結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.2.1 護(hù)筒側(cè)壁

護(hù)筒側(cè)壁分析時(shí)，簡(jiǎn)化不考慮頂板、底板的約束作用，取最不利位置護(hù)筒底部1 m高度筒體進(jìn)行計(jì)算，采用均布土壓力進(jìn)行加載，護(hù)筒側(cè)壁橫向彎矩圖和軸力圖如圖3所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，土壓力產(chǎn)生的護(hù)筒側(cè)壁梗腋處截面最大彎矩88.9 kN·m，等厚處截面最大彎矩41.3 kN·m，對(duì)應(yīng)軸壓力為76.7 kN，對(duì)護(hù)筒側(cè)壁等厚處、梗腋處截面進(jìn)行承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)護(hù)筒側(cè)壁等厚處、梗腋處截面進(jìn)行裂縫驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果最大值為0.092 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 護(hù)筒頂板

橋墩護(hù)筒頂板橫向彎矩圖見(jiàn)圖4。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，汽車碰撞荷載產(chǎn)生的護(hù)筒頂板最大彎矩為144.5 kN·m，護(hù)筒頂板裂縫寬度最大值為0.132 mm，通過(guò)對(duì)護(hù)筒頂板截面進(jìn)行承載力及裂縫驗(yàn)算均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 基底應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)圍護(hù)滅火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算基底應(yīng)力。

基底面積：17.5×10.7-33.765×2=119.72 m2；

護(hù)筒自重：155.2×25=3 880 kN；

護(hù)筒底板上填土(包括車輛荷載等代土層厚度)自重：96.8×3.9×20=7 550.4 kN；

平均基底應(yīng)力：3 880+7 550.4/119.72=95.5 kPa。

根據(jù)進(jìn)港鐵路橋處地勘資料，該橋處粉質(zhì)黏土地基承載力特征值為150 kPa，滿足護(hù)筒受力要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有限元分析軟件Midas對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析驗(yàn)算以及承載力和裂縫驗(yàn)算。對(duì)橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分分析，可以得出：

1)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)跨中和角部最不利工況條件下，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以確保鐵路橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大彎矩滿足設(shè)計(jì)和承載要求。

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大裂縫變形為頂板處小于規(guī)范要求的0.2 mm，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及防護(hù)要求。

3)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔離市政道路路基和既有鐵路橋墩，對(duì)下穿段路基填筑中增設(shè)土工格柵等復(fù)合材料，能有效保證鐵路橋墩安全。

總之，臨近既有鐵路市政道路工程的控制要點(diǎn)為如何有效將新建工程隔離于鐵路結(jié)構(gòu)外，確保鐵路結(jié)構(gòu)其不受外力影響，合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇可以確保其受力及裂縫檢算滿足要求。