改擴(kuò)建市政道路下穿高速鐵路設(shè)計(jì)研究

楊華咨

（南昌鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江西南昌 330000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，高速鐵路與城際鐵路進(jìn)入快速發(fā)展期。與此同時(shí)，改擴(kuò)建市政道路與高速鐵路橋梁立體交叉的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，較為常見(jiàn)的下穿構(gòu)筑物包括路基、橋梁、樁板結(jié)構(gòu)等。為使高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全得到保障，結(jié)合實(shí)際需求合理選擇下穿形式，并制訂切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，確保項(xiàng)目得以順利實(shí)施。

1 改擴(kuò)建市政道路下穿高速鐵路現(xiàn)狀及需求分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)位列全球第一，高速鐵路現(xiàn)已連接各個(gè)省市，成為方便快捷的交通出行方式之一。下穿高速鐵路建設(shè)主要集中在東部發(fā)達(dá)地區(qū)和經(jīng)濟(jì)中心城市，如北上廣等，發(fā)達(dá)地區(qū)的建設(shè)密度較高，而中西部建設(shè)相對(duì)滯后，這體現(xiàn)出國(guó)內(nèi)地區(qū)發(fā)展的不平衡性，也為未來(lái)擴(kuò)張?zhí)峁┝似鯔C(jī)?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)區(qū)域之間的聯(lián)系日益密切，對(duì)下穿高速鐵路的建設(shè)需求也進(jìn)一步提升，在有限的時(shí)間和空間內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)城市之間產(chǎn)業(yè)互動(dòng)交流、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平提升、加快人口流動(dòng)、帶動(dòng)城市發(fā)展等目標(biāo)或需求，應(yīng)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目所需的各類資源、技術(shù)、設(shè)備與人力等方面進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與安排，使建設(shè)項(xiàng)目更加精準(zhǔn)地滿足用戶需求，提高項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力與市場(chǎng)占有率，充分利用土地、水源、人力等資源，減少浪費(fèi)與環(huán)境污染，確保符合城區(qū)建設(shè)的實(shí)際需求[1]。

2 相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及鐵路相關(guān)文件解讀

2.1 關(guān)于下穿形式的選擇

根據(jù)我國(guó)頒布的《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB 10182—2017）（簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）規(guī)定，當(dāng)高速鐵路橋下凈空不滿足通行高度時(shí)，可采用框架結(jié)構(gòu)下穿，《規(guī)程》3.0.10 條規(guī)定，“采用橋梁、樁板結(jié)構(gòu)、U 型槽和框架結(jié)構(gòu)下穿高速鐵路時(shí)，結(jié)構(gòu)兩端距高速鐵路橋梁水平投影外側(cè)的垂直距離不應(yīng)小于20m”；在框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻設(shè)置中，當(dāng)?shù)装迓裆畹陀诔信_(tái)底面時(shí)，該結(jié)構(gòu)與承臺(tái)邊的凈距應(yīng)超過(guò)3m；如若高速鐵路橋下凈空滿足通行高度，且地基土的基本承載力超過(guò)180kPa、路基填筑高度低于1m，則可選用路基下穿形式；如若高速鐵路橋下凈空滿足通行高度，但不具備設(shè)置橋梁的條件，且地質(zhì)條件不宜采用路基結(jié)構(gòu)下穿時(shí)，則可選用樁板結(jié)構(gòu)下穿。

2.2 關(guān)于穿越鐵路的基本條件

國(guó)家鐵路局相關(guān)文件明確了穿越鐵路的基本條件。

一是設(shè)計(jì)下穿鐵路方案時(shí)，要求預(yù)留規(guī)劃線位條件，首選采用橋梁形式在既有鐵路橋下穿越。在路基段下穿時(shí)，應(yīng)避開(kāi)站場(chǎng)、道岔與曲線區(qū)段，并對(duì)路基和線路進(jìn)行防護(hù)，確保其穩(wěn)定可靠。

二是上跨鐵路項(xiàng)目應(yīng)預(yù)留鐵路電氣化、規(guī)劃雙層集裝箱運(yùn)輸條件，以滿足施工安全防護(hù)距離等要求。

三是對(duì)下穿鐵路的公路、城市道路、人行過(guò)道等，應(yīng)采取可靠的防水、排水、鐵路防撞、沉降控制等措施，滿足防洪要求；對(duì)確需上跨鐵路的公路、城市道路、人行過(guò)道等橋梁，要采取安全可靠的施工安全保障措施和鐵路沉降控制措施，設(shè)置HA 級(jí)鋼筋混凝土墻式護(hù)欄、防護(hù)網(wǎng)（屏、棚）、異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等可靠的防護(hù)措施；對(duì)下穿、上跨的公路與城市道路，必要時(shí)設(shè)置警告、限速、限高等標(biāo)志[2]。

3 改擴(kuò)建市政道路下穿高速鐵路設(shè)計(jì)方案分析

本文以龍江東路（城市主干路）下穿鷹廈鐵路、杭深鐵路為例。該道路標(biāo)準(zhǔn)寬度為50m，鐵路橋跨度為32m，為使現(xiàn)有鐵路橋墩得到保護(hù)，要求線路和橋墩之間的距離合理，因此要將道路分成兩幅，從鷹廈鐵路左線橋墩間通過(guò)；分四幅從杭深鐵路、鷹廈鐵路右線橋墩間通過(guò)。根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，分析項(xiàng)目涉及線路交叉情況，此次方案共設(shè)計(jì)三種下穿形式，即橋梁下穿、樁板結(jié)構(gòu)、路基下穿，從三者中對(duì)比選出最佳設(shè)計(jì)方案，以確保建設(shè)效果充分滿足預(yù)期要求。

3.1 改擴(kuò)建市政道路路基下穿高速鐵路

該方法是利用橋下空間直接搭建路基，與橋梁下穿、樁板結(jié)構(gòu)相比，該形式的道路填土層荷載、路面結(jié)構(gòu)層荷載等，都會(huì)通過(guò)地基附加應(yīng)力直接作用到橋梁路基上，導(dǎo)致橋墩發(fā)生位移。根據(jù)《規(guī)程》可知，有砟軌道墩臺(tái)頂橫縱位置均要控制在3mm 以內(nèi)，如若超過(guò)該數(shù)值便會(huì)增加軌道變形風(fēng)險(xiǎn)，為列車行駛埋下安全隱患。對(duì)此，《規(guī)程》對(duì)路基下穿方案作出嚴(yán)格規(guī)定，即地基土基本承載力應(yīng)超過(guò)180kPa，填筑高度低于1m，且禁止用高壓旋噴樁處理地基。項(xiàng)目地勘資料表明，該場(chǎng)地表層素填土下方存在較厚淤泥，地質(zhì)條件較差，如若選用路基下穿方案，則需要加固土體，將會(huì)影響鐵路橋梁正常使用。

3.2 改擴(kuò)建市政道路橋梁下穿高速鐵路

龍江東路的梁底標(biāo)高為11.4m，地面標(biāo)高為5.3m，鷹廈鐵路東孚左線梁底標(biāo)高為12.7m，地面標(biāo)高為6.0m，其與右線相交處的梁底標(biāo)高為11.2m，地面標(biāo)高為5.1m。因施工要求與道路改擴(kuò)建后存在差異，橋下凈空高度設(shè)定為6m，最佳狀態(tài)下，龍江東路與三條鐵路交叉處的設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為5.4m、6.7m 和5.2m，為與324 國(guó)道平順相接，設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)低于設(shè)計(jì)標(biāo)高。如若選用整體現(xiàn)澆箱梁，大部分支座和梁體埋入土內(nèi)，將會(huì)影響耐久性，不利于后期檢修；如若選用預(yù)制結(jié)構(gòu)梁，不但耐久性受到影響，且梁片也無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化施工，因此該方案被排除[3]。

3.3 改擴(kuò)建市政道路新建樁板結(jié)構(gòu)下穿高速鐵路

該結(jié)構(gòu)是介于橋梁和路基之間的結(jié)構(gòu)形式，包括下部鋼混樁基和上部鋼混承載板，可充分利用板土、樁土間的共同作用，在下穿工程樁基、鐵路橋梁樁基間凈距符合規(guī)定的前提下，降低鉆孔樁對(duì)鐵路產(chǎn)生的影響。在橋梁下穿形式不滿足要求的情況下，可優(yōu)先選用樁接板梁的方式。

對(duì)此，根據(jù)上述的三種下穿結(jié)構(gòu)形式，綜合分析利弊后，選擇采用樁板結(jié)構(gòu)。并對(duì)不同線位的樁接板梁下穿形式進(jìn)行深入對(duì)比選擇，兩種方案的參數(shù)對(duì)比如表1 所示，方案比選如表2 所示。

表1 下穿鐵路方案參數(shù)對(duì)比表

表2 下穿鐵路方案比選表

在道路工程涉鐵段，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

一是路面設(shè)計(jì)。選用瀝青混凝土路面，按照交通運(yùn)輸部頒發(fā)的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017），確保設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)符合要求；粗集料應(yīng)潔凈、表面粗糙、干燥；細(xì)集料應(yīng)無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，且有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配；瀝青混合料的礦粉應(yīng)采用憎水性石料，經(jīng)過(guò)研磨后制成礦粉；原石料內(nèi)的泥土、雜質(zhì)應(yīng)剔除干凈，確保礦粉能夠自由地從倉(cāng)內(nèi)流出，其質(zhì)量滿足《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）。

二是路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)。一方面，要完善邊坡設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，根據(jù)不同地質(zhì)情況進(jìn)行工點(diǎn)設(shè)計(jì)，從路線控制設(shè)計(jì)出發(fā)，合理設(shè)定邊坡高度，探尋符合地質(zhì)、地形條件的設(shè)計(jì)方案；另一方面，防護(hù)形式選擇生態(tài)防護(hù)，與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，采用當(dāng)?shù)刂参镔Y源，貼近大自然，在確保路基邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，還要滿足環(huán)保與景觀要求，以植物防護(hù)為主，工程防護(hù)為輔。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍內(nèi)均為填方邊坡，高度低于3m，坡率按照1∶1.5 填筑放坡，采用植草護(hù)坡，在坡腳臨近水塘處設(shè)置浸水路堤[4]。

三是軟基處理設(shè)計(jì)。該段為淤泥質(zhì)土，層厚在2.4～10.4m 之間，為提高軟弱土層承載力、降低差異沉降，根據(jù)地質(zhì)條件與施工技術(shù)特點(diǎn)，選用水泥攪拌樁處理，軟土處理深度均值為14m，樁徑為0.55m，樁體間距為1.5m，采用正三角形布置。水泥型號(hào)選用P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.55。上述設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)在深層攪拌樁施工前，以試樁方式確定。

4 改擴(kuò)建市政道路交通及附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

在市政道路改擴(kuò)建施工后，相應(yīng)的交通與附屬設(shè)施也要隨之調(diào)整。調(diào)整方式與道路的設(shè)計(jì)等級(jí)直接相關(guān)，首先要明確道路改造的等級(jí)，其次要充分利用原有設(shè)施，最后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以充分滿足城市化發(fā)展要求。具體如下。

一是交通標(biāo)志標(biāo)線。其作用是為道路使用者傳達(dá)道路與交通狀況，應(yīng)堅(jiān)持簡(jiǎn)潔明確的設(shè)計(jì)原則，采用玻璃鋼材料制作標(biāo)志牌、沿線懸掛標(biāo)志、路面墻體標(biāo)志等，并根據(jù)道路等級(jí)設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志線；交通標(biāo)線設(shè)置在道路路面層，一般選用耐久性好、耐水性強(qiáng)的材料，以乳白色漆為主，便于提高標(biāo)線辨識(shí)度，幫助道路使用者快速識(shí)別和分析。

二是交通欄桿。其作為一種障礙物，設(shè)置在公路兩側(cè)起到防護(hù)作用，欄桿端頭設(shè)置成圓頭或者外擴(kuò)形，提高端頭的安全性和穩(wěn)定性；不同型式欄桿之間應(yīng)進(jìn)行過(guò)渡處理，以免因過(guò)渡不平緩而影響交通；欄桿設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、防撞等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素而定，確保所選設(shè)計(jì)、施工方案符合實(shí)際。

三是交通信號(hào)燈、路燈。信號(hào)燈通常采用懸臂式結(jié)構(gòu)，下方與路面的高度應(yīng)超過(guò)道路規(guī)定的凈空要求，立柱內(nèi)邊緣禁止侵入道路安全帶；路燈設(shè)計(jì)根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—90），高度多為8～12m 之間，間距25～35m，單側(cè)或雙側(cè)布設(shè)，可根據(jù)實(shí)際需求選擇懸臂或者懸鏈結(jié)構(gòu)。

5 改擴(kuò)建市政道路下穿高速鐵路相關(guān)注意事項(xiàng)

在下穿高速鐵路建設(shè)過(guò)程中，涉及諸多環(huán)節(jié)，且工程量較大，對(duì)施工人員的技能和素質(zhì)提出了嚴(yán)格要求，還要做好現(xiàn)場(chǎng)材料管理、質(zhì)量管理、安全管理等工作，明確相關(guān)注意事項(xiàng)，使工程順利高效地完成。措施如下。

一是重視材料管理。在工程開(kāi)始前和施工期間，如若發(fā)生材料來(lái)源變動(dòng)，應(yīng)對(duì)材料來(lái)源、質(zhì)量、數(shù)量以及存儲(chǔ)條件等進(jìn)行檢查，尤其是在瀝青路面施工的供料和收料期間，應(yīng)保持不同規(guī)格碎石顆粒組成的一致性，確保瀝青混凝土的礦料級(jí)配始終處于設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

二是在施工期間，工程質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)均要滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求。當(dāng)檢查結(jié)果與規(guī)范不符時(shí)，應(yīng)追加檢測(cè)數(shù)量，深入剖析原因，采取解決對(duì)策，使各道工序的質(zhì)量指標(biāo)都能滿足設(shè)計(jì)要求，在此前提下開(kāi)展后續(xù)作業(yè)，以免不合格產(chǎn)品影響工程的整體質(zhì)量和施工進(jìn)度。

三是注重施工安全保障。在高空作業(yè)區(qū)地面劃出禁區(qū)，并以竹籬笆加以圍擋，懸掛“閑人免進(jìn)”“禁止通行”等警示牌；基坑開(kāi)挖階段，應(yīng)根據(jù)水文、土質(zhì)與開(kāi)挖深度等指標(biāo)，選擇安全的邊坡坡度并做好支撐防護(hù)；爆破作業(yè)前，制定安全技術(shù)操作規(guī)范，要求作業(yè)人員持證上崗，并禁止穿著易產(chǎn)生靜電的衣物；在施工便道設(shè)置警示標(biāo)志，必要時(shí)設(shè)置專人維護(hù)、指揮交通[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前城市改擴(kuò)建道路工程數(shù)量不斷增加，當(dāng)發(fā)生線路交叉情況時(shí)，多采用下穿形式在高速鐵路橋梁的橋墩之間通過(guò)，道路開(kāi)挖深度較大，橋墩施工后差異沉降值接近容許值，需要選擇合理的設(shè)計(jì)方案，使橋體穩(wěn)定性得到保障。對(duì)此，設(shè)計(jì)者應(yīng)完善項(xiàng)目地勘資料，從常用的橋梁下穿、路基下穿、樁板結(jié)構(gòu)下穿等形式中選出最佳方案，盡量減少對(duì)鐵路橋梁的影響，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)健運(yùn)營(yíng)。