浅析城市道路下穿高铁的影响与分析

2016-06-12吉军立

工程与建设 2016年1期

关键词：城市道路高铁

吉军立

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥　230001)

浅析城市道路下穿高铁的影响与分析

吉军立

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥230001)

摘要：随着高速铁路建设的不断发展，越来越多城市道路项目与高铁交叉，在此情况下，文章研究了道路下穿高铁的结构形式，结合典型的工程实例，对道路下穿高铁进行结构安全数值分析，并提出相应的建议方案和工程措施。

关键词：城市道路；下穿；高铁；桩板结构

0引言

目前，我国正处于高速铁路和城际铁路的高速发展期，已有多条线路投入运营，另有多条高速铁路和城际铁路正在建设之中。由于高速铁路和城际铁路所经过的地区经济发展，新建或改扩建城市道路与既有高速铁路交叉时，作为国家运输大动脉的铁路，为保证其正常运营，采取稳妥可靠的交叉方式、结构形式以及施工方法十分必要。尤其是穿越电气化铁路、高速铁路时，无论是国家层面出台的《铁路安全管理条例》，还是铁路总公司或地方路局的多个文件规定，都对穿越铁路构筑物的设计、施工及运营提出严格而明确的要求。

高速铁路作为电气化铁路，系统性、集成性非常高,道路设计之前应全面详细调查铁路现状，充分考虑现状作业条件、机具配置以及工程规划；此外，高速铁路对沉降位移等有着严格要求，地质条件较差的地区，需要对受影响的高铁进行安全分析检算。目前，道路穿越高铁的主要形式有轻型路基、重力式挡土墙结构、排桩结构、U型槽结构、桩板结构及桥梁结构等[1-5]。

1胜利东路桩板结构工程实例

蚌埠市胜利东路道路“快慢”升级，对既有道路进行市政化改造，改造后为S101省道的重要组成部分，同时又是S307的共线段。由于沿线非机动车及行人等慢行交通需求的快速增加，使老路过境交通与城市组团间的区间交通通行能力逐渐降低，交通通行问题逐渐凸显。本项目作为蚌埠市东向出城的重要通道，需对老路进行市政化改造(规划路幅为45 m)，实现道路的“快、慢”分行，既保证道路沿线企业、单位居民的出行要求，也能保证过境交通通行能力的要求。

胜利东路于合蚌客专2 km+438.55 m处蚌南联络线特大桥13#～14#桥墩之间下穿，与道路夹角为43°22′59″。该段合蚌客专桥型为48 m+80 m+48 m预应力混凝土连续梁，梁长为177.3 m，中支点梁高为6.4 m，跨中梁高为3.8 m，梁宽为12.2 m。

1.1工程方案

胜利东路拟建场地地形平坦，工程地质层从上到下依次为：① 杂填土(Qml)，层厚为1.30～4.70 m。② 黏土(Q4al+pl)，层厚为3.70～16.90 m。③ 黏土(Q4al+pl)，层厚为9.90～16.30 m。④ 全风化混合花岗岩，层厚为1.00～5.70 m。⑤ 强风化混合花岗岩，层厚为0.80～5.40 m。⑥ 弱风化混合花岗岩,揭露层厚为3.50～6.00 m。

下穿高铁段机动车道、辅道、人行道两幅分幅设计，设计采用6 m×20 m钢筋混凝土桩板结构，单幅桥面横向布置为：0.5 m防撞墙+2.0 m人行道+3.0 m辅道+0.5 m防撞墙+11.5 m机动车道+0.5 m防撞墙。桥面每幅宽度为18 m，梁高为1.1 m，翼缘板宽度为 0.75 m。下部结构为5-φ1.0 m钻孔桩基础，桩间距为3.5 m与3.75 m。为减少管道施工对桩板施工及高铁桩基的影响，道路下市政管线宜从两侧邻跨明挖直埋或顶管机械顶进施工。道路下穿高铁如图1所示。

图1下穿高铁处横断面图

1.2有限元结构安全分析

结构安全分析采用数值模拟的方法，利用Plaxis 3D Foundation 软件分别模拟钻孔桩施工、道路板开挖、道路板浇筑和运营荷载几种不同工况对合蚌客专的影响。

(1) 钻孔灌注桩施工对高铁桥墩和桩基的影响。建立道路钻孔桩开挖三维有限元模型，高铁桩基直径为1.0 m，下穿处桩长为21.5 m、22.5 m，桩基持力层地基承载力σ0为1 000 kPa。道路桩基为直径1 m钻孔灌注桩，桩长为22 m，道路桩基持力层地基承载力σ0为500 kPa。

钻孔桩施工对高铁桥墩的影响较小，详见表1所列。选取13#、14#桥墩下距离道路钻孔桩最近的桩基进行分析，如图2所示。

表1　各墩顶变形数据　mm

图2　道路钻孔桩施工13#、14#墩桩基变形图

(2) 道路板开挖对高铁桥墩和桩基的影响。道路板开挖深度为1.1 m，单幅宽为18 m，间距为1 m，板长为120 m。道路板开挖施工对高铁桥墩的影响较小，详见表2所列。选取13#、14#桥墩下距离道路钻孔桩最近的桩基进行分析，如图3所示。

表2　各墩顶变形数据　mm

图3道路板开挖阶段13#、14#桩基变形图

(3) 道路板浇筑对铁路桥墩的影响。开挖至桩板结构底标高后，施工板结构。道路板浇筑对高铁桥墩的影响较小，详见表3所列。选取13#、14#桥墩下离道路钻孔桩最近的桩基进行分析，如图4所示。

表3　各墩顶变形数据　mm

图4道路板浇筑阶段13#、14#墩桩基变形图

(4) 运营荷载对高铁桥墩和桩基的影响。运营阶段施工对高铁桥墩的影响较小，详见表4所列。选取13#、14#桥墩下距离道路钻孔桩最近的桩基进行分析，如图5所示。

表4　各墩顶变形数据　mm

图5运营阶段高铁13#、14#墩桩基变形图

(5) 高铁各墩顶累积变形位移，详见表5所列。

表5　高铁各墩顶累积位移　mm

经计算分析，墩顶的水平和竖向位移均小于1.0 mm，各桥墩纵向水平位移、横向水平位移及竖向沉降均满足规范要求[6-10]。

2分析建议

(1) 道路线位选定。由于城市道路新建或改扩建与高速铁路交叉处是影响高速铁路运营安全的重要敏感点，所以，在新建道路选线时应慎重，尽量避免采用较小半径曲线与小角度交叉方式穿越。

(2) 新建公路与已建或在建高速铁路(含客运专线及城际铁路)以桥梁方式交叉跨越时，应优先选择公路下穿高速铁路(含客运专线及城际铁路)的方案。下穿高铁通常有轻型路基、U槽结构及桩板结构下穿等方案，凡是涉及这样的项目要报铁路管理局或高铁相关管理部门审批，因此，方案选择是否合理，对高铁桥墩的影响往往成为方案选择的最关键因素[11-12]。

3结论

(1) 对于高铁桥下道路横断面，通常采用规划道路横断面，如果在布置桥下断面时受到高铁下部桥墩基础结构的影响，以不影响高铁桥墩和满足道路使用功能为原则，与总体设计道路设计单位协调，适当压缩非机动车与人行道断面，保持机动车道断面；或机动车道与非机动车道、人行道分幅布置，分别从主跨孔与邻孔穿越进行处理。双向机动车道桩板结构宜分幅布置，以利板结构的后期结构设计，同时，对既有道路扩建的施工可采用半幅通行半幅封闭的方案。

(2) 对于道路配套管网，按照铁路管理局与高铁管理部门的要求，应采用护套管方式在高铁下穿越，结合管网覆土深度施工采用顶管或明挖工艺。

(3) 下穿高铁道路的安全设施应在设计中考虑齐全，高铁桥墩邻机动车道一侧应设置SS级防撞墙，墙外边缘距离高铁桥墩最小净距不小于2.5 m，墩身设置安全警示标志。在有超高车辆通行或桥下净高不足5.0 m的桥下出入口，按部颁标准设置限高防护架。

(4) 下穿高铁桩板结构中桩基与既有铁路桥桥墩的桩基中心距大于6倍桩径(为两者中较大桩径)，以减小钻孔桩施工对高铁桥墩的影响。施工过程中应对高铁桥墩周围采取防护措施，并制定专项桥墩与地基沉降监测与应急方案。

(5) 现浇板圬工实体量较大，应加强混凝土水化热处理及地基沉降预防措施。对于新建、改扩建道路中断高铁检修通道的项目，应在新建道路上预留出入口，恢复并贯通检修通道。

〔参考文献〕

[1]TB 10621-2014,高速铁路设计规范[S].

[2]TB 10106-2010,铁路工程地基处理技术规程[S].

[3]JTG_D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4]CJJ 37-2012,城市道路工程设计规范[S].

[5]李刚.城市道路下穿高铁方案比选分析[J].广东建材,2014(6)：34-38.

[6]罗海兵，薛爱华.海棠路下穿陇海铁路立交桥设计[J].中国市政工程,2008(4)：23-27.

[7]苗超.池州长江公路大桥接线与宁安城际铁路交叉方案研究[J].工程与建设，2008,22(1)：55-57.