福州南江滨东大道下穿福厦高铁设计与施工要点分析

黄海龙

(福州市规划设计研究院 福建福州 350001)

0 引言

高速铁路具有高速度、高舒适度、高安全性和高密度连续运营的特点,要求轨道结构具有持久稳定的高平顺性，为减少运营期间的干扰因素，高速铁路大多按照高架形式进行建设。当新建城市道路与既有高速铁路高架线路交叉时，高速铁路高标准也对与之交叉的市政道路建设提出了严要求，如何削减或消除市政道路建设过程中对既有高速铁路(下部桥墩)产生的影响，并采取有效的工程技术措施成为人们关注的重点[1]。本文以福州市南江滨东大道下穿既有福厦高铁为案例，阐述该节点设计过程中所涉及的影响因素及采取的工程技术方法。

1 项目概况

福州市南江滨东大道北起魁浦大桥，向南止于璧头，新建路线全长约3330m，红线宽度为50m，为城市主干道，设计速度为50km/h道路，北侧为闽江，南侧为规划城市用地，在K5+986处下穿既有福厦高铁51#、52#、53#桥墩。该节点的设计既有一般新建市政道路的特点，又涉及高速铁路安全运营的交互影响。

下穿既有福厦高铁节点处道路设计横断面(初始设计横断面)如图1所示。

图1 初始设计横断面

下穿既有福厦高铁节点设计平面(初始设计平面)如图2所示。

图2 下穿既有福厦高铁节点设计平面

2 削减对既有高铁桥墩的影响因素分析

在本研究中，福厦高铁与南江滨东大道交叉的三个既有桥墩成为该设计方案考虑的出发点与切入点。从市政道路建设对高速铁路安全营运的几个影响因素着手展开分析，具体如下：

(1)道路的平面、横断面布置因素

道路平面在该节点的设计如果按常规标准断面布设，只是纯粹的对高铁桥墩进行绿带包裹，在断面宽度上虽能勉强布设，但将牺牲道路沿江侧的人行慢道系统，造成市政道路功能缺失。且福厦高铁52#墩沿江侧边缘与南江滨东大道机动车道安全净距过小，难以满足高速铁路的相关要求(安全净距≥2.0m)。

(2)道路的纵断面、路基填挖高度因素

道路在该节点的纵断面设计，除满足相关的规划标高外，还应综合考虑道路设计标高与3个既有福厦高铁桥墩承台之间高差关系，大幅的路基开挖或过大的填高都会对现有福厦高铁桥墩产生不利的侧向压力。但因南江滨东大道外侧为防洪堤，根据相关规划设计标高与水利资料，该下穿节点的道路设计填高约为4.3m。

(3)道路各类管道开挖、敷设产生的影响

市政道路的雨、污等管线往往埋深较高，管线所处的横断面位置、管线开挖敷设的过程都将对既有福厦高铁桥墩及桩基产生较大的影响。南江滨东大道包含新建雨水管、污水管、电力管、通信管、给水管、燃气管等管线工程。

(4)石方爆破影响因素分析

市政道路路线与既有福厦高铁路线交叉的一定范围内，市政道路石方采用的开挖、爆破工艺将对既有福厦高铁桥墩的安全及稳定产生较大的影响。该项目距离福厦高铁约460m处存在一处石方开挖段落。

(5)交通设施影响因素分析

道路绿带缘石对既有高铁墩台的包裹难以实现墩台与道路通行车辆间的硬隔离，在道路投入运营后，如何有效保护既有高铁墩台免受通行车辆的撞击成为至关重要的考量因素。

(6)行车荷载对既有铁路墩台的影响

道路投入运营后，超载(重车)车辆运行对既有高铁墩台产生的冲击影响。

3 削减或消除影响的工程技术方案分析

福厦高铁的桥墩为既有构筑物，应主要从当前南江滨东大道道路设计与施工的工程技术方案、工程工艺措施上着手，提出削减或消除影响方法。

3.1 总体线形方案比选

南江滨东大道下穿既有福厦高铁节点，在道路线形的设计上有如下3种思路：

(1)避：即在新建道路线形走向上采用避开福厦高铁桥墩的思路，但避行方案将引起道路路线的大范围调整，不切合实际。

(2)旋：即通过旋转南江滨东大道与既有福厦高铁线形的斜交角来满足道路线形与桥墩的合理净距，该方案也将对道路原线形做出一定幅度的调整，代价较大。

(3)扩：即在南江滨东大道下穿该节点3个既有桥墩时，道路主路从福厦高铁51#、52#、53#桥墩中间穿行，道路两侧非机动车道及人行道则从51#、53#桥墩外侧绕行的线形方案，如图3所示。该“鱼腹形”方案以最小的代价保证了道路主路线形的平顺，也满足了道路边界与福厦高铁既有桥墩边缘间的合理净距，道路功能齐全、线形调整范围小，推荐该总体方案。

图3 下穿既有福厦高铁节点推荐平面设计方案

图4 桥梁结构形式断面方案

3.2 下穿桥墩节点结构形式比选

3.2.1常规路基结构形式穿越节点方案

路基结构形式穿越节点方案，指采用常规土石方挖填、压实工艺形成稳固的路基来穿越既有福厦高铁。为减少施工中对桥墩的影响，应制定相应的监测方案，并采用保护性施工方案。即在机械施工前，沿着承台周边1m的距离打入DN50cm的钢管，露出地面1.5m左右，用2m高铁皮绑扎在钢管上，将桥墩封闭，在铁皮上涂刷反光漆。路基采用YZ18-T压路机对称分层填筑、碾压，每层厚度不大于30cm施工。承台处人行道路基采用人工夯实。边坡处外填5m，避免路基对墩柱产生侧向土压力。

路基结构虽造价较低，但因该节点处道路填高为4.3m，过大的填高易对现有铁路桥墩产生不均匀侧向压力，对桥墩稳定产生威胁，且采用土方覆盖现有桥墩墩身，不利于桥墩的日常检修与维护。

3.2.2桥梁结构形式方案

为确保现有铁路桥梁结构受力稳定及日常检查、养护维修方便，提出该下穿节点处采用桥梁形式代替路基结构，桥梁采用预制预应力砼T梁桥(1×25m)，桥台采用桩柱式桥台。采用桥梁结构可将上部荷载转移至桥台处进行集中受力，并通过桥台将荷载向下传递至桩基。相比路基结构形式，桥梁可通过适当加大跨度将受力区与现有高铁桥梁墩台有效错开，形成与高铁桥墩相对独立、互不干扰的受力系统。

经综合比选，推荐该节点市政道路采用桥梁结构形式，如图4所示。

3.3 下穿桥墩节点的管道设计

南江滨东大道下穿既有福厦高铁是一个特殊节点，市政道路管道的挖槽敷设、运营期间管道出现的渗漏等都会对高速铁路桥墩稳定产生较大的影响，应从管道的设计、施工等各方面进行考虑，主要为：

(1)该节点处管道与现有桥墩间的位置摆放

雨、污排水管因管径大、埋置深且一旦发生渗漏影响重大，是应该重点处理的管线部分。为减少影响，该类敏感管线穿过该节点时，应尽量摆放在现有相邻铁路桥墩的中间位置，如图5所示。

(2)管道挖槽敷设工艺选择

对于埋深较浅(1m～2m)的雨水管，可采用开挖施工。为减少雨水管道开挖对铁路桥墩柱的影响，在开挖线沟槽两侧采用拉森IV型钢板桩支护，钢板桩打入深度为开挖深度2～3倍，如图6所示。

图6 雨水管道支护开挖方案

而对于埋置较深(约6.0m)的污水管，仍采用开挖工艺将面临深基坑支护、降地下水位等难题，且易对铁路桩基稳定造成威胁，从铁路桩基安全及工程经济综合考虑，推荐采用泥水平衡式顶管的施工方法进行施工[2]，如图7所示。

图7 污水管道顶管开挖方案

(3)节点处各类管道保护措施

对穿越该节点的敏感类管线，应在常规设计的基础上采取加固保护措施。管道D1400钢筋混凝土污水管外围采用d2000钢筋混凝土套管保护，保护长度为铁路边线外侧各20m；给水管采用DN400钢管，壁厚9mm，外加DN700钢筋混凝土管套管，壁厚70mm，最小管顶覆土1.0m；用地侧电力排管采用钢筋混凝土箱涵进行保护，保护长度为铁路边线外侧各20m。

3.4 临近高铁桥墩节点部分的石方开挖设计

在既有福厦高铁北侧约460m处为南江滨东大道的石方开挖段落。根据钻探资料计算，该段落石方开挖的工程数量如表1所示。

表1 石方段落开挖工程量表 m3

临近高铁桥墩节点部分的石方开挖段落位置，如图8所示。

图8 临近高铁桥墩节点部分的石方开挖段落位置

为减少石方开挖对现有福厦高铁的影响，在该段落石方开挖时采用分类开挖工艺。在开挖工艺上谨慎选择，考虑石方段落与高铁现有桥墩仅460m距离，常规的爆破工艺与控制爆破对现有高铁产生的影响不可控，经技术分析论证，为最大限度地减少对既有高铁的影响，推荐该石方段采用静态爆破工艺，具体分类如下：

(1)对表面层软石类采用液压镐挖掘机破碎工艺，如图9所示。

图9 液压镐挖掘机破碎工艺

(2)对具有临空面的路基工程次坚石、坚石类部分采用静态破碎施工方法，如图10所示。

图10 静态破碎施工工艺

(3)而管道沟槽施工开挖较深、开挖宽度较窄且位于中风化、微风化花岗岩层，缺少静态破碎临空面，经综合分析，推荐该部分采用矿山岩石切割技术逐级开挖施工，如图11所示。

图11 矿山岩石切割工艺

临近高铁桥墩节点石方路基段落，采用静态破碎和岩石切割的施工方法，安全有效，符合《铁路安全管理条例》中规定，且优于控制爆破。

3.5 节点处交通安全防护工程设计

为尽量消除道路通车后对铁路产生的安全隐患，采用在新建桥梁混凝土墙式防撞护栏侧面涂刷立面标记反光漆[3]，如图12所示，并在行车道设置振荡标线等提示、警示减速装置。

图12 在混凝土墙式防撞护栏侧涂刷反光漆

4 结语

随着我国交通的快速发展，不同交通方式间的交叉穿越逐渐增多。当新建市政道路下穿既有高速铁路时，高速铁路高标准将对市政道路的建设提出严要求。本文以福州市南江滨东大道下穿既有福厦高铁节点为案例，结合该项目的实际情况，从该下穿节点道路的线位设计、断面布局、跨越节点结构形式、管道开挖与保护工艺、临近节点石方开挖工艺及节点的交通安全防护等方面做了分析与探讨，提出了一套削减对既有高铁影响的技术方案，为今后类似工程提供理论与实践借鉴。

参考文献

[1] 徐珂.高速公路下穿既有运营铁路施工技术及安全控制研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013.

[2] 王子，林圣坤.市政道路下穿既有铁路施工方案探讨[J].四川建筑, 2017(08): 222-224.

[3] 荣永启，孙高峰.城市市政道路下穿高速铁路设计要点及注意事项——以郑州市107辅道快速化工程为例[J].绿色交通，2017(01): 197-198.