市政道路与铁路立体交叉设计影响因子分析

2021-03-31常军

山西交通科技 2021年1期

常军

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030032）

我国社会经济的快速发展极大地提高了城镇化水平，城市基础设施建设发展日新月异，公路、市政道路穿越高速铁路、普通铁路的情况日渐增多。本文以潇河产业园区文源路西延下穿太中银铁路工程设计为例，通过下穿铁路节点方案比选，分析了市政道路下穿铁路的设计要点及影响因子，并提出相应的注意事项。

1 工程概况

1.1 区域概况

潇河产业园区位于山西转型综合改革示范区，规划面积约343 km2。其中太原起步区约60 km2。沿潇河两岸布局新能源汽车、移动能源、智能制造、健康医药、电子信息、总部经济、智能物流等多个产业组团，沿潇河生态廊道和潇河两岸。太中银铁路即太原至中卫（银川）铁路，简称“太中银铁路”，是《中长期铁路网规划》规划的西北至华北新通道的重要组成部分，文源路西延下穿太中银铁路。

1.2 设计概况

文源路西延位于潇河产业园区太原起步区之外，设计范围西起文源路与滨河东路南延交叉口，东至文源路与人民路交叉口，全长9.250 km，道路等级规划为城市快速路。结合项目实施情况，近期按照城市主干路实施，远期为高架快速路，设计车速60 km/h。

1.3 交叉节点横断面设计

因本项目的实施主要为便利清徐县与潇河产业园区的交通联系，交叉节点道路标准横断面红线宽度为66 m。综合考虑近远期建设，交叉节点方案从工程实施的角度考虑适当压缩侧分带，与铁路交叉构造物断面过渡对接。横断面形式如图1。

图1 太茅路（国道208）-人民路段标准横断面图（单位：cm）

2 文源路西延与太中银铁路交叉方案比选

根据本项目的具体情况，结合交通需求及与周围景观相协调两个方面的要求，拟定3个桥梁方案上跨或下穿太中银铁路。

2.1 方案一机动车道、非机动车道及人行道整体上跨太中银铁路

设计采用变截面钢箱梁T构方案，左右分幅，转体施工跨越太中银铁路。T构中间支点处梁高7 m，边支点梁高3 m，梁底线形按抛物线变化。箱梁顶面宽19 m，采用直腹板。下部结构主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸为6×11 m，下接转动系统、承台，群桩基础。

a）上部结构拟采用变截面钢箱梁T构方案，左右分幅，转体施工跨越太中银铁路。T构中间支点处梁高7 m，边支点梁高3 m，梁底线形按抛物线变化。箱梁顶面宽26 m，采用直腹板。

b）下部结构主墩采用空心薄壁墩。桥墩下接转动系统、承台，钻孔灌注桩基础，桩径1.5 m，边墩采用墩接盖梁，群桩基础。

c）桥梁横断面半幅桥梁宽度26 m，桥面组成：0.5 m（护栏）+4.5 m（人行道）+5 m（非机动车道）+0.5 m（隔离带）+15 m（车行道）+0.5 m（护栏）。

图2 方案一半幅桥梁横断面（单位：cm）

2.2 方案二机动车道上跨太中银铁路，非机动车道及人行道顶推下穿太中银铁路

本方案机动车道拟采用桥梁结构整体上跨太中银铁路，线位两侧非机动车道及人行道设置顶推框构桥方案下穿太中银铁路。

图3 方案二半幅桥梁横断面（单位：cm）

图4 非机动车道及人行道顶推框构横断面（单位：cm）

a）上跨桥上部结构拟采用变截面钢箱梁T构方案，左右分幅，转体施工跨越太中银铁路。T构中间支点处梁高7 m，边支点梁高3 m，梁底线形按抛物线变化。箱梁顶面宽16 m，采用直腹板。

b）上跨桥下部结构主墩采用空心薄壁墩。桥墩下接转动系统、承台，钻孔灌注桩基础，桩径1.5 m，边墩采用墩接盖梁，群桩基础。

c）顶推框构桥结构线位两侧各设1-8.5 m顶推框构供非机动车及行人通过，框构顶板厚0.7 m，底板厚0.8 m，竖墙厚0.65 m，净高大于2.5 m。

d）桥梁横断面上跨太中银铁路主桥半幅桥梁宽度16 m，桥面组成：0.5 m（护栏）+15 m（车行道）+0.5 m（护栏）。顶推框构净宽8.5 m。

2.3 方案三机动车道、非机动车道及人行道全部下穿太中银铁路

2.3.1 以37°交叉下穿

由于铁路与本项目交叉点为路基，填高7.0～7.5 m，按照规划线位设置顶推框构桥方案下穿太中银铁路。根据标准横断面设计，框构采用（8.5+16.5+16.5+8.5）m结构。此处道路高程以铁路轨顶标高为基点，向下建筑总高860 cm（框构顶覆土230 cm、框构顶底板厚130 cm、净高500 cm）后，确定路线设计高程。框构净高大于5 m。

由于两路线交叉角度为37.2°，不利于结构受力和施工，故框构按45°实施，框构最外边距铁轨最小距离7.3 m。本方案中，两侧各4条机动车道均布置在两个16.5 m框构中，非机动车道与人行道分别压缩0.5 m，合并布置在8.5 m的框构中。原道路线形指标不变，按照规划线形布置。

图5 37°交叉方案平面布置图

图6 37°交叉方案桥涵设计图

2.3.2 以61°交叉下穿

本方案综合考虑下穿施工过程中对于铁路正常运营的影响，当道路与铁路交角为61°，顶面积1 361.66 m2。框架桥分两幅，分别顶进两个（12.0+12.0）m的框构。两侧各3条机动车道均布置在两个12.0 m框构中，非机动车道与人行道分别压缩0.5 m后与最外侧机动车道合并布置在外围12.0 m框构中，非机动车道及人行道、机动车道采用分离式布置。因道路与铁路交叉角度变化，原道路线形指标发生变化，在路线交叉铁路前后分别增加两处R=620 m圆曲线，圆曲线均布置相应长度的缓和曲线。

图7 61°交叉方案平面布置图

图8 61°交叉方案桥涵设计图

3 方案对比分析结果

表1 文源路西延与太中银铁路交叉方案对比分析

综上所述：方案三中61°交叉方案利于铁路框构桥的受力与施工，并且工程规模明显减小。方案一、二相较方案三工程量大大增加，且不利于远期道路两侧土地开发利用。综合比较，施工设计方案最终采用方案三中61°下穿方案。

4 市政道路与铁路立体交叉方案设计影响因子分析

4.1 道路功能定位的影响

本文案例中文源路西延远期规划为城市快速路，主要功能为促进清徐县和潇河产业园区之间的交通联系。由于城市道路新建或改扩建与铁路交叉处是影响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。且因市政道路一般均敷设相关城市管网系统，也需要顶管下穿铁路，易加大工程设计难度。因此道路的功能定位是影响交叉方案设计的影响因子之一。

4.2 工程规模及投资影响

工程的经济性是工程设计的重要原则之一，在处理市政道路与铁路立体交叉时工程规模与投资是影响工程方案的重要因素之一。在节约集约发展的背景之下，工程方案设计过程中工程的经济性对于方案的形式、规模、路线走向等有着重要的影响，在一定程度上影响实施方案的选择。因此，工程经济性是在保证工程安全的前提之下重要的影响因子。

4.3 铁路运行安全的影响

铁路作为国家重要交通运输通道的特殊性，道路与铁路立体交叉范围内可能存在专用排水设施、封闭护栏、接触网锚段关节及铁路专用的铁路光缆及通信、信号设备等[1]。道路与铁路立体交叉方案设计首要的影响因子即是要保证道路施工及正常使用期间铁路的正常运行。太中银铁路为双线电气化铁路，交叉点处为约7 m高的路基填方，相较之与铁路桥相交设计难度有所增大，如何保证铁路运行的安全成为了本次方案设计的首要前置条件。

4.4 施工技术限制的影响

本文案例中结合铁路方面的意见，便梁支撑桩拟采用直径1.25 m人工挖孔桩。当交叉角度为原规划线形与铁路37°相交时，在现有条件下难以满足施工需要的条件。只有通过调整道路与铁路立体交叉角度，保证既满足该节点工程施工条件，又满足道路使用条件。对于下穿工程而言，无论是采用何种方式、设备、工艺，都无法避免对铁路路基、桩基的扰动，施工应选择安全可靠、对铁路运营影响小的方法和工艺，对影响铁路的安全风险制定应急预案[2]。因此施工技术的限制也是在方案设计中需要重点考虑的影响因子，应尽早排除施工技术对方案设计的影响[3]。

4.5 城市景观塑造的影响

市政道路的景观是城市景观的重要组成部分，良好的城市景观是城市的重要名片，也是城市居民身心愉悦的重要因素。在绿色设计、生态设计的理念指引之下，市政道路与铁路立体交叉设计中景观因素也成为了必要的影响因子。在设计阶段将工程设计与构建生态、绿色、宜居城市景观结合起来，将景观塑造纳入工程全生命周期是处理市政道路与铁路立体交叉必须要考虑的因素。

4.6 基本农田限制的影响

工程勘察设计中，因线路变更、地质情况等因素的影响，在划定永久性基本农田时难以准确为所有工程设计项目留足余地[4]。这也造成了基本农田的限制成为影响工程设计项目立项、实施的重要影响因子。本文案例中因项目与铁路相交涉及到方案的调整，相交方式、相交角度的变化直接导致了路线走向的变化，占用基本农田，影响了项目的实施。因此，道路与铁路相交方案的设计中，永久性基本农田的保护成为了关键性的影响因子。

4.7 土地开发利用的影响

对于穿越城镇化区域的公路、市政道路而言，道路路线的走向会直接影响道路两侧土地利用的开发[5]。本文中因道路与铁路立体交叉设计方案的调整对原路线两侧块间地出行造成了不利，同时对于已规划的用地性质、土地开发利用成本等均造成了较大的影响。反而言之，设计中综合考虑远期道路两侧土地的开发与利用是影响工程设计方案、制约工程设计进度的重要影响因子。