市政道路下穿既有地方铁路工程技术研究

许 彪

(四川省铁路集团有限责任公司，四川 成都 610031)

随着国民经济不断向前发展，城市开发进程不断向周边延伸，早期兴建的地方铁路工程已处于城市地带，在市政工程设施建设过程中必然存在同既有铁路产生交叉，对于交叉方案的选择成为了市政项目的关键点，合理的设计方案选择必须在保障市政工程建设顺利的同时保证铁路运营安全。

1 工程概况

泸州市城东沙茜过长江通道(即城东长江二桥)及连接线工程位于泸州市城东片区，为沙茜CBD与高坝组团的连接通道。本工程起始连接点于既有国窖长江大桥东桥头茜草立交，经过茜草半岛后跨越长江，于泸州老窖罗汉酿酒基地旁上岸后，下穿泸州进港铁路，与已建空港大道相交形成全互通立交，终点止于既有成—自—泸—赤高速公路收费站，路线全长约6.25 km，包含跨江桥工程及两岸接线工程。本项目即为东岸连接线工程，需下穿已经在运营的进港铁路，下穿位置为泸州港中心港区铁路专用线长堰塘中桥，铁路桥中心桩号为中心里程K7+185，全长93.10 m。项目平面布置图见图1。

2 设计方案

本市政道路定位为城市主干路，设计时速60 km/h，为双向八车道，道路红线宽度为40 m，两侧各预留3 m控制绿带，路基顶面总宽度为46 m。为尽量减小下穿路基对铁路桥墩的影响，在进港铁路长堰塘中桥1号墩四周设置矩形钢筋混凝土护筒进行保护。护筒包括基础底板、侧墙、中间隔墙及顶板，顶板上设置防撞护栏。在护筒外围设置路基，护筒作为受力结构，自身承担路基填土荷载，因护筒与铁路桥桥墩分离，不传递荷载给桥墩，形成对桥墩的保护作用。同时对下穿段市政道路路基增设土工格栅，增强路基整体稳定性。

桥墩护筒采用C30矩形钢筋混凝土结构，整个护筒埋在路基下方，护筒底部尺寸为17.5 m×10.7 m，护筒顶部尺寸为13.5 m×6.7 m，护筒总高为3.1 m。护筒底板厚度为0.6 m，侧墙及中间隔墙厚度0.4 m，顶板厚度0.4 m。护筒结构示意图见图2。

3 工程地质

通过地面调查和钻探揭露，本工程沿线出露地层为第四系全新统土层和侏罗系中统沙溪庙组沉积岩层。覆盖层主要为人类工程活动堆填的第四系人工填土层和第四系残坡积层、崩坡积和冲洪积层，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组陆相沉积的砂岩和泥岩呈互层。本穿越段的地基持力土层主要为第四系残坡积层，承载力均大于150 kPa，满足公路路基设计规范要求。

4 桥墩防护结构计算

4.1 桥墩防护结构计算公式

4.1.1 路基填土及汽车荷载取值

根据JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范，压实填土中立的竖向和水平压力强度标准值与汽车荷载等效土层厚度计算公式如下。

1)竖向和水平压力强度标准值。

竖向压力强度：qV=γh;

水平压力强度：qH=λγh;

λ=tan(45°-0.5×φ)。

其中，γ为土的重度,kN/m3;h为计算截面到路面顶的高度，m；λ为侧压系数。

2)汽车荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力，等代均布土层厚度h(m)换算公式：

h=∑G/Bl0γ。

其中，γ为土的重度，kN/m3；∑G为布置在B×l0面积内的车轮的总重力，kN；l0为桥台或挡土墙后填土的破坏棱体长度，m；B为桥台横向全宽或挡土墙的计算长度，m。

3)根据JTG D81—2017公路交通安全设施设计规范，桥梁护栏的汽车横向碰撞荷载标准值取HA级720 kN。

4.1.2 结构裂缝计算公式

Wcr=C1×C2×C3×σss/Es×

[(c+d)/(0.36+1.7×ρt)]。

其中，C1为钢筋表面形状系数，带肋钢筋1.0；C2为作用(或荷载)长期效应系数，C2=1+0.5NL/Ns(ML/Ms);C3为与构件受力性质有关的系数；其他受弯构件为1.0；σss为钢筋应力：受弯构件σss=Ms/(0.87×As×h0)；Es为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离；c为最外排纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度，mm；d为受拉钢筋直径；ρt为纵向受拉钢筋有效配筋率；Ns(Ms)为短期效应轴力(弯矩)；NL(ML)为长期效应轴力(弯矩)。

4.2 护筒结构验算

4.2.1 护筒侧壁

护筒侧壁分析时，简化不考虑顶板、底板的约束作用，取最不利位置护筒底部1 m高度筒体进行计算，采用均布土压力进行加载，护筒侧壁横向弯矩图和轴力图如图3所示。

由上述计算结果可知，土压力产生的护筒侧壁梗腋处截面最大弯矩88.9 kN·m，等厚处截面最大弯矩41.3 kN·m，对应轴压力为76.7 kN，对护筒侧壁等厚处、梗腋处截面进行承载力均满足设计要求，对护筒侧壁等厚处、梗腋处截面进行裂缝验算，验算结果最大值为0.092 mm，满足设计要求。

4.2.2 护筒顶板

桥墩护筒顶板横向弯矩图见图4。

由上述计算结果可知，汽车碰撞荷载产生的护筒顶板最大弯矩为144.5 kN·m，护筒顶板裂缝宽度最大值为0.132 mm，通过对护筒顶板截面进行承载力及裂缝验算均满足设计要求。

4.3 基底应力计算

根据围护灭火结构设计计算基底应力。

基底面积：17.5×10.7-33.765×2=119.72 m2；

护筒自重：155.2×25=3 880 kN；

护筒底板上填土(包括车辆荷载等代土层厚度)自重：96.8×3.9×20=7 550.4 kN；

平均基底应力：3 880+7 550.4/119.72=95.5 kPa。

根据进港铁路桥处地勘资料，该桥处粉质黏土地基承载力特征值为150 kPa，满足护筒受力要求。

5 结语

通过有限元分析软件Midas对围护结构进行数值分析验算以及承载力和裂缝验算。对桥梁围护结构进行了充分分析，可以得出：

1)在围护结构跨中和角部最不利工况条件下，通过合理的结构设计，可以确保铁路桥梁围护结构最大弯矩满足设计和承载要求。

2)围护结构最大裂缝变形为顶板处小于规范要求的0.2 mm，满足结构设计及防护要求。

3)通过围护结构隔离市政道路路基和既有铁路桥墩，对下穿段路基填筑中增设土工格栅等复合材料，能有效保证铁路桥墩安全。

总之，临近既有铁路市政道路工程的控制要点为如何有效将新建工程隔离于铁路结构外，确保铁路结构其不受外力影响，合理的围护结构选择可以确保其受力及裂缝检算满足要求。