河塘范围互通道路下穿高速铁路工程设计研究

田甜 TIAN Tian

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 100162）

0 引言

目前我国交通基建行业正在蓬勃发展，尤其是高铁项目及城市间高速公路项目的发展尤为迅速，随着越来越多的高铁线路逐步开通，使得后续高速公路难免与之产生交叉。当高速公路与铁路相交时，为确保铁路线路的安全运营，需对公路线路和结构进行认真研究和设计。在高速铁路影响区内，桥梁施工中所产生的震动及基坑开挖会对既有铁路桥梁造成一定的影响，基坑周边土体的受力失衡会使得周边地表产生沉降及位移，当沉降或位移值超过安全范围时，会直接影响铁路轨道线路的线形，进而影响既有铁路的安全运行[1]。在某高速互通下穿连镇高铁立交工程项目中，由于该互通需新建多处匝道下穿既有高铁线路，线路交叉处地质较差且地表水较多，加之该互通桥梁基础毗邻高铁桥墩，从而造成互通在施工中对既有高铁线路产生一定影响。为保证高铁线路的正常运行，最大限度降低互通施工对高铁桥梁的影响。

1 工程概况

某高速公路改扩建项目，高速公路与铁路并行，间距约80m。主线由既有双向四车道扩建为双向八车道，设计速度由100km/h提升到120km/h，标准横断面宽度为42m。同时对既有互通进行改造，现状互通由高速公路和城市主干道交叉形成，为十字交叉，型式为对角象限半苜蓿叶型，改造后的互通主体布设在西北象限，采用A型单喇叭型式，收费站匝道上跨高速公路后下穿连淮扬镇铁路，详见图1。

既有互通改扩建，新建A、B、C匝道下穿连镇高铁，且需对既有下穿铁路城市主干路扩建。其中A匝道从32m桥孔下穿，B匝道因路线平面指标受限，从较小的24m桥孔下穿，下穿处位于河塘范围，C匝道从40+64+40m连续梁边孔下穿，临近铁路位置也位于河塘范围。城市主干路从40+64+40m连续梁下穿，由高路基改为桥梁。

连镇客专为客运专线，高速铁路，双线，线间距4.6m，无缝线路，有砟轨道，设计速度250km/h。交叉处铁路平面位于曲线段，曲线半径R=4500m。铁路桥墩顶墩顶水平位移及沉降限值均为2mm[3]。

2 互通匝道设计方案

涟水互通有三个匝道，其中A、B、C匝道下穿连镇高铁，其设计方案如下：

A匝道上跨长深高速后下穿连镇高铁，因其平面位于R=90m的圆曲线段，考虑组合结构的梁片布设困难，小半径曲线不便于施工，不宜采用组合梁结构，结合项目位置地勘，且桥面设计标高比原地面高约8m，采用现浇梁方案[2]。

B匝道下穿连镇高铁处位于河塘范围，地质较差，若采用路基形式下穿铁路需进行地基加固及路基填筑，对铁路影响较大。根据总体纵断面设计，道路设计线与地面及洪水位较接近，无法采用常规箱梁结构下穿铁路。对于地质较差且道路设计标高距地面较近情况，可考虑采用刚构桥或桩板结构下穿铁路。桩板结构下方需填土，根据纵断面，梁底距离塘底约4m，填土范围及深度过大，不适用于现场情况。刚构桥不设支座，且桥下无需填土，最终B匝道采用刚构桥方案下穿高铁。

C匝道下穿炎黄大道后下穿连镇高铁，后又穿越两处河塘与A匝道相接。下穿连镇高铁位置设计高程仅高于地面线约1.5m，为了减小对铁路的影响，采用桩板结构下穿高铁。穿越河塘范围由于河塘较深，且河塘内地质较差，因此采用刚构桥方案穿越河塘。

3 数值分析

选取涉铁范围内的岩土及结构物，采用数值模拟方法计算B、C匝道及主干路扩建下穿施工对连镇客专1038#～1043#桥墩和承台的影响。利用Plaxis 3D建立三维有限元模型，模型长295m，宽155m，深度约80m。模型中土体采用小应变土体硬化本构模拟，既有铁路桥墩及承台，新建桥梁桩基、承台、盖梁，新建桩板结构等均采用线弹性实体单元模拟，铁路桩基采用嵌入式梁单元模拟，钢板桩围堰采用板单元模拟。几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界。场地主要土层物理力学参数及其他结构的模型参数根据本工程地质勘察报告与工程经验取值，得到计算模型如图2所示。

共划分了10个计算工况：

工况1：池塘围堰抽水；

工况2：城市主干路既有路基开挖；

工况3：匝道桥梁、桩板结构及城市主干路桥梁桩基施工；

工况4：匝道桥梁承台基坑开挖；

工况5：匝道桥梁承台、墩身施作及基坑回填；

工况6：匝道桥梁梁式支架现浇段梁体施作；

工况7：城市主干路墩柱盖梁施作及梁体架设；

工况8：C匝道桩板结构施作；

工况9：匝道路基段路基填筑；

工况10：池塘回水及道路铺装运营。

将连镇客专1038#～1043#桥墩墩顶及承台因上述施工及运营过程引起的阶段位移累加，得到表1～表2。

由表1可以看出，工程施工及运营过程引起连镇客专桥墩墩顶过程累计顺桥向最大位移发生在工况10（池塘回水及道路铺装运营），位于1042#桥墩，为0.977mm；墩顶过程累计横桥向最大位移发生在工况3（匝道桥梁、桩板结构及炎黄大道桥梁桩基施工），位于1042#桥墩，为-0.478mm；墩顶过程累计竖向最大位移发生在工况10（池塘回水及道路铺装运营），位于1041#桥墩，为-0.585mm。

表1 各工况铁路桥墩墩顶累计位移汇总 单位：mm

由汇总表2可以看出，工程施工及运营过程引起连镇客专承台过程累计顺桥向最大位移发生在工况10（池塘回水及道路铺装运营），位于1042#桥墩，为0.542mm；承台过程累计横桥向最大位移发生在工况3（匝道桥梁、桩板结构及炎黄大道桥梁桩基施工），位于1042#桥墩，为-0.313mm；承台过程累计竖向最大位移发生在工况10（池塘回水及道路铺装运营），位于1041#桥墩，为-0.585mm。

表2 各工况铁路桥墩承台累计位移汇总 单位：mm

4 结束语

通过对互通线形及结构方案进行设计优化，同时对互通匝道桥梁施工及运营过程引起的高铁桥梁变形进行数值分析，验证了本项目引起的铁路桥梁变形值在安全范围以内。

对下穿铁路道路结构选型总结如下：

当道路纵断贴近原地（一般控制在2m以内），地基承载力达不到规范要求180kPa，无法采用路基形式下穿铁路时，优先采用桩板结构。

当道路纵断面距离地面大于2m，采用常规桥梁结构（空心板、预制箱梁、现浇箱梁等）无法保证梁底检修净空，或支座低于洪水位时，可采用刚构桥下穿铁路。

当道路纵断面满足常规桥梁结构设置条件，新建桥梁桩基与铁路桥桩基满足规范要求时，可采用常规桥梁结构下穿铁路。