德大線下穿京滬高速鐵路設計方案研究

李耐振,閆 偉

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院,濟南 250022)

1 概述

新建德(州)大(家洼)鐵路為單線鐵路(預留雙線),設計速度160 km/h(預留200 km/h平面條件)。京滬高速鐵路為雙線電氣化鐵路,設計速度350 km/h。

德大線在DK21+070處與京滬高速鐵路K343+007交叉,原設計方案采用德大線上跨京滬高速鐵路。鐵道部、山東省關于跨京滬高速鐵路特大橋的原批復意見為:“原則同意采用多孔32、24 m簡支梁橋式方案,結合京滬高速鐵路開通情況,研究采用槽形梁跨越京滬高速鐵路的可行性,以縮短橋長,注意跨線孔的施工工期,減少對京滬高速鐵路的影響”。

但根據鐵道部最新發布的《關于鐵路工程設計線路交叉跨越有關規定的通知》(鐵建設函[2010]146號)[1]的要求：“新建客貨共線鐵路與已建或在建高速鐵路交叉跨越時,應選擇已建或在建高速鐵路橋梁地段的較高橋墩、較大橋跨處下穿方案；新建客貨共線鐵路下穿已建或在建高速鐵路時,應綜合考慮地形地質條件、運營安全等要求,做好防洪及防排水設計”。

因此，德大線與京滬高速鐵路交叉設計原則上采用下穿方案。

2 原設計方案情況

京滬高速鐵路和德大線交叉處為雙線橋,梁長32 m,橋寬13.4 m,與本線法線的夾角為22°。

原設計方案德大線采用橋梁上跨京滬高速鐵路。上跨京滬高速鐵路處采用1-24 m簡支槽形梁,其他孔跨采用24 m、32 m簡支T梁。簡支槽形梁采用支架現澆法施工,需在京滬高速鐵路聯調聯試前完成施工。上跨方案對京滬高速鐵路運營安全有一定的影響,需對本線上跨京滬高速鐵路范圍內,沿橋梁兩側以交叉點為中心,前后各防護100 m,加設防拋網和防落梁措施。

3 下穿方案研究

根據京滬高速鐵路的平、縱斷面資料可知,京滬高速鐵路在跨越S353省道處橋墩較高,梁下凈高9.0 m,具有較好的下穿條件,因此選擇德大線改線至S353省道附近下穿和原位下穿京滬高速鐵路兩個方案進行詳細的比選研究(圖1)。

3.1 改線下穿方案3.1.1 線路走向

德大線從比選起點DK4+000起,分別跨越馬頰河和京福高速公路后在丁莊水庫和丁東水庫間穿過,在S353南側下穿京滬高速鐵路后折向東南,在S315西側設陵縣站后,至比選終點DK28+300。線路長度為24.994 km。

圖1 德大線下穿京滬高速鐵路線路方案示意

本方案線路于德州市丁莊水庫和丁東水庫之間穿過,距離丁莊水庫(德州華能電廠供水水庫)500 m,距離丁東水庫(德州市一級水源地)1 600 m,從丁東水庫的二級保護區內穿過。

線路下穿京滬高速鐵路后,穿過陵縣規劃開發區,會引起部分拆遷并對開發區的規劃利用產生一定影響。

線路穿過丁莊鎮初級中學,需拆遷部分教室。另外,需遷移220 kV高壓線1處,拆遷量較大。

3.1.2 下穿高速鐵路工程措施

本方案線路在京滬高速鐵路DK336+630處B95與B96號橋墩間通過,與京滬高速鐵路線路交角49°,梁下凈空9.0 m,滿足德大線的限界要求,具有較好的下穿條件,德大線在梁下采用樁板結構路基(圖2)一次雙線通過,軌頂至高速鐵路梁底8.0 m,路肩與自然地面平齊,為了排除地表水及線路范圍雨水,線路兩側設擋水埝,擋水埝內、外側分別設置排水溝。本方案工程措施簡單,施工難度較小。

圖2 下穿京滬高速鐵路斷面(單位：m)

3.2 原位下穿方案3.2.1 線路走向

德大線從比選起點DK4+000起向東,跨越馬頰河和京福高速公路后在丁東水庫南側穿過,在西李莊南、南李莊北下穿京滬高速鐵路,在S315東側設陵縣站后,至比選終點DK28+300,線路長度為24.505 km。

本方案線路繞避了丁東水庫水源保護區,于丁東水庫南側經過,沿線亦沒有其他環境敏感點,對環境影響較小。

本方案線路距離陵縣開發區較遠,不影響開發區的規劃利用,沿線亦沒有重大拆遷。但由于陵縣站距離開發區較遠,貨物運輸不便,為滿足陵縣開發區貨運需求,需設置專用線。

3.2.2 下穿高速鐵路工程措施

線路在京滬高速鐵路DK343+007處C107與C108號橋墩間通過,與京滬高速鐵路線路交角67°,梁下凈空5.2 m。根據德大線的限界要求,需在京滬高速鐵路橋下下挖3.7 m。

本方案德大線于DK20+000至DK22+200段設置U形槽(圖3)。由于DK20+000至DK22+200段路肩設計高程均低于內澇水位,為解決雨水問題,需要加設鋼結構雨棚,并將該段地表水溝并行線路改移,同時為解決暴雨時期U形槽內進水,設置機械泵站2處進行人工排水。同時為防止施工期間基坑降水對京滬高速鐵路的影響,在垂直京滬高速鐵路兩側200 m范圍均采用鉆孔灌注樁排樁圍護、高壓旋噴樁防滲帷幕、基坑內采用深層水泥攪拌樁止水。本方案工程措施較為復雜,且施工難度較大。

圖3 U形槽斷面示意

3.3 下穿方案優缺點分析3.3.1 從工程投資角度分析

原位上跨方案工程投資73 669.77萬元。改線下穿方案工程投資93 624.79萬元。原位下穿京滬高速鐵路方案92 230.61萬元。從工程投資方面分析,原位上跨方案最優。

3.3.2 從工程措施及施工難易程度分析

原位上跨方案,需采用現澆施工方案,需在京滬高速鐵路聯調聯試前完成施工,時間上無法滿足要求。改線下穿方案德大線在京滬高速鐵路梁下不需要下挖,路肩和地面平齊,工程措施簡單,且在施工期間對京滬高速鐵路安全運營沒有影響,路基不需要下挖,減少了地表水、地下水對德大線的影響。原位下穿京滬高速鐵路方案,需在京滬高速鐵路橋下下挖3.7 m,由于本處地下水位較淺,施工期間如進行基坑降水,對京滬高速鐵路的沉降有一定的影響；如不進行基坑降水,需進行地下水的封閉處理工作,工程措施復雜,施工難度較大。

3.3.3 從對地方規劃和環境保護影響分析

改線下穿方案位于丁莊水庫及丁東水庫之間,并從丁東水庫的二級保護區內穿過。地方政府提出,鐵路從兩水庫間穿越,破壞了德州市的水源保護區的規劃。另外,線路下穿京滬高速鐵路后,穿越了陵縣規劃的開發區,對開發區的規劃利用產生較大影響,地方政府明確表示不同意改線下穿方案。

3.3.4 從工程實施的外部條件分析

改線下穿方案需要重新進行該段沿線交叉河流的防洪評價,沿線的環境評價以及土地預審等工作,地方政府不同意此線位方案；而采用原位上跨、原位下穿京滬高速鐵路方案則不需要再進行防洪評價、環境評價和土地預審等工作,外部推進條件較好。

3.3.5 從運營安全、養護維修方面分析

原位上跨方案存在著德大線落石等影響京滬高速鐵路安全的因素。改線下穿方案在京滬高速鐵路梁下采用路基方式通過,不影響京滬高速鐵路運營安全,德大線自身無運營安全隱患且養護維修方便。原位下穿京滬高速鐵路采用U形槽方式,U形槽內養護維修不便,且容易受地下水、地表水的影響,客觀上存在德大線被洪水淹沒的危險。

綜上所述,改線下穿方案雖然具有對京滬高速鐵路影響小,養護維修方便等優點,從運營安全,施工安全方面分析是最優方案,但改線方案穿過德州市水源保護區和陵縣開發區,地方政府明確反對,該方案無法實施,予以舍棄。原位上跨方案不受地下水、地表水的影響,自身運營安全無隱患,但對京滬高速鐵路的運營安全有較嚴重的影響,且無法在京滬高速鐵路聯調聯試前完成槽形梁的現澆工作,將影響京滬高速鐵路開通運營時間,該方案無法實施,予以舍棄。原位下穿方案施工期間需要對京滬高速鐵路承臺進行防護,運營期間受地下水、地表水影響較大,客觀上存在被洪水淹沒而中斷行車的危險。但由于前述兩個方案無法實施,故推薦采用原位下穿京滬高速鐵路方案。

4 結語

目前,我國正處于高速鐵路(客運專線)的高速發展期,已有多條線路投入運營,另有包含京滬高速鐵路在內的多條高速鐵路(客運專線)正在建設之中。由于高速鐵路的速度快,確保其運營的安全性至關重要。除了對高速鐵路自身技術標準的高要求外,對外部環境條件的安全敏感因素處理也有著嚴格的要求。

新建客貨共線鐵路與既有(在建)高速鐵路的交叉處是影響高速鐵路運營安全的重要敏感點,交叉方案的設計非常關鍵。德大線與京滬高速鐵路交叉方案的選擇是否合理,對京滬高速鐵路的施工進度及日后的運營安全、城市的長遠規劃和環境保護,以及鐵路對沿線經濟促進效應的發揮都有重要的影響。因此必須做好充分的論證與研究,選擇合理可行的方案,確保德大鐵路能為國家及地區經濟的發展做出更大的貢獻。

[1] 鐵建設[2010]146號 關于鐵路工程設計線路交叉跨越有關規定的通知[S].

[2] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.新建鐵路德龍煙線德州至大家洼段下穿京滬高速鐵路變更設計[R].北京:中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2011.

[3] 中華人民共和國建設部.GB50091—2006 鐵路線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10106—2010 鐵路工程地基處理技術規程[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[6] 中華人民共和國鐵道.鐵建設函[2005]285號 新建時速200 km客貨共線鐵路設計暫行規定[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[7] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·線路[M].北京：中國鐵道出版社,1999.