高速鐵路小角度下穿運營高速公路設計探討與實踐

張立忠 中國鐵路上海局集團有限公司杭黃鐵路有限公司

隨著我國經濟和城鎮化建設的快速發展，鐵路與公路及市政道路相互交叉穿越數量日益增多。近年來，鐵路主管部門對道路下穿鐵路工程設計和實施已制定了相關規程，而對高速鐵路下穿道路設計尚未有規范，只規定在不滿足跨越條件時需對設計方案進行充分的技術經濟比選和安全論證，并按規定報有關部門批準后實施，實施中采取可靠安全防護措施，做好防撞、防洪及防排水，確保運營安全。通過新建杭州至黃山鐵路客運專線以構架結構小角度下穿杭千高速公路的設計與實踐，旨在探索困難條件下高速鐵路下穿公路方案的新思路和新方法。

1 工程概況

1.1 鐵路概況

新建杭州至黃山鐵路位于浙西和皖南地區，為設計時速250 km/h客運專線，其中浙江段途經杭州市蕭山區、富陽區、桐廬縣、建德市、淳安縣，線位基本沿錢塘江、富春江、新安江河谷走線，與杭（州）千（島湖）高速公路共交通走廊，鐵路與公路多處相互穿越。杭黃鐵路與杭千高速相互交叉穿越6處，其中隧道下穿1處，框架結構下穿1處，橋梁上跨4處。為滿足杭黃鐵路富陽站設站要求，杭黃鐵路于富陽段DK59+870處下穿杭千高速公路，該節點工程實施需對高速公路進行明挖施工，且施工期間不封道，項目實施中涉及高速公路改道、公路結構改建、交通流量轉道通行、交通組織、交通安全等諸多因素，項目實施周期長，為項目重難點和控制性工程。

1.2 公路概況

杭千高速杭州至建德段與G25長春至深圳高速共線，該區段為雙向6車道，設計速度為120 km/h，路基寬度33.5 m。杭千高速公路是杭州市連接"三江兩湖一山"的旅游黃金通道，同時也是杭州市“一小時半交通圈、旅游圈、經濟圈”的重要基礎設施，據統計2013年該高速富陽大源段年平均日交通量（AADT）為2.6萬輛，節假日交通量峰值為8萬輛；加之附近滬昆高速杭金衢段進行拓寬改造施工，大量車輛借道杭千高速通行，導致項目實施路段交通異常繁忙，對工程建設標準及實施提出極高要求。

1.3 工點概況

杭黃鐵路自杭州南線路所引出后沿杭千高速公路南側走線，至富陽區大源段于鐵路樁號DK59+870處以14.68°交角下穿杭千高速公路進入富陽站。該下穿節點對應高速公路為路基與橋梁過渡段，影響范圍內涉及大源高架和亭山高架2座公路大橋；穿越路段高速公路平面位于R=2000的圓曲線上，坡度為1.8%，路面高程為25 m～31.92 m，周邊地面標高約為15 m。高速公路南側為山地丘陵地形，民居較少；北側為平原地形，民居較多。

1.4 地質水文條件

工點范圍地勢自西南向東北傾斜，公路以北地貌為河流堆積地貌中的沿江平原，河岸地面高程6.0～10 m，地形平坦、開闊。公路以南為構造、侵蝕地貌中的底山丘陵，山坡坡度一般20°～30°，山勢渾圓，溝谷縱橫，植被茂盛。地表水為常年地表徑流，水量受季節性降水影響顯著，春夏季水量豐沛。工點影響范圍山坡坡腳有排洪灌溉用沿山水渠一處，流水面高程與鐵路結構重疊，須降低流水面高程。

2 方案設計

2.1 總體方案

該穿越節點鐵路設計采用框架結構下穿高速公路，因鐵路框架頂部至高速公路路面凈高為0.8～1.1 m不等，且交角很小，鐵路工程實施前先完成高速公路臨時保通道路施工，經交驗后將公路交通量轉至保通道路通行后進行鐵路工程明挖施工，同時對影響范圍的公路橋梁、路基設備進行改造。鐵路工程施工及公路設備改造完成后，恢復高速公路原交通功能。

2.2 鐵路工程

2.2.1 鐵路下穿主體工程

鐵路下穿高速公路主體工程為杭新景框架大橋，采用23節1-13.5 m C40鋼筋混凝土框架結構設計。弱風化基礎開挖到設計高程后采用C35混凝土找平處理，強風化地質挖除風化層后采用C35混凝土回填處理，填方段采用鉆孔樁基礎加固處理。鐵路框架主體立面示意見圖1。

圖1鐵路框架主體立面示意圖

2.2.2 鐵路門形防護結構

因鐵路下穿高速公路且交角過小，為防止公路行駛車輛沖出公路、傾覆及貨物飄落至鐵路范圍對鐵路運營帶來安全隱患，方案除對公路防撞護欄進行SS級加強設計外，對鐵路框架主體兩端路基段增設C40鋼筋混凝土門形防護結構與主體框架順接，防護范圍根據安全評估報告結論于小里程端增設72 m，大里程端增設240 m；門形防護結構鄰近高速公路側采用碎石按三角形回填作緩沖設計。

2.2.3 鐵路框架與公路路基過渡段加固設計

公路路基與鐵路主體框架結構因基坑開挖需進行回填處理，由于交角過小，車輛高速行駛中會因為輪對不同時跨越過渡段而出現跳車現象，給公路行車帶來安全隱患，設計中對該過渡段采用C20混凝土進行剛性回填，以消除結構不均勻沉降致路面結構出現錯臺影響交通安全。

2.2.4 沿山渠改建工程

因鐵路高程與地方排洪灌溉沿山渠流水面沖突，設計對沿山渠流水面高程向下開挖6 m后，鐵路采用1-8 m框架涵通過，并對原水渠斷面采用C25鋼筋混凝土U形結構進行防護加固。

2.3 高速公路保通道路

高速公路保通道路標準關系項目投資、道路通行能力及交通安全，因此須進行科學論證及方案比選。方案設計研究中，通過路段歷年交通量分析預測施工期間交通量，通過交通量預測值及道路通行能力、服務指標分析計算論證保通道路設計速度和車道數目，并結合工點現場條件擬定以下三個設計方案：80 km/h雙向四車道、80 km/h雙向六車道和100 km/h雙向四車道。

通過方案比選并綜合技術指標、施工難度、社會環境影響、經濟綜合分析等因素，經專家評審本項目確定采用雙向四車道100 km/h高速公路標準進行設計。保通道路線位整幅布設在杭千高速以南山體側，以路基為基本結構，與高速公路順接處選在工點兩端路基地段，路基寬為26 m的雙向四車道整體式路基，排水、交通采用圓管涵和蓋板涵結構。接線處起點采用R=4100 m圓曲線從杭千高速公路分離，并保持杭千高速現狀4%超高橫坡，圓曲線中路段設置2%橫坡與杭千高速方向進行橫坡銜接過渡，路線往西經過富陽市大源林場山腳，在大源中學附近以R=1497.5 m的圓曲線匯入杭千高速公路。

2.4 公路橋梁改建工程

杭黃鐵路下穿杭千高速公路時與大源2號高架橋左幅7號橋臺位置沖突，根據交通部門及專家審查會意見，對大源2號高架橋左幅第1跨及第7跨予以拆除改建，并采用自重輕、強度高的泡沫混凝土填筑改建成路基，將該橋左幅1、6號墩改建為埋柱式橋臺。

2.5 保通道路與原高速公路小角度順接

因保通道路起點與原高速公路順接角度為17.6°，保通道路與高速公路左幅第1、2跨沖突，若采用擋墻和土石方結構會影響既有公路橋梁墩臺結構安全，且填筑施工對工期影響較大。設計對鄰近公路橋梁墩臺結構的保通道路路基采用泡沫混凝土填筑。

2.6 安全防護工程

鐵路防護工程:對交叉段高速公路原波形護欄按SS級改造到位。公路防護工程：由于該工點鐵路與公路交角僅14.68°，根據公路項目安全評價報告要求對鐵路運營后列車對公路交通安全影響范圍增加防眩措施，設計中對交叉段公路路基、橋梁增設防眩遮光板，其余并行段采用栽種常綠喬木遮擋處理。

3 施工階段交通組織設計

杭千高速公路是杭州市東西部聯系的重要紐帶，施工期間無法進行封道分流，施工階段交通組織設計是本次設計的一個重點。為保證施工期間道路交通安全及交通秩序，根據施工期間杭千高速公路現狀情況，將施工階段交通組織按以下五個步驟進行：

（1）高速正常通行：保通道路全線除了保通道路起點右幅與高速公路大源2號高架橋交接區域外的部分施工，該階段需對保通道路與高速公路拼接位置的杭千高速公路的硬路肩范圍進行封閉施工，沿線設置相關警示標志，并派專人進行現場管理指揮。

（2）改建保通道路右幅與大源2號高架橋沖突部分：保通道路左幅工程實施完畢后，將千島湖往杭州方向交通流轉至保通道路左幅運行，杭州往千島湖的交通流保留在杭千高速右幅車道內通行，本階段做好千島湖往杭州方向車流的引導，并加強對由三車道縮為兩車道通行的指示標志和相應的水馬、錐形標等警示標志，通行車輛限速100 km/h。保通道路與大源2號高架橋拼接部分先對大源2號高架橋左幅拆除橋面面板，再完成保通道路右幅的主體工程，在該區域需設置施工隔離材料，防止另一側的施工對現行交通的影響。

（3）鐵路工程施工：保通道路路幅主體工程全部實施完畢后，所有的杭千交通流均引導至保通道路通行，杭千高速公路保通段全封閉，此時進行杭黃鐵路工程施工。

（4）公路改建工程施工：該階段千島湖往杭州方向交通流維持在保通道路左幅，杭州往千島湖的交通流恢復在杭千高速右幅通行，拆除保通道路右幅與大源2號高架橋左幅重疊部分，挖除與大源2號高架橋交接的保通道路右幅范圍，對大源2號高架橋左幅進行改建。

（5）交通恢復：拆除保通道路主體工程，將保通道路雙向交通流恢復至杭千高速公路通行。

4 重點工作

4.1 行政許可辦理

根據交通部門相關要求，本工程歷經方案設計、安全評估報告、施工圖設計、施工方案、交通安全、道路驗收等行政許可批復程序。

4.2 交通安全設施設置

交通安全組織是本工程實施中的重點工作，交通安全組織標志標牌設置依據《道路交通標志和標線》（GB5768-2009）規定實施。各施工階段根據不同施工內容編制相應的交通組織方案，實施中主要采用水馬、交通錐、最高限速、解除限速、向左通行、向右通行、前方施工道路臨時封閉牌、前方施工牌、道路施工牌、車道封閉牌、前方并道、夜間安裝施工告示燈、警示燈等，給來往車輛以清析、準確的提示。

4.3 開挖施工安全措施

根據《中華人民共和國公路法》的有關規定，公路橋梁200 m范圍內不得進行爆破作業，因此本工程所有土石方工程均采用機械開挖，對鄰近公路側設置鋼管結構排架防護，防止土石飛落至公路行車道，釀成交通事故。

4.4 既有公路橋梁拆除

因公路T梁采用先簡支后連續預應力結構，實施前須對原橋梁竣工文件進行核對，與交通主管部門、高速公司及公路設計單位進行溝通，制定專項拆除方案，防止意外安全事故發生。

4.5 泡沫混凝土路基施工

為提高填筑路基強度并縮短施工工期，工程對公路橋梁改路基段及保通道路與既有公路鄰近段路基采用泡沫混凝土填筑設計，工程實施中須對水泥、發泡劑、外加劑、摻和料等原材進行質量檢驗，并進行配比設計和試驗，滿足設計及相關要求后方可實施。

4.6 施工安全管理

由于該工點為不封道施工，施工作業面多且分散，高速公路車輛限速100 km/h，施工中要加強對作業人員的交通安全教育，現場設置封閉設施及安全警示標志，杜絕作業人員進入高速公路行車安全影響范圍。

5 結束語

新建杭黃鐵路富陽段下穿杭千高速公路節點工程自2016年1月保通道路開始實施至2017年3月高速公路全面恢復正常通行，歷時14個月，期間經受住了兩個春節大交通量的考驗，說明道路采用的設計標準是科學的。項目實施中得到公路路政、交警部門、高速公路業主的大力支持和配合，施工管理中項目參建人員能盡職盡責，及時完善交通安全組織方案和設施，項目實施期間區段內未發生交通安全事故。新建高速鐵路小角度下穿運營高速公路方案由于涉及鐵路安全防護、公路保通及改建、交通安全等工程，協調及實施難度極大。該 項目成功實施，為困難條件下鐵路下穿公路且交角無法滿足公路設計要求的情況，探索一條公鐵立交設計的新思路和新方法，可供類似項目參考。