市政道路與鐵路立體交叉設計影響因子分析

常 軍

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

我國社會經濟的快速發展極大地提高了城鎮化水平，城市基礎設施建設發展日新月異，公路、市政道路穿越高速鐵路、普通鐵路的情況日漸增多。本文以瀟河產業園區文源路西延下穿太中銀鐵路工程設計為例，通過下穿鐵路節點方案比選，分析了市政道路下穿鐵路的設計要點及影響因子，并提出相應的注意事項。

1 工程概況

1.1 區域概況

瀟河產業園區位于山西轉型綜合改革示范區，規劃面積約343 km2。其中太原起步區約60 km2。沿瀟河兩岸布局新能源汽車、移動能源、智能制造、健康醫藥、電子信息、總部經濟、智能物流等多個產業組團，沿瀟河生態廊道和瀟河兩岸。太中銀鐵路即太原至中衛（銀川）鐵路，簡稱“太中銀鐵路”，是《中長期鐵路網規劃》規劃的西北至華北新通道的重要組成部分，文源路西延下穿太中銀鐵路。

1.2 設計概況

文源路西延位于瀟河產業園區太原起步區之外，設計范圍西起文源路與濱河東路南延交叉口，東至文源路與人民路交叉口，全長9.250 km，道路等級規劃為城市快速路。結合項目實施情況，近期按照城市主干路實施，遠期為高架快速路，設計車速60 km/h。

1.3 交叉節點橫斷面設計

因本項目的實施主要為便利清徐縣與瀟河產業園區的交通聯系，交叉節點道路標準橫斷面紅線寬度為66 m。綜合考慮近遠期建設，交叉節點方案從工程實施的角度考慮適當壓縮側分帶，與鐵路交叉構造物斷面過渡對接。橫斷面形式如圖1。

圖1 太茅路（國道208）-人民路段標準橫斷面圖（單位：cm）

2 文源路西延與太中銀鐵路交叉方案比選

根據本項目的具體情況，結合交通需求及與周圍景觀相協調兩個方面的要求，擬定3個橋梁方案上跨或下穿太中銀鐵路。

2.1 方案一 機動車道、非機動車道及人行道整體上跨太中銀鐵路

設計采用變截面鋼箱梁T構方案，左右分幅，轉體施工跨越太中銀鐵路。T構中間支點處梁高7 m，邊支點梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬19 m，采用直腹板。下部結構主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸為6×11 m，下接轉動系統、承臺，群樁基礎。

a）上部結構 擬采用變截面鋼箱梁T構方案，左右分幅，轉體施工跨越太中銀鐵路。T構中間支點處梁高7 m，邊支點梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬26 m，采用直腹板。

b）下部結構 主墩采用空心薄壁墩。橋墩下接轉動系統、承臺，鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5 m，邊墩采用墩接蓋梁，群樁基礎。

c）橋梁橫斷面 半幅橋梁寬度26 m，橋面組成：0.5 m（護欄）+4.5 m（人行道）+5 m（非機動車道）+0.5 m（隔離帶）+15 m（車行道）+0.5 m（護欄）。

圖2 方案一 半幅橋梁橫斷面（單位：cm）

2.2 方案二 機動車道上跨太中銀鐵路，非機動車道及人行道頂推下穿太中銀鐵路

本方案機動車道擬采用橋梁結構整體上跨太中銀鐵路，線位兩側非機動車道及人行道設置頂推框構橋方案下穿太中銀鐵路。

圖3 方案二 半幅橋梁橫斷面（單位：cm）

圖4 非機動車道及人行道頂推框構橫斷面（單位：cm）

a）上跨橋上部結構 擬采用變截面鋼箱梁T構方案，左右分幅，轉體施工跨越太中銀鐵路。T構中間支點處梁高7 m，邊支點梁高3 m，梁底線形按拋物線變化。箱梁頂面寬16 m，采用直腹板。

b）上跨橋下部結構 主墩采用空心薄壁墩。橋墩下接轉動系統、承臺，鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5 m，邊墩采用墩接蓋梁，群樁基礎。

c）頂推框構橋結構 線位兩側各設1-8.5 m頂推框構供非機動車及行人通過，框構頂板厚0.7 m，底板厚0.8 m，豎墻厚0.65 m，凈高大于2.5 m。

d）橋梁橫斷面 上跨太中銀鐵路主橋半幅橋梁寬度16 m，橋面組成：0.5 m（護欄）+15 m（車行道）+0.5 m（護欄）。頂推框構凈寬8.5 m。

2.3 方案三 機動車道、非機動車道及人行道全部下穿太中銀鐵路

2.3.1 以37°交叉下穿

由于鐵路與本項目交叉點為路基，填高7.0～7.5 m，按照規劃線位設置頂推框構橋方案下穿太中銀鐵路。根據標準橫斷面設計，框構采用（8.5+16.5+16.5+8.5）m結構。此處道路高程以鐵路軌頂標高為基點，向下建筑總高860 cm（框構頂覆土230 cm、框構頂底板厚130 cm、凈高500 cm）后，確定路線設計高程。框構凈高大于5 m。

由于兩路線交叉角度為37.2°，不利于結構受力和施工，故框構按45°實施，框構最外邊距鐵軌最小距離7.3 m。本方案中，兩側各4條機動車道均布置在兩個16.5 m框構中，非機動車道與人行道分別壓縮0.5 m，合并布置在8.5 m的框構中。原道路線形指標不變，按照規劃線形布置。

圖5 37°交叉方案平面布置圖

圖6 37°交叉方案橋涵設計圖

2.3.2 以61°交叉下穿

本方案綜合考慮下穿施工過程中對于鐵路正常運營的影響，當道路與鐵路交角為61°，頂面積1 361.66 m2。框架橋分兩幅，分別頂進兩個（12.0+12.0）m的框構。兩側各3條機動車道均布置在兩個12.0 m框構中，非機動車道與人行道分別壓縮0.5 m后與最外側機動車道合并布置在外圍12.0 m框構中，非機動車道及人行道、機動車道采用分離式布置。因道路與鐵路交叉角度變化，原道路線形指標發生變化，在路線交叉鐵路前后分別增加兩處R=620 m圓曲線，圓曲線均布置相應長度的緩和曲線。

圖7 61°交叉方案平面布置圖

圖8 61°交叉方案橋涵設計圖

3 方案對比分析結果

表1 文源路西延與太中銀鐵路交叉方案對比分析

綜上所述：方案三中61°交叉方案利于鐵路框構橋的受力與施工，并且工程規模明顯減小。方案一、二相較方案三工程量大大增加，且不利于遠期道路兩側土地開發利用。綜合比較，施工設計方案最終采用方案三中61°下穿方案。

4 市政道路與鐵路立體交叉方案設計影響因子分析

4.1 道路功能定位的影響

本文案例中文源路西延遠期規劃為城市快速路，主要功能為促進清徐縣和瀟河產業園區之間的交通聯系。由于城市道路新建或改擴建與鐵路交叉處是影響鐵路運營安全的重要敏感點，所以在新建道路選線時應慎重，盡量避免采用較小半徑曲線與小角度交叉方式穿越。且因市政道路一般均敷設相關城市管網系統，也需要頂管下穿鐵路，易加大工程設計難度。因此道路的功能定位是影響交叉方案設計的影響因子之一。

4.2 工程規模及投資影響

工程的經濟性是工程設計的重要原則之一，在處理市政道路與鐵路立體交叉時工程規模與投資是影響工程方案的重要因素之一。在節約集約發展的背景之下，工程方案設計過程中工程的經濟性對于方案的形式、規模、路線走向等有著重要的影響，在一定程度上影響實施方案的選擇。因此，工程經濟性是在保證工程安全的前提之下重要的影響因子。

4.3 鐵路運行安全的影響

鐵路作為國家重要交通運輸通道的特殊性，道路與鐵路立體交叉范圍內可能存在專用排水設施、封閉護欄、接觸網錨段關節及鐵路專用的鐵路光纜及通信、信號設備等[1]。道路與鐵路立體交叉方案設計首要的影響因子即是要保證道路施工及正常使用期間鐵路的正常運行。太中銀鐵路為雙線電氣化鐵路，交叉點處為約7 m高的路基填方，相較之與鐵路橋相交設計難度有所增大，如何保證鐵路運行的安全成為了本次方案設計的首要前置條件。

4.4 施工技術限制的影響

本文案例中結合鐵路方面的意見，便梁支撐樁擬采用直徑1.25 m人工挖孔樁。當交叉角度為原規劃線形與鐵路37°相交時，在現有條件下難以滿足施工需要的條件。只有通過調整道路與鐵路立體交叉角度，保證既滿足該節點工程施工條件，又滿足道路使用條件。對于下穿工程而言，無論是采用何種方式、設備、工藝，都無法避免對鐵路路基、樁基的擾動，施工應選擇安全可靠、對鐵路運營影響小的方法和工藝，對影響鐵路的安全風險制定應急預案[2]。因此施工技術的限制也是在方案設計中需要重點考慮的影響因子，應盡早排除施工技術對方案設計的影響[3]。

4.5 城市景觀塑造的影響

市政道路的景觀是城市景觀的重要組成部分，良好的城市景觀是城市的重要名片，也是城市居民身心愉悅的重要因素。在綠色設計、生態設計的理念指引之下，市政道路與鐵路立體交叉設計中景觀因素也成為了必要的影響因子。在設計階段將工程設計與構建生態、綠色、宜居城市景觀結合起來，將景觀塑造納入工程全生命周期是處理市政道路與鐵路立體交叉必須要考慮的因素。

4.6 基本農田限制的影響

工程勘察設計中，因線路變更、地質情況等因素的影響，在劃定永久性基本農田時難以準確為所有工程設計項目留足余地[4]。這也造成了基本農田的限制成為影響工程設計項目立項、實施的重要影響因子。本文案例中因項目與鐵路相交涉及到方案的調整，相交方式、相交角度的變化直接導致了路線走向的變化，占用基本農田，影響了項目的實施。因此，道路與鐵路相交方案的設計中，永久性基本農田的保護成為了關鍵性的影響因子。

4.7 土地開發利用的影響

對于穿越城鎮化區域的公路、市政道路而言，道路路線的走向會直接影響道路兩側土地利用的開發[5]。本文中因道路與鐵路立體交叉設計方案的調整對原路線兩側塊間地出行造成了不利，同時對于已規劃的用地性質、土地開發利用成本等均造成了較大的影響。反而言之，設計中綜合考慮遠期道路兩側土地的開發與利用是影響工程設計方案、制約工程設計進度的重要影響因子。

5 結論

a）城市道路下穿既有鐵路的實施具有行車干擾大、受多種條件控制較多等特點，道路與鐵路立體交叉設計方案既要確保工程實施的安全性，更要確保既有鐵路的運營安全。

b）城市道路下穿鐵路立交橋的設計須結合地質、規劃情況、土地利用情況、地形情況和鐵路運營條件，因地制宜地對交叉方案進行技術、經濟比選，選擇適合工程的交叉方案。

c）本文從技術特點、實施難易、施工風險、投資等方面以瀟河產業園區文源路西延與太中銀鐵路交叉方案為例對道路與鐵路立體交叉方案設計進行對比分析，同時分析了方案設計的影響因子，以期可為國內同類型的項目提供借鑒與參考。