市政道路下穿既有地方鐵路工程技術(shù)研究

許 彪

(四川省鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，城市開發(fā)進(jìn)程不斷向周邊延伸，早期興建的地方鐵路工程已處于城市地帶，在市政工程設(shè)施建設(shè)過程中必然存在同既有鐵路產(chǎn)生交叉，對于交叉方案的選擇成為了市政項目的關(guān)鍵點，合理的設(shè)計方案選擇必須在保障市政工程建設(shè)順利的同時保證鐵路運(yùn)營安全。

1 工程概況

瀘州市城東沙茜過長江通道(即城東長江二橋)及連接線工程位于瀘州市城東片區(qū)，為沙茜CBD與高壩組團(tuán)的連接通道。本工程起始連接點于既有國窖長江大橋東橋頭茜草立交，經(jīng)過茜草半島后跨越長江，于瀘州老窖羅漢釀酒基地旁上岸后，下穿瀘州進(jìn)港鐵路，與已建空港大道相交形成全互通立交，終點止于既有成—自—瀘—赤高速公路收費站，路線全長約6.25 km，包含跨江橋工程及兩岸接線工程。本項目即為東岸連接線工程，需下穿已經(jīng)在運(yùn)營的進(jìn)港鐵路，下穿位置為瀘州港中心港區(qū)鐵路專用線長堰塘中橋，鐵路橋中心樁號為中心里程K7+185，全長93.10 m。項目平面布置圖見圖1。

2 設(shè)計方案

本市政道路定位為城市主干路，設(shè)計時速60 km/h，為雙向八車道，道路紅線寬度為40 m，兩側(cè)各預(yù)留3 m控制綠帶，路基頂面總寬度為46 m。為盡量減小下穿路基對鐵路橋墩的影響，在進(jìn)港鐵路長堰塘中橋1號墩四周設(shè)置矩形鋼筋混凝土護(hù)筒進(jìn)行保護(hù)。護(hù)筒包括基礎(chǔ)底板、側(cè)墻、中間隔墻及頂板，頂板上設(shè)置防撞護(hù)欄。在護(hù)筒外圍設(shè)置路基，護(hù)筒作為受力結(jié)構(gòu)，自身承擔(dān)路基填土荷載，因護(hù)筒與鐵路橋橋墩分離，不傳遞荷載給橋墩，形成對橋墩的保護(hù)作用。同時對下穿段市政道路路基增設(shè)土工格柵，增強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性。

橋墩護(hù)筒采用C30矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，整個護(hù)筒埋在路基下方，護(hù)筒底部尺寸為17.5 m×10.7 m，護(hù)筒頂部尺寸為13.5 m×6.7 m，護(hù)筒總高為3.1 m。護(hù)筒底板厚度為0.6 m，側(cè)墻及中間隔墻厚度0.4 m，頂板厚度0.4 m。護(hù)筒結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

3 工程地質(zhì)

通過地面調(diào)查和鉆探揭露，本工程沿線出露地層為第四系全新統(tǒng)土層和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組沉積巖層。覆蓋層主要為人類工程活動堆填的第四系人工填土層和第四系殘坡積層、崩坡積和沖洪積層，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組陸相沉積的砂巖和泥巖呈互層。本穿越段的地基持力土層主要為第四系殘坡積層，承載力均大于150 kPa，滿足公路路基設(shè)計規(guī)范要求。

4 橋墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計算

4.1 橋墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計算公式

4.1.1 路基填土及汽車荷載取值

根據(jù)JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范，壓實填土中立的豎向和水平壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與汽車荷載等效土層厚度計算公式如下。

1)豎向和水平壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

豎向壓力強(qiáng)度：qV=γh;

水平壓力強(qiáng)度：qH=λγh;

λ=tan(45°-0.5×φ)。

其中，γ為土的重度,kN/m3;h為計算截面到路面頂?shù)母叨龋琺；λ為側(cè)壓系數(shù)。

2)汽車荷載在橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力，等代均布土層厚度h(m)換算公式：

h=∑G/Bl0γ。

其中，γ為土的重度，kN/m3；∑G為布置在B×l0面積內(nèi)的車輪的總重力，kN；l0為橋臺或擋土墻后填土的破壞棱體長度，m；B為橋臺橫向全寬或擋土墻的計算長度，m。

3)根據(jù)JTG D81—2017公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范，橋梁護(hù)欄的汽車橫向碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值取HA級720 kN。

4.1.2 結(jié)構(gòu)裂縫計算公式

Wcr=C1×C2×C3×σss/Es×

[(c+d)/(0.36+1.7×ρt)]。

其中，C1為鋼筋表面形狀系數(shù)，帶肋鋼筋1.0；C2為作用(或荷載)長期效應(yīng)系數(shù)，C2=1+0.5NL/Ns(ML/Ms);C3為與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；其他受彎構(gòu)件為1.0；σss為鋼筋應(yīng)力：受彎構(gòu)件σss=Ms/(0.87×As×h0)；Es為軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點的距離；c為最外排縱向受拉鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，mm；d為受拉鋼筋直徑；ρt為縱向受拉鋼筋有效配筋率；Ns(Ms)為短期效應(yīng)軸力(彎矩)；NL(ML)為長期效應(yīng)軸力(彎矩)。

4.2 護(hù)筒結(jié)構(gòu)驗算

4.2.1 護(hù)筒側(cè)壁

護(hù)筒側(cè)壁分析時，簡化不考慮頂板、底板的約束作用，取最不利位置護(hù)筒底部1 m高度筒體進(jìn)行計算，采用均布土壓力進(jìn)行加載，護(hù)筒側(cè)壁橫向彎矩圖和軸力圖如圖3所示。

由上述計算結(jié)果可知，土壓力產(chǎn)生的護(hù)筒側(cè)壁梗腋處截面最大彎矩88.9 kN·m，等厚處截面最大彎矩41.3 kN·m，對應(yīng)軸壓力為76.7 kN，對護(hù)筒側(cè)壁等厚處、梗腋處截面進(jìn)行承載力均滿足設(shè)計要求，對護(hù)筒側(cè)壁等厚處、梗腋處截面進(jìn)行裂縫驗算，驗算結(jié)果最大值為0.092 mm，滿足設(shè)計要求。

4.2.2 護(hù)筒頂板

橋墩護(hù)筒頂板橫向彎矩圖見圖4。

由上述計算結(jié)果可知，汽車碰撞荷載產(chǎn)生的護(hù)筒頂板最大彎矩為144.5 kN·m，護(hù)筒頂板裂縫寬度最大值為0.132 mm，通過對護(hù)筒頂板截面進(jìn)行承載力及裂縫驗算均滿足設(shè)計要求。

4.3 基底應(yīng)力計算

根據(jù)圍護(hù)滅火結(jié)構(gòu)設(shè)計計算基底應(yīng)力。

基底面積：17.5×10.7-33.765×2=119.72 m2；

護(hù)筒自重：155.2×25=3 880 kN；

護(hù)筒底板上填土(包括車輛荷載等代土層厚度)自重：96.8×3.9×20=7 550.4 kN；

平均基底應(yīng)力：3 880+7 550.4/119.72=95.5 kPa。

根據(jù)進(jìn)港鐵路橋處地勘資料，該橋處粉質(zhì)黏土地基承載力特征值為150 kPa，滿足護(hù)筒受力要求。

5 結(jié)語

通過有限元分析軟件Midas對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析驗算以及承載力和裂縫驗算。對橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分分析，可以得出：

1)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)跨中和角部最不利工況條件下，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以確保鐵路橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大彎矩滿足設(shè)計和承載要求。

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大裂縫變形為頂板處小于規(guī)范要求的0.2 mm，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計及防護(hù)要求。

3)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔離市政道路路基和既有鐵路橋墩，對下穿段路基填筑中增設(shè)土工格柵等復(fù)合材料，能有效保證鐵路橋墩安全。

總之，臨近既有鐵路市政道路工程的控制要點為如何有效將新建工程隔離于鐵路結(jié)構(gòu)外，確保鐵路結(jié)構(gòu)其不受外力影響，合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇可以確保其受力及裂縫檢算滿足要求。