待擴建高速下穿鐵路設計方案研究

王 杰

(廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507)

0 引言

擴建公路不可避免的會與既有道路或規劃道路交叉，因此需要在設計方案中著重考慮空間和施工作業面的協調性。工程上常采用拆除重建上跨公路橋梁，調整規劃道路線形及分幅新建拼寬橋，繞開既有結構物等解決方案，但當公路與鐵路橋梁相交，且平面空間受限時，常規的方法已不適用，對結構物采取一定的構造措施能夠節省大規模的資金投入及減少建設過程中的相互影響。

1 項目概況

擴建公路橋梁寬度為24.5 m，雙向四車道，設計速度為100 km/h，近期有擴建成雙向八車道計劃，擴建后橋梁寬度為42 m跨徑布置為13 m+7×25 m；擴建公路與在建鐵路1相交，夾角為28°，鐵路橋跨徑布置為72 m+128 m+72 m，基礎為群樁基礎。需要充分考慮現有實際情況，對鐵路橋梁及公路橋梁做相應設計。

經核算，擴建后高速公路橋邊至鐵路橋墩凈距為2.6 m≥2.5 m，公路樁基距離鐵路橋樁基6.8 m≥6 m(4倍下穿橋樁徑)，均滿足《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》[1]的相關規定。但是鐵路橋11號橋墩處承臺已經侵入高速橋面下部4 m左右，高速路拼寬橋的樁位布置受到影響，此外鐵路橋12號橋墩基礎施工臨近擴建高速公路橋臺錐坡，需要采用相應措施減少兩者之間的相互影響。

按照擴建后的公路范圍考慮，鐵路1、鐵路2最不利凈空梁底高程分別為47.52 m，48.01 m，擴建后公路路面與鐵路1、鐵路2交叉最不利標高分別為40.14 m，40.28 m，最小凈空分別為7.38 m，7.73 m，均能滿足最小通行凈高5.5 m的要求。擴建高速與高鐵平面位置見圖1。

2 方案研究

2.1 鐵路調整線性

由于鐵路受高鐵技術標準限制(曲線半徑最小7 000 m)及前后兩個車站控制點、周邊水源保護區和自然保護區限制，交叉點處的走向只能由北向南，因此，鐵路無法通過縮小曲線半徑來增大與公路的交叉角度。

2.2 拼寬橋分離新建

根據常規經驗，可將拼寬橋與老橋分離，分別穿過鐵路橋梁的邊跨后再并線[2]，但是距離本交叉位置約1 km處有一座大橋，該橋擬采用單側拼寬的方式進行橋梁拓寬，兩座橋中間的過渡段距離已接近規范規定的臨界值，因此在交叉點處進行兩側分離拼寬不可行，結合鐵路橋梁邊跨跨徑和相交交角，單側分離式拼寬也是不可行的。

2.3 常規拼寬結合相應的措施

綜合比較各方案的可行性和經濟性，本項目最終采用常規的橋梁拼寬方案，輔以必要的工程構造、施工組織措施，減小兩座橋梁在施工階段和運營階段的不利影響，同時降低了資金投入。

高速擴建項目原計劃在鐵路橋梁施工完成后實施，考慮到該處空間位置狹小，為減小后期擴建對鐵路運營的影響，擬先對該段高速公路進行擴建，與鐵路同步施工，第一階段：實施拼寬橋下部結構，上部結構施工到小箱梁(空心板)整體化層頂面防水層，橋臺臺背施工到搭板頂面，橋面面層鋪裝暫不實施,擴建后的拼寬橋梁暫不與舊橋進行拼接，小箱梁內邊梁、空心板內邊板外露鋼筋做防銹處理后放置。同時為減少外側護欄對拼寬橋的偏載影響，在拼寬橋施工完成后在拼接處放置水泥墩進行反壓。第二階段：將雙向四車道過渡至拼寬橋，根據擴建階段的路線總體設計微調老橋橋面標高，按檢測情況更換支座，對支座墊石進行調整，根據老橋結構情況實施加固處理，同時施工新老橋梁拼接，鋪設拼寬橋橋面安裝伸縮縫，恢復老橋橋面。

3 構造措施

1)由于擴建后高速公路外側邊線與高鐵橋墩距離較小，根據公路和鐵路相關規范，本項目橋梁段路側護欄采用JTG D81—2017公路交通安全設施設計規范規定的最高等級HA級護欄，防止高速擴建后運營過程中發生車輛沖撞高鐵橋墩的情況，同時高鐵橋墩采用防撞措施。

2)在高鐵11號墩處，承臺侵占了高速公路拼寬橋梁的落墩位置，若采用新舊橋不等跨布置的方案，沉降、主梁撓度等因素將導致拼寬橋上部結構受力不合理，為了不影響拼寬橋上部結構的受力性能以及減小下部結構兩座橋梁基礎的相互影響，高速公路拼寬橋梁采用騎馬樁的下部結構形式，為減小施工過程中對高鐵橋臺的影響，將橋墩騎馬樁承臺設計為鋼筋混凝土構件，承臺標高適當提高。設計階段樁基施工采用人工挖孔，避免振動對高鐵樁基的擾動。

實際施工過程中，由于樁基位置處地下水豐富，無法進行人工開挖作業，且該處強風化巖質較好，不適用旋挖鉆成孔，綜合考慮各種因素，最終采用沖擊鉆成孔。相關研究表明[3]，沖程的減小能明顯降低成孔過程中的振動影響，且振動對周邊樁基的擾動隨著鉆進的深度加深逐漸減小，故在樁基施工前先在高鐵承臺附近挖設一條減振帶，減小沖程，由靠近高鐵承臺的一根樁基開始，往外逐根施工。

騎馬樁構造圖見圖2。

3)在鐵路12號橋墩處，承臺離原高速公路橋臺錐坡較近，為確保鐵路施工時高速公路的邊坡穩定和行車安全，鐵路方將12號墩承臺上抬，以減小基坑開挖深度，在鐵路基礎施工前，對12號墩附近的公路路基和橋臺椎體采用抗滑樁+擋墻+漿砌片石護坡等防護措施，高速公路拼寬橋在該位置處的橋臺采用樁柱式橋臺+輕質土填筑方案，減小臺前椎體對鐵路承臺的影響[4]，見圖3。

4)新舊橋梁的拼接方式有分離式拼接、鉸接以及剛接[5]，每種拼接方式各有利弊，分離式拼接中新舊橋受力明

確，沉降及收縮徐變對梁板結構受力影響小，但是整體性較差；鉸接法整體性較分離式稍好，梁板受力明確，收縮徐變、沉降等容易使鉸接部位出現裂縫；剛接法整體性好，連接部位布有鋼筋有利于抗裂，最后采用剛接法進行拼接。

新老橋拼接工序：鑿除老橋外側防撞欄和老橋邊板挑臂，保留原有鋼筋，安裝加寬橋內側邊板，新舊橋鋼筋對應焊接，焊接采用單面搭接焊，焊縫長度滿足相關規范要求。布設整體化層混凝土拼接鋼筋，并與新老橋整體化層鋼筋搭接，搭接長度滿足規范要求，接觸面涂刷界面膠，澆筑補償收縮纖維混凝土。

新老橋之間的接縫容易出現裂縫的一個重要原因是混凝土齡期相差太大，新橋混凝土收縮明顯而老橋基本不收縮，可通過延長預應力張拉前的混凝土養護齡期和存梁時間來減小新舊結構的收縮徐變差異，并在新橋完成澆筑或安裝結束后，在合適的拼接時間(不少于6個月)采用合適的拼接方式進行上部結構拼接，拼接所采用的混凝土為補償收縮纖維混凝土。為減少新老橋基礎的沉降影響，需嚴格控制拼寬橋的樁底沉渣厚度。

4 臨時保通措施

擴建施工過程中需要保證高速公路能夠滿足一定的運營條件，高速路上行車速度快，設計過程中應充分考慮各施工階段的通行條件及所采取措施。第一施工階段不涉及到對老橋的改造，所以基本不影響高速路的運營，在新橋架梁過程中，需要通過高速路運梁，并在橋頭和橋尾處封閉硬路肩，讓運梁車進入拼寬路基后再進行架梁。第二施工階段需對老橋進行頂升換支座、內側護欄改造及新老橋拼接等施工，本階段將左右幅車道分別轉換至拼寬橋，待老橋施工完成后開放雙向八車道同行。

5 結語

下穿鐵路的高速公路擴建設計方案需要先明確兩者之間的平立面關系，在優化空間關系的基礎上，盡量采用合適的橋梁拼寬方案或調整線形等技術措施，對于特殊項目，可采取一些工程構造措施減小兩者間的相互影響，比如輕質土橋臺、抗滑樁、騎馬樁以及提高護欄防撞等級等措施。此外需要結合實際考慮各施工工序，避免施工過程的相互影響。