改擴建市政道路下穿高速鐵路設計研究

楊華咨

（南昌鐵路勘測設計院有限責任公司，江西南昌 330000）

0 引言

隨著社會經濟的繁榮，高速鐵路與城際鐵路進入快速發展期。與此同時，改擴建市政道路與高速鐵路橋梁立體交叉的現象屢見不鮮，較為常見的下穿構筑物包括路基、橋梁、樁板結構等。為使高速鐵路運營安全得到保障，結合實際需求合理選擇下穿形式，并制訂切實可行的設計方案，確保項目得以順利實施。

1 改擴建市政道路下穿高速鐵路現狀及需求分析

當前國內高速鐵路網已經位列全球第一，高速鐵路現已連接各個省市，成為方便快捷的交通出行方式之一。下穿高速鐵路建設主要集中在東部發達地區和經濟中心城市，如北上廣等，發達地區的建設密度較高，而中西部建設相對滯后，這體現出國內地區發展的不平衡性，也為未來擴張提供了契機。現階段，國內區域之間的聯系日益密切，對下穿高速鐵路的建設需求也進一步提升，在有限的時間和空間內，為實現城市之間產業互動交流、促進區域經濟水平提升、加快人口流動、帶動城市發展等目標或需求，應對建設項目所需的各類資源、技術、設備與人力等方面進行科學規劃與安排，使建設項目更加精準地滿足用戶需求，提高項目競爭力與市場占有率，充分利用土地、水源、人力等資源，減少浪費與環境污染，確保符合城區建設的實際需求[1]。

2 相關設計規范及鐵路相關文件解讀

2.1 關于下穿形式的選擇

根據我國頒布的《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》（TB 10182—2017）（簡稱《規程》）規定，當高速鐵路橋下凈空不滿足通行高度時，可采用框架結構下穿，《規程》3.0.10 條規定，“采用橋梁、樁板結構、U 型槽和框架結構下穿高速鐵路時，結構兩端距高速鐵路橋梁水平投影外側的垂直距離不應小于20m”；在框架結構側墻設置中，當底板埋深低于承臺底面時，該結構與承臺邊的凈距應超過3m；如若高速鐵路橋下凈空滿足通行高度，且地基土的基本承載力超過180kPa、路基填筑高度低于1m，則可選用路基下穿形式；如若高速鐵路橋下凈空滿足通行高度，但不具備設置橋梁的條件，且地質條件不宜采用路基結構下穿時，則可選用樁板結構下穿。

2.2 關于穿越鐵路的基本條件

國家鐵路局相關文件明確了穿越鐵路的基本條件。

一是設計下穿鐵路方案時，要求預留規劃線位條件，首選采用橋梁形式在既有鐵路橋下穿越。在路基段下穿時，應避開站場、道岔與曲線區段，并對路基和線路進行防護，確保其穩定可靠。

二是上跨鐵路項目應預留鐵路電氣化、規劃雙層集裝箱運輸條件，以滿足施工安全防護距離等要求。

三是對下穿鐵路的公路、城市道路、人行過道等，應采取可靠的防水、排水、鐵路防撞、沉降控制等措施，滿足防洪要求；對確需上跨鐵路的公路、城市道路、人行過道等橋梁，要采取安全可靠的施工安全保障措施和鐵路沉降控制措施，設置HA 級鋼筋混凝土墻式護欄、防護網（屏、棚）、異物侵限監測系統和視頻監控系統等可靠的防護措施；對下穿、上跨的公路與城市道路，必要時設置警告、限速、限高等標志[2]。

3 改擴建市政道路下穿高速鐵路設計方案分析

本文以龍江東路（城市主干路）下穿鷹廈鐵路、杭深鐵路為例。該道路標準寬度為50m，鐵路橋跨度為32m，為使現有鐵路橋墩得到保護，要求線路和橋墩之間的距離合理，因此要將道路分成兩幅，從鷹廈鐵路左線橋墩間通過；分四幅從杭深鐵路、鷹廈鐵路右線橋墩間通過。根據《規程》規定，分析項目涉及線路交叉情況，此次方案共設計三種下穿形式，即橋梁下穿、樁板結構、路基下穿，從三者中對比選出最佳設計方案，以確保建設效果充分滿足預期要求。

3.1 改擴建市政道路路基下穿高速鐵路

該方法是利用橋下空間直接搭建路基，與橋梁下穿、樁板結構相比，該形式的道路填土層荷載、路面結構層荷載等，都會通過地基附加應力直接作用到橋梁路基上，導致橋墩發生位移。根據《規程》可知，有砟軌道墩臺頂橫縱位置均要控制在3mm 以內，如若超過該數值便會增加軌道變形風險，為列車行駛埋下安全隱患。對此，《規程》對路基下穿方案作出嚴格規定，即地基土基本承載力應超過180kPa，填筑高度低于1m，且禁止用高壓旋噴樁處理地基。項目地勘資料表明，該場地表層素填土下方存在較厚淤泥，地質條件較差，如若選用路基下穿方案，則需要加固土體，將會影響鐵路橋梁正常使用。

3.2 改擴建市政道路橋梁下穿高速鐵路

龍江東路的梁底標高為11.4m，地面標高為5.3m，鷹廈鐵路東孚左線梁底標高為12.7m，地面標高為6.0m，其與右線相交處的梁底標高為11.2m，地面標高為5.1m。因施工要求與道路改擴建后存在差異，橋下凈空高度設定為6m，最佳狀態下，龍江東路與三條鐵路交叉處的設計標高分別為5.4m、6.7m 和5.2m，為與324 國道平順相接，設計標高應低于設計標高。如若選用整體現澆箱梁，大部分支座和梁體埋入土內，將會影響耐久性，不利于后期檢修；如若選用預制結構梁，不但耐久性受到影響，且梁片也無法標準化施工，因此該方案被排除[3]。

3.3 改擴建市政道路新建樁板結構下穿高速鐵路

該結構是介于橋梁和路基之間的結構形式，包括下部鋼混樁基和上部鋼混承載板，可充分利用板土、樁土間的共同作用，在下穿工程樁基、鐵路橋梁樁基間凈距符合規定的前提下，降低鉆孔樁對鐵路產生的影響。在橋梁下穿形式不滿足要求的情況下，可優先選用樁接板梁的方式。

對此，根據上述的三種下穿結構形式，綜合分析利弊后，選擇采用樁板結構。并對不同線位的樁接板梁下穿形式進行深入對比選擇，兩種方案的參數對比如表1 所示，方案比選如表2 所示。

表1 下穿鐵路方案參數對比表

表2 下穿鐵路方案比選表

在道路工程涉鐵段，設計要點如下。

一是路面設計。選用瀝青混凝土路面，按照交通運輸部頒發的《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017），確保設計方案與施工技術符合要求；粗集料應潔凈、表面粗糙、干燥；細集料應無風化、無雜質，且有適當的顆粒級配；瀝青混合料的礦粉應采用憎水性石料，經過研磨后制成礦粉；原石料內的泥土、雜質應剔除干凈，確保礦粉能夠自由地從倉內流出，其質量滿足《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）。

二是路基邊坡防護設計。一方面，要完善邊坡設計基礎資料，根據不同地質情況進行工點設計，從路線控制設計出發，合理設定邊坡高度，探尋符合地質、地形條件的設計方案；另一方面，防護形式選擇生態防護，與周圍自然環境相協調，采用當地植物資源，貼近大自然，在確保路基邊坡穩定的基礎上，還要滿足環保與景觀要求，以植物防護為主，工程防護為輔。該項目設計范圍內均為填方邊坡，高度低于3m，坡率按照1∶1.5 填筑放坡，采用植草護坡，在坡腳臨近水塘處設置浸水路堤[4]。

三是軟基處理設計。該段為淤泥質土，層厚在2.4～10.4m 之間，為提高軟弱土層承載力、降低差異沉降，根據地質條件與施工技術特點，選用水泥攪拌樁處理，軟土處理深度均值為14m，樁徑為0.55m，樁體間距為1.5m，采用正三角形布置。水泥型號選用P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.55。上述設計參數應在深層攪拌樁施工前，以試樁方式確定。

4 改擴建市政道路交通及附屬設施設計

在市政道路改擴建施工后，相應的交通與附屬設施也要隨之調整。調整方式與道路的設計等級直接相關，首先要明確道路改造的等級，其次要充分利用原有設施，最后在此基礎上進行優化設計，以充分滿足城市化發展要求。具體如下。

一是交通標志標線。其作用是為道路使用者傳達道路與交通狀況，應堅持簡潔明確的設計原則，采用玻璃鋼材料制作標志牌、沿線懸掛標志、路面墻體標志等，并根據道路等級設置相應的標志線；交通標線設置在道路路面層，一般選用耐久性好、耐水性強的材料，以乳白色漆為主，便于提高標線辨識度，幫助道路使用者快速識別和分析。

二是交通欄桿。其作為一種障礙物，設置在公路兩側起到防護作用，欄桿端頭設置成圓頭或者外擴形，提高端頭的安全性和穩定性；不同型式欄桿之間應進行過渡處理，以免因過渡不平緩而影響交通；欄桿設計應根據公路等級、防撞等級、現場條件等因素而定，確保所選設計、施工方案符合實際。

三是交通信號燈、路燈。信號燈通常采用懸臂式結構，下方與路面的高度應超過道路規定的凈空要求，立柱內邊緣禁止侵入道路安全帶；路燈設計根據《城市道路設計規范》（CJJ 37—90），高度多為8～12m 之間，間距25～35m，單側或雙側布設，可根據實際需求選擇懸臂或者懸鏈結構。

5 改擴建市政道路下穿高速鐵路相關注意事項

在下穿高速鐵路建設過程中，涉及諸多環節，且工程量較大，對施工人員的技能和素質提出了嚴格要求，還要做好現場材料管理、質量管理、安全管理等工作，明確相關注意事項，使工程順利高效地完成。措施如下。

一是重視材料管理。在工程開始前和施工期間，如若發生材料來源變動，應對材料來源、質量、數量以及存儲條件等進行檢查，尤其是在瀝青路面施工的供料和收料期間，應保持不同規格碎石顆粒組成的一致性，確保瀝青混凝土的礦料級配始終處于設計范圍內。

二是在施工期間，工程質量檢驗的內容、標準均要滿足現行規范的相關要求。當檢查結果與規范不符時，應追加檢測數量，深入剖析原因，采取解決對策，使各道工序的質量指標都能滿足設計要求，在此前提下開展后續作業，以免不合格產品影響工程的整體質量和施工進度。

三是注重施工安全保障。在高空作業區地面劃出禁區，并以竹籬笆加以圍擋，懸掛“閑人免進”“禁止通行”等警示牌；基坑開挖階段，應根據水文、土質與開挖深度等指標，選擇安全的邊坡坡度并做好支撐防護；爆破作業前，制定安全技術操作規范，要求作業人員持證上崗，并禁止穿著易產生靜電的衣物；在施工便道設置警示標志，必要時設置專人維護、指揮交通[5]。

6 結語

綜上所述，當前城市改擴建道路工程數量不斷增加，當發生線路交叉情況時，多采用下穿形式在高速鐵路橋梁的橋墩之間通過，道路開挖深度較大，橋墩施工后差異沉降值接近容許值，需要選擇合理的設計方案，使橋體穩定性得到保障。對此，設計者應完善項目地勘資料，從常用的橋梁下穿、路基下穿、樁板結構下穿等形式中選出最佳方案，盡量減少對鐵路橋梁的影響，實現長久穩健運營。