市政道路下穿鐵路貨運線的總結與思考

【摘 要】結合成都市寧波路東段下穿鐵路項目，根據市政道路橫斷面組成和鐵路現狀情況，合理確定鐵路隧道橫斷面和施工方法。根據施工方案和結構分析計算，確定采用預制框架結構和頂推施工工藝。并對接縫處理、防水措施等附屬設施進行精細化設計。

【關鍵詞】城市隧道； 下穿鐵路； 分析計算； 工程實踐； 經驗

【中圖分類號】U452.2+6【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-12-02

［作者簡介］鄧雪峰（1981—），男，碩士， 正高級工程師， 注冊土木工程師，從事橋梁隧道及交通規劃設計質量管理工作。

0 引言

鐵路為一座城市的發展注入了活力，發揮了重要作用。但隨著城市化進程加快，路網密度越來越大，曾經位于城市邊緣的鐵路線逐漸成為中心城區范圍，鐵路線對兩側的阻隔愈發明顯。同時隨著鐵路技術和裝備日趨現代化，鐵路車輛時速越來越快，鐵路平交道口對鐵路封閉管理不適應性逐漸加強，嚴重影響了沿線群眾出行安全和鐵路安全，甚至制約區域建設發展。滿足人民出行的需要，推進鐵路道口立交化是鐵路為民服務的重要舉措。

根據鐵路運營情況，鐵路道口立交化主要分為鐵路運營可中斷和不中斷兩種情況。前者受影響因素相對較少，設計施工相對簡單，此處不再贅述。在保證鐵路正常運營的情況下實施平改立是目前各地普遍面臨的狀況，本文將重點闡述和分析城市道路下穿既有運營鐵路面臨的一系列問題及應對措施。

1 項目概況

寧波路東段位于成都市天府新區境內，道路等級為城市主干路，道路紅線寬度40～50 m，設計車速60 km/h，雙向六車道，另外兩側設有非機動車道和人行道。框架結構底板設計荷載為城—A級，人群荷載3.5 kN/m2，成昆鐵路貨運外繞線為雙線鐵路，Ⅰ級線路（雙線），采用重型軌道結構，鐵路設計荷載為中-活載，貨車設計時速目標值為120 km/h［1］。結構設計基準期采用100年，結構安全等級為一級，隧道內或橋下道路凈空為機動車不小于5 m，非機動車不小于3.5 m，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計特征周期0.45 s。該鐵路是一條運輸繁忙的貨運專線，日車流量大，立交節點實施時，需要保證鐵路運輸不中斷。

2 前期審查意見及執行情況

2.1 方案設計審查

本項目專項方案設計由成都鐵路局組織召開專家審查會，根據審查意見對文件修編后，收到《成都鐵路局關于天府新區“博覽城區域路網和中央公園周邊路網”項目道路工程與成花鐵路交叉和并行有關問題的復函》作為下階段設計的主要依據。

2.2 初步設計審查

初步設計由屬地行政主管部門組織審查，根據審查意見對文件修編后，收到初步設計批復作為下階段設計的主要依據。

3 隧道平、縱、橫斷面設計

3.1 平面設計

鐵路段隧道工程全長60 m，采用全斷面下穿，其中機動車道采用雙向六車道，兩側非機動車道和人行道凈寬均為7 m，隧道中線與寧波路中線重合。根據規劃，本段工程平面均在一條直線上，工程設計起點K3+930，終點為K3+990，共60 m。

3.2 縱斷面設計

下穿鐵路貨運外繞線部分共長60 m，其中15 m為現澆段，30 m為頂推段，15 m為船槽和擋墻段。為減少框架段與鐵路之間的覆土厚度，同時便于頂推施工，隧道縱坡為0.55%（圖1）。

3.3 橫斷面設計

下穿鐵路段在滿足機動車通行需求的同時，還需兼顧人行及非機動車的通行需求。為方便穿越鐵路施工，結合常用D型施工便梁尺寸，下穿框架布置為兩幅，單幅框架全寬20.7 m，間距為20 cm（圖2）。

4 框架、船槽結構設計

4.1 總體設計原則

安全可靠、技術先進、經濟合理、滿足隧道正常使用要求。

4.2 結構設計

本隧道結構分為3大類：框架段45 m（現澆段15 m，頂推段30 m）；船槽及擋墻分別為8.5 m和6.5 m。

框架段采用雙孔普通鋼筋混凝士矩形框架結構，分為現澆段和頂推段。最大凈跨為11.5 m，頂板厚1.0 m，底板厚1.2 m，側墻厚0.85 m，現澆段中隔墻厚度隨平面線形變化，厚度0.5～1.5 m，頂推段中隔墻厚0.5 m。隧道斷面設計時，須滿足建筑限界的要求，以及裝修、照明、通風、消防等方面的需求，綜合考慮，因此框架段凈高按照5.5 m設計。

船槽采用現澆鋼筋混凝土“U”型槽結構（整體式），標準底板厚為0.9 m。

船槽與底層遞路之間的銜接，通過設置鋼筋混凝土擋土墻結構來實現。

結構每隔10～15 m設置橫向沉降縫，滿足結構變形要求，縫寬2 cm，用瀝青木絲板填塞。

4.3 主要結構計算分析

結構采用Midas計算，取1 m寬頂推段框架結構作為計算模型，單元類型采用二維梁單元。共劃分為142個節點，81個單元。荷載組合按TB 10002-2017《鐵路橋涵設計規范》選擇，組合Ⅰ：主力（恒載＋活載）（圖3～圖6）。

由計算分析得出，中隔墻處頂板頂緣彎矩、剪力較大，可通過局部加厚頂板、局部增加該處配筋或者考慮設置預應力解決。通過進一步試算分析，本結構能夠通過適當增加配筋來滿足受力需要。若需要增加的鋼筋過多，直徑過大，間距過小，則不利于保證結構質量，此時可考慮局部增加截面尺寸。考慮到框架結構受力特點，設置帶彎起鋼筋的鋼筋骨架能較好地契合受力需要。根據大量計算分析和眾多工程實踐，雙孔雙向六車道及以下的框架結構原則上采用鋼筋混凝土結構較為經濟合理，雙孔雙向六車道以上的框架結構采用預應力鋼筋混凝土結構較為經濟合理［2］。

通過計算組合Ⅰ作用下各控制截面內力設計值，結合結構初步配筋，進行結構驗算，結構施工階段法向應力、結構使用階段鋼筋應力、結構使用階段裂縫寬度、結構使用階段抗彎等驗算結果滿足設計要求。根據計算結果可知，結構在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下各截面內力與結構在組合Ⅰ作用下各截面內力值相差不大，而在規范中規定在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下材料的容許應力均有所提高，故在組合Ⅱ、組合Ⅲ作用下結構強度均滿足要求。

4.4 結構防水處理

本隧道防水等級為一級，防水混凝土的防滲等級不小于P10［3］。隧道防水關系到結構耐久性和使用的舒適性，需重點關注。本工程采用外、中、內三層防水結構體系，其中外層是關鍵，主要以防水卷材為主；中間層是核心，主要以混凝土添加抗滲抗裂劑為主；內層主要是涂刷防水涂料。

（1）框架及船槽底板結構防水，待C20素混凝土墊層做完后，鋪設1.5 mm高分子濕鋪防水卷材，再設6 cmC20細石混凝土保護層（內配鋼筋網），方可綁扎鋼筋澆筑混凝土底板。

（2）框架及船槽側墻防水：先在側墻基面涂刷防水涂料，再鋪設1.5 mm厚高分子濕鋪防水卷材，再設3 cm厚聚苯乙稀泡沫板保護層，實施厚12 cm磚保護墻后，方可回填。

（3）框架頂板防水：先涂刷防水涂料，再鋪1.5 mm厚高分子濕鋪防水卷材，再設6 cm厚C20細石混凝土保護層（內配鋼筋網）后回填。

4.5 接縫處理

施工縫和變形縫是防水的重點和難點，根據大量工程案例調研，絕大部分城市下穿隧道滲漏水部分主要發生在變形縫處，其次是施工縫。

（1）變形縫處內側設置鋼板止水帶，外側設橡膠止水帶，內外緣嵌設雙組份聚硫密封膠。可在外側敷設多層防水卷材，同時在隧道內側設置微型接水槽，輔以多種措施，達到防水的目的。

（2）施工縫處設置鋼板止水帶（500 mm×5 mm），澆筑后段混凝土前應先清除施工縫表面浮渣和雜物，并涂刷界面處理劑。

5 既有鐵路不斷道施工方法

為保證施工期間貨運鐵路外繞線不中斷運輸，根據現場條件及鐵路部門審查意見要求，本項目采用撥軌+頂推施工方法。

將既有左右線分別往東西兩側調整，使下穿框架范圍內的雙線鐵路線間距增大1 m左右，將撥軌后雙線的最小間距控制到4.85 m以上（實際間距范圍為4.9～5.4 m），以滿足D型梁基礎實施條件和D型梁在該段曲線上的裝配及使用需求［4］；調整后左線半徑為1 300 m（既有線為1 200 m），右線半徑由既有的1 204.18 m調整為1 120 m。根據普速鐵路工務安全規則［5］，改線后頂進施工時，需對列車進行限速。

主要包括設置臨時接觸網桿塔、撥軌（鋼軌調整和超高調整）、頂推施工、線路恢復等階段內容。

6 頂推施工步驟

（1）施工前期準備（包括既有鐵路相關供水、通信、信號、電力以及接觸網絡需要局部改移或保護的工作等）。

（2）工作平臺施工（包括作業平臺填筑、坡腳擋墻設置、邊坡防護等）。

（3）改線施工。

（4）線路支撐樁施工，D型便梁的架設和開挖基坑的支護。

（5）開挖預制場地工作坑，施工頂進后背梁和導向墩。

（6）預制框架。注意預制框架時框架底板下的基礎處理和工作底板的表面平整，工作底板上面鋪好潤滑層，涂機油，鋪塑料底膜和滑石粉，以減輕框架的起動阻力。

（7）頂推施工準備。為防止框架段在頂推過程中出現“栽頭”軸線偏移等現象，在基坑開挖后沿結構物頂進線路澆筑鋼筋混凝土滑板，確保頂推施工質量。

（8）頂進預制框架。先試頂，然后進行框架段頂推。

（9）施工框架防水等附屬工程。

（10）線路恢復。

（11）將木枕轉換為原來的鋼筋混凝土枕，并增補道床碎石，拆除縱向D型梁、吊軌梁及扣軌件，整理好線路。用同法頂推另一幅框架；施工隧道附屬設施、兩端船槽、路面及裝飾裝修，恢復路面。

7 結束語

位于規劃建設區內的鐵路對兩側的阻隔明顯，規劃或現狀道路與既有鐵路的交叉進行立體化改造，通常情況下以道路全斷面上跨或者下穿為主。以保證道路斷面功能的完整性和連續性，避免成為瓶頸。本工程涉及既有線施工，施工干擾條件多，安全風險高，管理難度大。

結合本項目開展的全過程，需要重點注意幾個方面：

（1）根據現狀地形和周邊規劃地塊和路網高程，科學合理地確定立交型式。

（2）與鐵路部門進行對接，搜集相關資料，對既有鐵路相關供水、通信、信號、電力以及接觸網需要局部改移或保護的內容進行核實，初步確定施工工藝。

（3）結合規劃道路斷面和施工工藝，確定下穿隧道斷面組成。

（4）形成專項方案、初步設計先后報相關行業主管部門審查，得到相關批復以作為下階段的設計依據。

（5）對主體結構進行計算分析，必要時選用兩種計算軟件進行相互復核，使結構設計更科學合理。

（6）對下穿隧道經常出現的不均勻沉降、滲漏水等病害問題進行精細化設計，通過對不良地質特性進行針對性的處理和節段間設置枕梁來減小結構的不均勻沉降；通過設置外、中、內三層防水體系，同時對變形縫縫和施工縫處進行防水加強處理，變形縫內側設置接水槽等措施，能夠較好地解決隧道滲漏水問題。

（7）在施工隧道頂推段時，采用的施工方案要經由鐵路相關部門審核并同意后方可實施；線路加固時需在軌底及扣件加絕緣墊層，防止連電，在施工過程中要隨時檢查鐵路線路的加固，確保鐵路線路的安全運營；開挖鐵路邊坡時要加強支護措施，以減少對鐵路邊坡的影響，消除安全隱患。施工期間鐵路限制行車速度為45 km/h。在施工中確保列車通過時所有施工機械設備不侵入限界。

（8）在頂推段施工開始前要先對鐵路沿線的電力、通訊、信號等管道管線進行改移或保護。頂進到位后框架中線高程誤差必須符合施工規范要求。

（9）為保證在頂推施工過程中線路的安全，在線路上設專人進行 24 h值班，對線路進行巡視防護，有脹軌跑道或斷軌跡象時，迅速向施工負責人匯報，并對線路采取必要的防護，同時向駐站、近端和遠端防護人員通報情況，對列車發出對應的防護信號，施工負責人立即組織人員對脹軌、斷軌進行處理。

參考文獻

［1］ 國家鐵路局.鐵路橋涵設計規范： TB 10002-2017［S］.北京：中國鐵道出版社，2017.

［2］ 鄧雪峰.淺談八車道城市下穿隧道工程設計［J］.四川建筑，2019，39（189）：77-78，83.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.地下工程防水技術規范： GB 50108-2008［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［4］ 中鐵寶橋天元實業發展有限公司.D型施工便梁使用說明書［R］.2004.

［5］ 中國鐵路總公司運輸局.普速鐵路工務安全規則： TG/GW101-2014［S］.中國鐵道出版社，2014.