德大线下穿京沪高速铁路设计方案研究

李耐振,闫 伟

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022)

1 概述

新建德(州)大(家洼)铁路为单线铁路(预留双线),设计速度160 km/h(预留200 km/h平面条件)。京沪高速铁路为双线电气化铁路,设计速度350 km/h。

德大线在DK21+070处与京沪高速铁路K343+007交叉,原设计方案采用德大线上跨京沪高速铁路。铁道部、山东省关于跨京沪高速铁路特大桥的原批复意见为:“原则同意采用多孔32、24 m简支梁桥式方案,结合京沪高速铁路开通情况,研究采用槽形梁跨越京沪高速铁路的可行性,以缩短桥长,注意跨线孔的施工工期,减少对京沪高速铁路的影响”。

但根据铁道部最新发布的《关于铁路工程设计线路交叉跨越有关规定的通知》(铁建设函[2010]146号)[1]的要求：“新建客货共线铁路与已建或在建高速铁路交叉跨越时,应选择已建或在建高速铁路桥梁地段的较高桥墩、较大桥跨处下穿方案；新建客货共线铁路下穿已建或在建高速铁路时,应综合考虑地形地质条件、运营安全等要求,做好防洪及防排水设计”。

因此，德大线与京沪高速铁路交叉设计原则上采用下穿方案。

2 原设计方案情况

京沪高速铁路和德大线交叉处为双线桥,梁长32 m,桥宽13.4 m,与本线法线的夹角为22°。

原设计方案德大线采用桥梁上跨京沪高速铁路。上跨京沪高速铁路处采用1-24 m简支槽形梁,其他孔跨采用24 m、32 m简支T梁。简支槽形梁采用支架现浇法施工,需在京沪高速铁路联调联试前完成施工。上跨方案对京沪高速铁路运营安全有一定的影响,需对本线上跨京沪高速铁路范围内,沿桥梁两侧以交叉点为中心,前后各防护100 m,加设防抛网和防落梁措施。

3 下穿方案研究

根据京沪高速铁路的平、纵断面资料可知,京沪高速铁路在跨越S353省道处桥墩较高,梁下净高9.0 m,具有较好的下穿条件,因此选择德大线改线至S353省道附近下穿和原位下穿京沪高速铁路两个方案进行详细的比选研究(图1)。

3.1 改线下穿方案3.1.1 线路走向

德大线从比选起点DK4+000起,分别跨越马颊河和京福高速公路后在丁庄水库和丁东水库间穿过,在S353南侧下穿京沪高速铁路后折向东南,在S315西侧设陵县站后,至比选终点DK28+300。线路长度为24.994 km。

图1 德大线下穿京沪高速铁路线路方案示意

本方案线路于德州市丁庄水库和丁东水库之间穿过,距离丁庄水库(德州华能电厂供水水库)500 m,距离丁东水库(德州市一级水源地)1 600 m,从丁东水库的二级保护区内穿过。

线路下穿京沪高速铁路后,穿过陵县规划开发区,会引起部分拆迁并对开发区的规划利用产生一定影响。

线路穿过丁庄镇初级中学,需拆迁部分教室。另外,需迁移220 kV高压线1处,拆迁量较大。

3.1.2 下穿高速铁路工程措施

本方案线路在京沪高速铁路DK336+630处B95与B96号桥墩间通过,与京沪高速铁路线路交角49°,梁下净空9.0 m,满足德大线的限界要求,具有较好的下穿条件,德大线在梁下采用桩板结构路基(图2)一次双线通过,轨顶至高速铁路梁底8.0 m,路肩与自然地面平齐,为了排除地表水及线路范围雨水,线路两侧设挡水埝,挡水埝内、外侧分别设置排水沟。本方案工程措施简单,施工难度较小。

图2 下穿京沪高速铁路断面(单位：m)

3.2 原位下穿方案3.2.1 线路走向

德大线从比选起点DK4+000起向东,跨越马颊河和京福高速公路后在丁东水库南侧穿过,在西李庄南、南李庄北下穿京沪高速铁路,在S315东侧设陵县站后,至比选终点DK28+300,线路长度为24.505 km。

本方案线路绕避了丁东水库水源保护区,于丁东水库南侧经过,沿线亦没有其他环境敏感点,对环境影响较小。

本方案线路距离陵县开发区较远,不影响开发区的规划利用,沿线亦没有重大拆迁。但由于陵县站距离开发区较远,货物运输不便,为满足陵县开发区货运需求,需设置专用线。

3.2.2 下穿高速铁路工程措施

线路在京沪高速铁路DK343+007处C107与C108号桥墩间通过,与京沪高速铁路线路交角67°,梁下净空5.2 m。根据德大线的限界要求,需在京沪高速铁路桥下下挖3.7 m。

本方案德大线于DK20+000至DK22+200段设置U形槽(图3)。由于DK20+000至DK22+200段路肩设计高程均低于内涝水位,为解决雨水问题,需要加设钢结构雨棚,并将该段地表水沟并行线路改移,同时为解决暴雨时期U形槽内进水,设置机械泵站2处进行人工排水。同时为防止施工期间基坑降水对京沪高速铁路的影响,在垂直京沪高速铁路两侧200 m范围均采用钻孔灌注桩排桩围护、高压旋喷桩防渗帷幕、基坑内采用深层水泥搅拌桩止水。本方案工程措施较为复杂,且施工难度较大。

图3 U形槽断面示意

3.3 下穿方案优缺点分析3.3.1 从工程投资角度分析

原位上跨方案工程投资73 669.77万元。改线下穿方案工程投资93 624.79万元。原位下穿京沪高速铁路方案92 230.61万元。从工程投资方面分析,原位上跨方案最优。

3.3.2 从工程措施及施工难易程度分析

原位上跨方案,需采用现浇施工方案,需在京沪高速铁路联调联试前完成施工,时间上无法满足要求。改线下穿方案德大线在京沪高速铁路梁下不需要下挖,路肩和地面平齐,工程措施简单,且在施工期间对京沪高速铁路安全运营没有影响,路基不需要下挖,减少了地表水、地下水对德大线的影响。原位下穿京沪高速铁路方案,需在京沪高速铁路桥下下挖3.7 m,由于本处地下水位较浅,施工期间如进行基坑降水,对京沪高速铁路的沉降有一定的影响；如不进行基坑降水,需进行地下水的封闭处理工作,工程措施复杂,施工难度较大。

3.3.3 从对地方规划和环境保护影响分析

改线下穿方案位于丁庄水库及丁东水库之间,并从丁东水库的二级保护区内穿过。地方政府提出,铁路从两水库间穿越,破坏了德州市的水源保护区的规划。另外,线路下穿京沪高速铁路后,穿越了陵县规划的开发区,对开发区的规划利用产生较大影响,地方政府明确表示不同意改线下穿方案。

3.3.4 从工程实施的外部条件分析

改线下穿方案需要重新进行该段沿线交叉河流的防洪评价,沿线的环境评价以及土地预审等工作,地方政府不同意此线位方案；而采用原位上跨、原位下穿京沪高速铁路方案则不需要再进行防洪评价、环境评价和土地预审等工作,外部推进条件较好。

3.3.5 从运营安全、养护维修方面分析

原位上跨方案存在着德大线落石等影响京沪高速铁路安全的因素。改线下穿方案在京沪高速铁路梁下采用路基方式通过,不影响京沪高速铁路运营安全,德大线自身无运营安全隐患且养护维修方便。原位下穿京沪高速铁路采用U形槽方式,U形槽内养护维修不便,且容易受地下水、地表水的影响,客观上存在德大线被洪水淹没的危险。

综上所述,改线下穿方案虽然具有对京沪高速铁路影响小,养护维修方便等优点,从运营安全,施工安全方面分析是最优方案,但改线方案穿过德州市水源保护区和陵县开发区,地方政府明确反对,该方案无法实施,予以舍弃。原位上跨方案不受地下水、地表水的影响,自身运营安全无隐患,但对京沪高速铁路的运营安全有较严重的影响,且无法在京沪高速铁路联调联试前完成槽形梁的现浇工作,将影响京沪高速铁路开通运营时间,该方案无法实施,予以舍弃。原位下穿方案施工期间需要对京沪高速铁路承台进行防护,运营期间受地下水、地表水影响较大,客观上存在被洪水淹没而中断行车的危险。但由于前述两个方案无法实施,故推荐采用原位下穿京沪高速铁路方案。

4 结语

目前,我国正处于高速铁路(客运专线)的高速发展期,已有多条线路投入运营,另有包含京沪高速铁路在内的多条高速铁路(客运专线)正在建设之中。由于高速铁路的速度快,确保其运营的安全性至关重要。除了对高速铁路自身技术标准的高要求外,对外部环境条件的安全敏感因素处理也有着严格的要求。

新建客货共线铁路与既有(在建)高速铁路的交叉处是影响高速铁路运营安全的重要敏感点,交叉方案的设计非常关键。德大线与京沪高速铁路交叉方案的选择是否合理,对京沪高速铁路的施工进度及日后的运营安全、城市的长远规划和环境保护,以及铁路对沿线经济促进效应的发挥都有重要的影响。因此必须做好充分的论证与研究,选择合理可行的方案,确保德大铁路能为国家及地区经济的发展做出更大的贡献。

[1] 铁建设[2010]146号 关于铁路工程设计线路交叉跨越有关规定的通知[S].

[2] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建铁路德龙烟线德州至大家洼段下穿京沪高速铁路变更设计[R].北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2011.

[3] 中华人民共和国建设部.GB50091—2006 铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10106—2010 铁路工程地基处理技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[6] 中华人民共和国铁道.铁建设函[2005]285号 新建时速200 km客货共线铁路设计暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[7] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·线路[M].北京：中国铁道出版社,1999.