平原地区既有铁路平交道口改立交设计探讨

王江辉

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

平原地区地势平坦，人口密集，交通较发达。早期平原铁路等级较低，路基普遍不高，一般轨面高出地面仅1～2 m，沿线城镇分布密集，道路与铁路相交多为平交道口，不仅存在安全隐患，而且给人民群众的生产、生活带来不便。近年来，铁路行车速度有了很大提高，既有铁路平交道口已经不能满足交通及安全的要求，在既有铁路扩能改造或增建二线时，均要求平交道口改建为立体交叉通过。在平原地区，平交道口已经成了制约铁路提速和地方交通发展的一个瓶颈。根据发展需要，铁路与道路需立体交叉，以满足交通日益快速发展的要求。本文拟通过分析平原地区平交道口改建为立体交叉(简称平改立)的方式和特点，探讨如何根据既有平交道口的特点进行合理改造，达到工程节省、方案合理且满足当地居民生产、生活的需要的目的。

1 平改立的形式及优缺点分析

平改立的形式一般有三种：道路上跨铁路、道路下穿铁路、机动车道上跨铁路，非机动车道下穿铁路。

1.1 道路上跨铁路

在平原地区，车流量大，采用道路上跨铁路立交桥形式时，桥下净空按电气化铁路预留，预留高差较大，立交桥引桥坡度不宜按规范最大值设计，否则非机动车不能顺利过桥，影响当地居民通行，因此，引桥长度较长，工程投资增大，经济性较差。

1.2 道路下穿铁路

采用框架结构的形式，道路下穿铁路，框架出入口接钢筋混凝土U形槽。根据道路等级不同，轨底至板顶的覆土厚度、框架结构的顶板厚度以及预留净空的不同，灵活设计，整个结构所需要的高差远小于上跨立交的高差，引道长度短，投资低，运营后对周围环境噪音污染小，美观效果好。

1.3 机动车道上跨铁路、非机动车道下穿铁路

部分道路由于受周围地形地貌条件限制或地方政府对交通的规划要求，可以采用机动车道上跨铁路，非机动车道下穿铁路的立交形式。该方式结合两种平改立形式的优点，减少立交桥引桥长度，在满足交通需要前提下，立交方案更加合理、经济。

2 工程应用

既有漯河至阜阳铁路位于河南省东南部和安徽省西北部的黄淮冲积平原地区，建于20世纪70年代，全长206 km，铁路等级低，路基普遍不高，一般轨面高出地面仅1～2 m，与既有道路交叉形式多为平交。沿线地下水位一般在地面下1.2～2.5 m，地下水位较高。

漯阜铁路平改立形式主要采用下穿铁路形式，线下设置框架涵或框架桥，两端接U型槽形式。部分受地形地貌限制或地方道路管理部门要求的，采用道路上跨铁路，公路桥引桥坡度一般为3%～5%。

2.1 漯阜铁路平改立特点

(1)地质条件较差，地质一般以黏性土、粉土、砂类土及碎石类组成的多层结构的松散堆积物为主，沿线主要的特殊岩土为软土、膨胀土及季节性冻土等，地基一般需要处理，在既有线下处理地基，施工难度大，受空间限制较大，为确保既有线行车及施工安全，应对既有线进行加固、防护处理，施工期间，列车限速通行。

(2)地下水位普遍较高，最高地区，地面下1.2 m可见地下水。设计中，除考虑水的浮力对结构物影响外，还应对下穿结构的防水、排水充分考虑，防止建成后，地下水渗入，下穿结构内积水，影响通行。

在施工过程中，水位较高，对施工影响较大，需采取降水措施，如设降水井等，防止施工过程中，基础浸泡，影响施工质量和施工安全。

(3)地势平坦，采用下穿铁路结构物，雨季容易积水，造成通行困难。

2.2 漯阜铁路平交道口改立交设计原则

(1)框架出入口U形槽引道及防排水：下穿平改立框架桥、涵出入口引道位于水位线以下部分设钢筋混凝土U形槽，水位线以上部分设素混凝土挡墙。省、国道等或城市内平改立排水形式采用泵房排水，县乡道路下穿框架桥及孔径不大的框架桥、涵出入口引道U形槽或挡墙上设钢筋混凝土雨棚，防止雨水落入引道及主体内，雨棚框架柱落于U形槽或挡墙侧壁，钢筋锚入侧壁长度应满足受力计算及规范要求。雨棚顶板采用悬挑板，每边挑出0.5 m，板配筋应满足结构计算和正常使用要求。

雨棚立柱之间设置栏杆，防止儿童、行人跌落U形槽内，确保行车及人身安全。

(2)交通框架桥涵箱体内设有厚度不小于20 cm的C30混凝土防磨层，并设有10 cm×10 cm的φ10钢筋网；箱体外U形槽设20 cm厚的C30混凝土路面，挡墙范围内路面设20 cm厚防磨层，并设10×10 cm的φ10钢筋网，下设35 cm后浆砌片石，10 cm厚碎石垫层。

(3)为了减小引道的长度及坡度，同时满足《铁路桥涵设计基本规范》(TB 10002.1-2005)的要求，下穿框架桥涵的填土厚度按不小于0.8 m设计。

(4)当框架桥箱底的地基承载力δo≥0.18 MPa、框架涵箱底的地基承载力δo≥0.15 MPa时，在箱底设30 cm厚级配碎石垫层，其上设20 cm厚C30混凝土垫层；U形槽基底设20 cm厚混凝土垫层。

当框架桥基底承载力δo≤0.18 MPa、框架涵基底承载力δo≤0.15 MPa时，如基底换填的厚度小于1.5 m，且换填施工对既有线行车安全影响较小时，基底采用换填级配碎石加固，否则采用旋喷桩加固地基。采用旋喷桩加固地基时，桩顶设30 cm厚级配碎石垫层，其上再设20 cm厚C30混凝土垫层；相应的U形槽基底设置30 cm厚级配碎石垫层，其上设20 cm厚C30混凝土垫层。U形槽基底一般不采用旋喷桩加固。

(5) 既有线下穿工程施工方法根据平改立的实际施工情况采用顶进法、D便梁或工字钢束梁架空施工。

(6)下穿框架桥、涵施工时对既有路基采用挖孔桩及钢板桩、钢轨桩进行防护，保证施工安全和既有线正常运营。

(7)所有立交桥涵均设置限高标志、限速标志。U形槽引道上设置雨棚的，固定在雨棚出入口端的横梁上，横梁加强结构，兼顾限高架功能，不再另设限高防护架，其余的在引道两端设限高防护架。

(8)下穿框架桥、涵两端接U形槽，为钢筋混凝土结构，U形槽侧壁顶预埋接雨棚的钢筋，U形槽底两侧各伸出0.5 m，用填土的槽壁摩擦力及自身重量来抵抗地下水产生的浮力，不再设置抗浮桩。U形槽基底承载力不能满足要求时，基底进行换填处理；U形槽长度一般10～15 m为一节，正交框架桥涵采用平面为矩形的U形槽，如框架桥涵为斜交，与框架主体相邻节段U型槽采用平面为梯形，其余采用平面为矩形，在U形槽每个伸缩缝处设置枕梁。U型槽计算采用有限元软件MIDAS，取1 m长作为有限元建模对象，采用板单元或梁单元建立有限元模型，提取其内力，然后按纯弯或偏压构件进行配筋检算。

(9)U型槽与道路地面接头位置，设置反坡，反坡外设置横向截水槽，截水槽将U型槽外雨水流入槽内的通道截断，两侧截水槽上设铁篦子。

(10)U形槽引道坡度根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)和《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)设计，结合调查情况，等级公(道)路不超过5%，等级外公(道)路根据调查情况，交通量较大，既有情况较好的公(道)路最大坡度以不超过6%为宜。交通量较小，既有情况一般的公(道)路最大限坡以不超过7%以宜。当平面条件受到限制，交通流量较小时，非寒冷地区最大坡度可适当加大，但不应超过8%。

3 技术总结

平原地区平改立工程受地形、地下水位、地质及现场实际情况等诸多因素的影响，必须从设计源头着手，采取有效、经济、可行的处理措施，确保设计合理、工程安全。

结合漯阜铁路的平改立的设计及现场施工情况，对平原地区的平改立主要技术问题总结如下。

(1)平原地区新建路网铁路线路标高在设计时应考虑桥涵排水、立交的需要，在条件允许的情况下，尽量避免挖方内设桥涵，路堤不能太低，应考虑水文、内涝对桥涵、路基的影响。

(2)立体交叉形式的选择应根据既有铁路标准、道路等级、地质、水文及交通流量等情况综合考虑后进行选择，一般地段建议优先采用下穿铁路的平改立方案。

(3)对于U形槽上设置雨棚还是采用泵房排水，应根据具体工程的具体情况进行综合考虑。

雨棚设置简单，建成后，不需要经常维护，后期投入小，维护费用少。但设置雨棚后，会对U形槽及框架主体内视线有影响，美观效果差。

采用泵房排水对U形槽及框架主体内视线影响小，美观效果好，但建设时投资大，投入使用后，日常维护成本高，容易淤堵，且受周围电力引入及雨水排放点的影响，适用条件受限。

(4)下穿铁路平改立方案，需根据道路等级类型不同，如乡间土路、乡间水泥路、机耕道、县道、省道、国道等，引道的坡度除根据规范采用外，同时应针对不同的地域特点，设计中仔细考虑，认真研究。在北方寒冷地区，冬季较长，雨雪天气道路容易结冰，危及行车安全，或在交通流量较大的地段，引道坡度不能过陡，同时应设置防滑槽。

(5)平原地区地质一般为土质地基，承载力较小，地层间常夹有软塑状土，基底承载力达不到设计要求时，应对地基进行处理。下穿平改立施工在既有线下或紧邻既有线，施工作业空间小，且位于既有线下，不宜采用深换填等处理措施，以免危及既有线安全时，可采取旋喷桩处理，漯阜铁路采用小型旋喷桩施工机械，既有轨底下有3.5 m操作空间即可，避免大开挖，减少了施工风险。

(6)地下水位高的平原地区，框架主体及U型槽部分结构物 在水位线以下，框架主体之间、框架与U型槽之间、U型槽之间沉降缝防水至关重要，除设置橡胶止水带外，还应填充弹性密封膏，沉降缝外设置50 cm宽卷材防水层，环绕整个沉降缝，阻断地下水进入框架及U型槽的可能。

(7)平原地区下穿平改立除了地下水的影响外，还有地表水及雨水的影响，要防止地表水及雨水流入，漯阜铁路乡村道路及一般县道，采用U型槽上设置钢筋混凝土雨棚，雨棚顶板采用悬挑板，每边挑出0.5 m，防止雨水飘落进U型槽。U型槽与地面相接处，设置反坡，反坡前设置20 cm宽横向截水槽，截水槽上设置铁篦子；U型槽两侧边墙顶高出地面20～30 cm，回填土向外做1∶10流水坡，防止U型槽两侧地表水流入；上述措施避免了地表水及雨水进入下穿平改立，因此可以设置雨棚的下穿平改立可以不需设置泵房排水，投入运营后，避免了泵房的长期维护。

(8)重要县道、省道、国道及城市道路，框架孔径较大，设置钢筋混凝土雨棚结构笨重，影响美观，容易开裂，因此设置泵房排雨水。城市内下穿平改立可以将流入的雨水排入集水井或直接采用管道排入城市下水管网，郊外及远离城市的则排至附近水沟、河流或排洪涵中，如附近无上述可供排水之处，可考虑在工点附近设置蒸发池，将水排入蒸发池中。

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[2] 巩昆仑. 京九线道口“平改立”后桥下积水处理方案的探讨[J]. 上海铁道科技，2007,(3):89-90

[3] TB 10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范[S]

[4] JTG B01-2003公路工程技术标准[S]

[5] JTG D20-2006公路路线设计规范[S]