城市道路下穿运营高铁桥梁的方案选择

曾思坡

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000）

城市道路下穿运营高铁桥梁的方案选择

曾思坡

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000）

通过对城市道路下穿运营中的高速铁路桥墩的结构型式的分析，结合工程实例，提出设计和施工的注意事项及指导意见。

城市道路；下穿；铁路桥梁；桩板结构；荷载分析

1 概述

随着我国高速铁路建设的快速发展，通车的里程在不断地增加，越来越多的道路需要与高速铁路交叉。根据铁建设〔2012〕23号文的要求，新建公路与已建或在建高速铁路以桥梁方式交叉跨越时，应优先选择公路下穿高速铁路方案。为了保证运营的安全和旅客乘车的舒适度，铁路对自身的沉降、碰撞等有严格的控制。道路下穿铁路需要在一定程度上改变铁路结构原有的受力、改变平面及空间布置。因此，在方案选择上需要经过多方面比选，与铁路部门保持沟通，确保方案及后续实施顺利进行。

2 常用下穿方式[1]

2.1 路基方式下穿

路基方式为利用桥下空间直接修筑路基。其优点为造价低、施工方便，缺点为道路荷载直接作用于桥下地基，增加了铁路桥墩荷载，有可能导致桥墩变形超限[2]。

2.2 桥梁方式

桥梁方式为在铁路桥下修建桥梁，形成两个相对独立的受力系统。这种方式将对铁路桥墩的影响减至最小，且施工时采取相应的措施保护既有桩基及铁路运营，当有条件时采用桥梁方式下穿铁路桥墩应为首选。

2.3 “U”形槽方式

“U”形槽方式为利用结构底板分散路基结构荷载对桥墩的影响，但不可忽视附加荷载对桥墩变形的影响。同时，也需要考虑地下水及沉降对“U”形槽结构自身的影响。施工期间开挖桥下现状地基，其对铁路运行的安全也需要考虑。

2.4 桩板结构方式

桩板结构由下部的钢筋混凝土桩基和上部的钢筋混凝土承载板组成，充分利用桩土、板土之间的共同作用，减少道路荷载对铁路桥墩的影响。当铁路桥下净空及建设条件受限无法采用桥梁方式时，可采用桩板结构形成独立的基础。

3 工程实例

3.1 项目简介

某城市主干路路幅宽53 m，4幅路双向6车道，两侧控制带6 m，设计车速50 km/h（下穿铁路路段限速40 km/h）。

某国家Ⅰ级快速铁路干线，铁路设计速度为250 km/h，桥梁上部结构采用32 m简支T梁，下部结构采用钻孔灌注桩、桩接承台、圆端形空腹式桥墩，桥墩承台纵向宽度10.4 m，桩基进入中风化岩石最小深度为2.21 m。图1为铁路承台平面图。

图1 铁路承台平面图（单位：cm）

根据《铁路安全管理条例》要求，村镇居民居住区高速铁路安全保护区距离为15 m（铁路桥梁外侧起向外的距离）。本次要求防护范围为桥梁区域加两侧各15 m安全防护距离，合计总长45 m，道路防撞护栏长度设计100 m。

3.2 设计方案

根据城市道路总体规划，城市主干路为东西走向，铁路为南北走向。本路段除有铁路桥墩外还有铁路既有线27.5 kV供电线路，供电电塔位于桥墩之间，电缆离地面最小高度约11 m。本次设计既要考虑铁路桥墩又要考虑电塔对下穿的影响，增加了设计难度。

根据铁路部门要求本次修建构造图边缘离铁路承台边缘最小距离不小于2.0 m。根据桥下空间及预留远期立交要求，本次设计道路分4幅道路下穿铁路。A线（北侧人行道+非机动车道）从18～19号桥墩中下穿、主线B（北侧机动车道）从20～21号桥墩中下穿，主线C（南侧机动车道）从22～23号桥墩中下穿，D线（南侧人行道+非机动车道）从23～24号桥墩中下穿。平面相对关系（见图2）经铁路部门确认后展开下穿结构的设计。经过多方案比选确定采用桩板结构方式下穿铁路桥墩。下穿铁路路段采用（2×16 m）现浇普通钢筋混凝土桩板结构，板厚80 cm，桩径80 cm。 桩板结构两侧设置各28 m防撞墙（SS级），防撞墙设置总长度达到100 m。

A幅道路下穿结构：顺桥向跨径为4 m，悬臂1.5 m；横桥向跨径为4 m，悬臂2 m；板梁横向宽8 m，纵向长45 m，桩基长10 m。

B幅道路下穿结构：顺桥向跨径为4/3 m，悬臂2/1 m；横桥向跨径为4 m，悬臂1.5 m；板梁横向宽17 m，纵向长45 m，桩基长15 m。

图2 平面关系图

C幅道路下穿结构：顺桥向跨径为4/3 m，悬臂2/1 m；横桥向跨径为4 m，悬臂1.5 m；板梁横向宽15.5 m，纵向长45 m，桩基长20 m。

D幅道路下穿结构：顺桥向跨径为4 m，悬臂1.5 m；横桥向跨径为4 m，悬臂2 m；板梁横向宽8 m，纵向长45 m，桩基长20 m。

图3、图4为下穿铁路横断面图。

图3 下穿铁路横断面图一（单位：cm）

3.3 荷载分析

（1）地质情况：根据该工程地质勘察报告，地质情况描述见表1。铁路桩基及桩板结构桩基均嵌入中分化岩石。

（2）增加荷载：采用桩板结构下穿铁路桥梁时，其桩基承受其结构自重和车辆荷载，且板梁贴近既有地面，新建道路路基亦不会侵入铁路桥墩及承台范围，故不需要考虑填土对铁路桥墩及基础的影响[3]。

（3）撞击力：下穿铁路路段设计行车速度为40 km/h，部分铁路桥墩与道路距离较近，可能受到汽车撞击。根据《铁路桥涵设计基本规范》第4.4.7条[4]，顺桥向采用1 000 kN，横桥向采用500 kN，作用点在路面以上1.2 m处。以21#墩为例，即铁路桥墩墩身标高18.94 m处，铁路桥墩承台底标高13.97 m。撞击力距承台底为4.97 m，转换成承台底荷载为：顺桥向4 970 kNm，横桥向为2 485 kNm。其受力影响分析见表2。

图4 下穿铁路横断面图二（单位：cm）

表1 地质情况表

表2 汽车撞击力作用影响分析kN

由表2可知，考虑汽车荷载作用下对桥墩桩基桩顶力最大增加值较小，增加值仅为容许值的2%～3%，对铁路桩基承载力的影响小，铁路桥墩桩基有足够的安全储备。汽车荷载产生侧向水平附加压力，均作用于桩板结构及其桩基础，对墩顶位移无影响，故汽车荷载对墩顶位移的影响小。

4 施工措施

为减少道路施工给铁路桥梁安全带来的不利影响，下穿结构施工应严格按照铁路要求进行。

（1）铁路桥下施工，须严格注意防止设备、材料等对铁路桥墩和梁体的损害，特别注意铁路安全及自身施工安全。

（2）施工期间，吊装作业的大型机械设备或重型机械设备，不可靠近铁路桥墩，不可在铁路桥墩侧地基上行走碾压。

（3）施工时，注意车辆进出路径及大型设备的操作规则，避免发生损害铁路梁体及桥墩的事件。

（4）桩基施工时采用旋挖钻机以减少震动对既有铁路桥梁基础周边土体的扰动。

（5）施工完成后，施工单位应及时清理施工区一切临时建筑物、施工机具、器材等设施。

（6）施工及运营期间应设置必要交通标志、标线、安全警示标志等设施。

5 监控要求

该项目施工期间，应对既有铁路桥墩承台的竖向位移、水平位移、固定倾角监测进行检测，一旦发现异常变形，应立即停止施工，等分析原因采取措施后再进行施工，同时根据监测数据，将既有铁路桥的变形控制在可控范围。

6 结论

（1）根据对铁路桥下部结构的计算分析，采用桩板结构穿越铁路特大桥对铁路桥墩基础承载力、墩顶位移以及基础沉降无明显影响，铁路特大桥桩基承载力能够满足要求。

（2）道路在铁路桥墩侧设置SS级防撞护栏，设置预告、警示标志标线确保车辆行驶得到提醒，确保道路和铁路运行安全。

（3）道路地下管线的设计应按照铁路的要求进行设计，完善道路排水设计，避免对铁路造成影响。

[1]杨玟.高速公路下穿铁路客专桥设计实例研究[J].城市道桥与防洪，2014(5)：118-121.

[2]CJJ 194-2013，城市道路路基设计规范[S].

[3]JTG D 63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4]TB 10002D1-2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

U412.37+3

B

1009-7716（2017）04-0036-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.009

2017-01-17

曾思坡（1984-），男，湖南邵阳人，硕士，工程师，从事道路桥梁设计工作。