高速铁路小角度下穿运营高速公路设计探讨与实践

张立忠 中国铁路上海局集团有限公司杭黄铁路有限公司

随着我国经济和城镇化建设的快速发展，铁路与公路及市政道路相互交叉穿越数量日益增多。近年来，铁路主管部门对道路下穿铁路工程设计和实施已制定了相关规程，而对高速铁路下穿道路设计尚未有规范，只规定在不满足跨越条件时需对设计方案进行充分的技术经济比选和安全论证，并按规定报有关部门批准后实施，实施中采取可靠安全防护措施，做好防撞、防洪及防排水，确保运营安全。通过新建杭州至黄山铁路客运专线以构架结构小角度下穿杭千高速公路的设计与实践，旨在探索困难条件下高速铁路下穿公路方案的新思路和新方法。

1 工程概况

1.1 铁路概况

新建杭州至黄山铁路位于浙西和皖南地区，为设计时速250 km/h客运专线，其中浙江段途经杭州市萧山区、富阳区、桐庐县、建德市、淳安县，线位基本沿钱塘江、富春江、新安江河谷走线，与杭（州）千（岛湖）高速公路共交通走廊，铁路与公路多处相互穿越。杭黄铁路与杭千高速相互交叉穿越6处，其中隧道下穿1处，框架结构下穿1处，桥梁上跨4处。为满足杭黄铁路富阳站设站要求，杭黄铁路于富阳段DK59+870处下穿杭千高速公路，该节点工程实施需对高速公路进行明挖施工，且施工期间不封道，项目实施中涉及高速公路改道、公路结构改建、交通流量转道通行、交通组织、交通安全等诸多因素，项目实施周期长，为项目重难点和控制性工程。

1.2 公路概况

杭千高速杭州至建德段与G25长春至深圳高速共线，该区段为双向6车道，设计速度为120 km/h，路基宽度33.5 m。杭千高速公路是杭州市连接"三江两湖一山"的旅游黄金通道，同时也是杭州市“一小时半交通圈、旅游圈、经济圈”的重要基础设施，据统计2013年该高速富阳大源段年平均日交通量（AADT）为2.6万辆，节假日交通量峰值为8万辆；加之附近沪昆高速杭金衢段进行拓宽改造施工，大量车辆借道杭千高速通行，导致项目实施路段交通异常繁忙，对工程建设标准及实施提出极高要求。

1.3 工点概况

杭黄铁路自杭州南线路所引出后沿杭千高速公路南侧走线，至富阳区大源段于铁路桩号DK59+870处以14.68°交角下穿杭千高速公路进入富阳站。该下穿节点对应高速公路为路基与桥梁过渡段，影响范围内涉及大源高架和亭山高架2座公路大桥；穿越路段高速公路平面位于R=2000的圆曲线上，坡度为1.8%，路面高程为25 m～31.92 m，周边地面标高约为15 m。高速公路南侧为山地丘陵地形，民居较少；北侧为平原地形，民居较多。

1.4 地质水文条件

工点范围地势自西南向东北倾斜，公路以北地貌为河流堆积地貌中的沿江平原，河岸地面高程6.0～10 m，地形平坦、开阔。公路以南为构造、侵蚀地貌中的底山丘陵，山坡坡度一般20°～30°，山势浑圆，沟谷纵横，植被茂盛。地表水为常年地表径流，水量受季节性降水影响显著，春夏季水量丰沛。工点影响范围山坡坡脚有排洪灌溉用沿山水渠一处，流水面高程与铁路结构重叠，须降低流水面高程。

2 方案设计

2.1 总体方案

该穿越节点铁路设计采用框架结构下穿高速公路，因铁路框架顶部至高速公路路面净高为0.8～1.1 m不等，且交角很小，铁路工程实施前先完成高速公路临时保通道路施工，经交验后将公路交通量转至保通道路通行后进行铁路工程明挖施工，同时对影响范围的公路桥梁、路基设备进行改造。铁路工程施工及公路设备改造完成后，恢复高速公路原交通功能。

2.2 铁路工程

2.2.1 铁路下穿主体工程

铁路下穿高速公路主体工程为杭新景框架大桥，采用23节1-13.5 m C40钢筋混凝土框架结构设计。弱风化基础开挖到设计高程后采用C35混凝土找平处理，强风化地质挖除风化层后采用C35混凝土回填处理，填方段采用钻孔桩基础加固处理。铁路框架主体立面示意见图1。

图1铁路框架主体立面示意图

2.2.2 铁路门形防护结构

因铁路下穿高速公路且交角过小，为防止公路行驶车辆冲出公路、倾覆及货物飘落至铁路范围对铁路运营带来安全隐患，方案除对公路防撞护栏进行SS级加强设计外，对铁路框架主体两端路基段增设C40钢筋混凝土门形防护结构与主体框架顺接，防护范围根据安全评估报告结论于小里程端增设72 m，大里程端增设240 m；门形防护结构邻近高速公路侧采用碎石按三角形回填作缓冲设计。

2.2.3 铁路框架与公路路基过渡段加固设计

公路路基与铁路主体框架结构因基坑开挖需进行回填处理，由于交角过小，车辆高速行驶中会因为轮对不同时跨越过渡段而出现跳车现象，给公路行车带来安全隐患，设计中对该过渡段采用C20混凝土进行刚性回填，以消除结构不均匀沉降致路面结构出现错台影响交通安全。

2.2.4 沿山渠改建工程

因铁路高程与地方排洪灌溉沿山渠流水面冲突，设计对沿山渠流水面高程向下开挖6 m后，铁路采用1-8 m框架涵通过，并对原水渠断面采用C25钢筋混凝土U形结构进行防护加固。

2.3 高速公路保通道路

高速公路保通道路标准关系项目投资、道路通行能力及交通安全，因此须进行科学论证及方案比选。方案设计研究中，通过路段历年交通量分析预测施工期间交通量，通过交通量预测值及道路通行能力、服务指标分析计算论证保通道路设计速度和车道数目，并结合工点现场条件拟定以下三个设计方案：80 km/h双向四车道、80 km/h双向六车道和100 km/h双向四车道。

通过方案比选并综合技术指标、施工难度、社会环境影响、经济综合分析等因素，经专家评审本项目确定采用双向四车道100 km/h高速公路标准进行设计。保通道路线位整幅布设在杭千高速以南山体侧，以路基为基本结构，与高速公路顺接处选在工点两端路基地段，路基宽为26 m的双向四车道整体式路基，排水、交通采用圆管涵和盖板涵结构。接线处起点采用R=4100 m圆曲线从杭千高速公路分离，并保持杭千高速现状4%超高横坡，圆曲线中路段设置2%横坡与杭千高速方向进行横坡衔接过渡，路线往西经过富阳市大源林场山脚，在大源中学附近以R=1497.5 m的圆曲线汇入杭千高速公路。

2.4 公路桥梁改建工程

杭黄铁路下穿杭千高速公路时与大源2号高架桥左幅7号桥台位置冲突，根据交通部门及专家审查会意见，对大源2号高架桥左幅第1跨及第7跨予以拆除改建，并采用自重轻、强度高的泡沫混凝土填筑改建成路基，将该桥左幅1、6号墩改建为埋柱式桥台。

2.5 保通道路与原高速公路小角度顺接

因保通道路起点与原高速公路顺接角度为17.6°，保通道路与高速公路左幅第1、2跨冲突，若采用挡墙和土石方结构会影响既有公路桥梁墩台结构安全，且填筑施工对工期影响较大。设计对邻近公路桥梁墩台结构的保通道路路基采用泡沫混凝土填筑。

2.6 安全防护工程

铁路防护工程:对交叉段高速公路原波形护栏按SS级改造到位。公路防护工程：由于该工点铁路与公路交角仅14.68°，根据公路项目安全评价报告要求对铁路运营后列车对公路交通安全影响范围增加防眩措施，设计中对交叉段公路路基、桥梁增设防眩遮光板，其余并行段采用栽种常绿乔木遮挡处理。

3 施工阶段交通组织设计

杭千高速公路是杭州市东西部联系的重要纽带，施工期间无法进行封道分流，施工阶段交通组织设计是本次设计的一个重点。为保证施工期间道路交通安全及交通秩序，根据施工期间杭千高速公路现状情况，将施工阶段交通组织按以下五个步骤进行：

（1）高速正常通行：保通道路全线除了保通道路起点右幅与高速公路大源2号高架桥交接区域外的部分施工，该阶段需对保通道路与高速公路拼接位置的杭千高速公路的硬路肩范围进行封闭施工，沿线设置相关警示标志，并派专人进行现场管理指挥。

（2）改建保通道路右幅与大源2号高架桥冲突部分：保通道路左幅工程实施完毕后，将千岛湖往杭州方向交通流转至保通道路左幅运行，杭州往千岛湖的交通流保留在杭千高速右幅车道内通行，本阶段做好千岛湖往杭州方向车流的引导，并加强对由三车道缩为两车道通行的指示标志和相应的水马、锥形标等警示标志，通行车辆限速100 km/h。保通道路与大源2号高架桥拼接部分先对大源2号高架桥左幅拆除桥面面板，再完成保通道路右幅的主体工程，在该区域需设置施工隔离材料，防止另一侧的施工对现行交通的影响。

（3）铁路工程施工：保通道路路幅主体工程全部实施完毕后，所有的杭千交通流均引导至保通道路通行，杭千高速公路保通段全封闭，此时进行杭黄铁路工程施工。

（4）公路改建工程施工：该阶段千岛湖往杭州方向交通流维持在保通道路左幅，杭州往千岛湖的交通流恢复在杭千高速右幅通行，拆除保通道路右幅与大源2号高架桥左幅重叠部分，挖除与大源2号高架桥交接的保通道路右幅范围，对大源2号高架桥左幅进行改建。

（5）交通恢复：拆除保通道路主体工程，将保通道路双向交通流恢复至杭千高速公路通行。

4 重点工作

4.1 行政许可办理

根据交通部门相关要求，本工程历经方案设计、安全评估报告、施工图设计、施工方案、交通安全、道路验收等行政许可批复程序。

4.2 交通安全设施设置

交通安全组织是本工程实施中的重点工作，交通安全组织标志标牌设置依据《道路交通标志和标线》（GB5768-2009）规定实施。各施工阶段根据不同施工内容编制相应的交通组织方案，实施中主要采用水马、交通锥、最高限速、解除限速、向左通行、向右通行、前方施工道路临时封闭牌、前方施工牌、道路施工牌、车道封闭牌、前方并道、夜间安装施工告示灯、警示灯等，给来往车辆以清析、准确的提示。

4.3 开挖施工安全措施

根据《中华人民共和国公路法》的有关规定，公路桥梁200 m范围内不得进行爆破作业，因此本工程所有土石方工程均采用机械开挖，对邻近公路侧设置钢管结构排架防护，防止土石飞落至公路行车道，酿成交通事故。

4.4 既有公路桥梁拆除

因公路T梁采用先简支后连续预应力结构，实施前须对原桥梁竣工文件进行核对，与交通主管部门、高速公司及公路设计单位进行沟通，制定专项拆除方案，防止意外安全事故发生。

4.5 泡沫混凝土路基施工

为提高填筑路基强度并缩短施工工期，工程对公路桥梁改路基段及保通道路与既有公路邻近段路基采用泡沫混凝土填筑设计，工程实施中须对水泥、发泡剂、外加剂、掺和料等原材进行质量检验，并进行配比设计和试验，满足设计及相关要求后方可实施。

4.6 施工安全管理

由于该工点为不封道施工，施工作业面多且分散，高速公路车辆限速100 km/h，施工中要加强对作业人员的交通安全教育，现场设置封闭设施及安全警示标志，杜绝作业人员进入高速公路行车安全影响范围。

5 结束语

新建杭黄铁路富阳段下穿杭千高速公路节点工程自2016年1月保通道路开始实施至2017年3月高速公路全面恢复正常通行，历时14个月，期间经受住了两个春节大交通量的考验，说明道路采用的设计标准是科学的。项目实施中得到公路路政、交警部门、高速公路业主的大力支持和配合，施工管理中项目参建人员能尽职尽责，及时完善交通安全组织方案和设施，项目实施期间区段内未发生交通安全事故。新建高速铁路小角度下穿运营高速公路方案由于涉及铁路安全防护、公路保通及改建、交通安全等工程，协调及实施难度极大。该 项目成功实施，为困难条件下铁路下穿公路且交角无法满足公路设计要求的情况，探索一条公铁立交设计的新思路和新方法，可供类似项目参考。