改扩建市政道路下穿高速铁路设计研究

杨华咨

（南昌铁路勘测设计院有限责任公司，江西南昌 330000）

0 引言

随着社会经济的繁荣，高速铁路与城际铁路进入快速发展期。与此同时，改扩建市政道路与高速铁路桥梁立体交叉的现象屡见不鲜，较为常见的下穿构筑物包括路基、桥梁、桩板结构等。为使高速铁路运营安全得到保障，结合实际需求合理选择下穿形式，并制订切实可行的设计方案，确保项目得以顺利实施。

1 改扩建市政道路下穿高速铁路现状及需求分析

当前国内高速铁路网已经位列全球第一，高速铁路现已连接各个省市，成为方便快捷的交通出行方式之一。下穿高速铁路建设主要集中在东部发达地区和经济中心城市，如北上广等，发达地区的建设密度较高，而中西部建设相对滞后，这体现出国内地区发展的不平衡性，也为未来扩张提供了契机。现阶段，国内区域之间的联系日益密切，对下穿高速铁路的建设需求也进一步提升，在有限的时间和空间内，为实现城市之间产业互动交流、促进区域经济水平提升、加快人口流动、带动城市发展等目标或需求，应对建设项目所需的各类资源、技术、设备与人力等方面进行科学规划与安排，使建设项目更加精准地满足用户需求，提高项目竞争力与市场占有率，充分利用土地、水源、人力等资源，减少浪费与环境污染，确保符合城区建设的实际需求[1]。

2 相关设计规范及铁路相关文件解读

2.1 关于下穿形式的选择

根据我国颁布的《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182—2017）（简称《规程》）规定，当高速铁路桥下净空不满足通行高度时，可采用框架结构下穿，《规程》3.0.10 条规定，“采用桥梁、桩板结构、U 型槽和框架结构下穿高速铁路时，结构两端距高速铁路桥梁水平投影外侧的垂直距离不应小于20m”；在框架结构侧墙设置中，当底板埋深低于承台底面时，该结构与承台边的净距应超过3m；如若高速铁路桥下净空满足通行高度，且地基土的基本承载力超过180kPa、路基填筑高度低于1m，则可选用路基下穿形式；如若高速铁路桥下净空满足通行高度，但不具备设置桥梁的条件，且地质条件不宜采用路基结构下穿时，则可选用桩板结构下穿。

2.2 关于穿越铁路的基本条件

国家铁路局相关文件明确了穿越铁路的基本条件。

一是设计下穿铁路方案时，要求预留规划线位条件，首选采用桥梁形式在既有铁路桥下穿越。在路基段下穿时，应避开站场、道岔与曲线区段，并对路基和线路进行防护，确保其稳定可靠。

二是上跨铁路项目应预留铁路电气化、规划双层集装箱运输条件，以满足施工安全防护距离等要求。

三是对下穿铁路的公路、城市道路、人行过道等，应采取可靠的防水、排水、铁路防撞、沉降控制等措施，满足防洪要求；对确需上跨铁路的公路、城市道路、人行过道等桥梁，要采取安全可靠的施工安全保障措施和铁路沉降控制措施，设置HA 级钢筋混凝土墙式护栏、防护网（屏、棚）、异物侵限监测系统和视频监控系统等可靠的防护措施；对下穿、上跨的公路与城市道路，必要时设置警告、限速、限高等标志[2]。

3 改扩建市政道路下穿高速铁路设计方案分析

本文以龙江东路（城市主干路）下穿鹰厦铁路、杭深铁路为例。该道路标准宽度为50m，铁路桥跨度为32m，为使现有铁路桥墩得到保护，要求线路和桥墩之间的距离合理，因此要将道路分成两幅，从鹰厦铁路左线桥墩间通过；分四幅从杭深铁路、鹰厦铁路右线桥墩间通过。根据《规程》规定，分析项目涉及线路交叉情况，此次方案共设计三种下穿形式，即桥梁下穿、桩板结构、路基下穿，从三者中对比选出最佳设计方案，以确保建设效果充分满足预期要求。

3.1 改扩建市政道路路基下穿高速铁路

该方法是利用桥下空间直接搭建路基，与桥梁下穿、桩板结构相比，该形式的道路填土层荷载、路面结构层荷载等，都会通过地基附加应力直接作用到桥梁路基上，导致桥墩发生位移。根据《规程》可知，有砟轨道墩台顶横纵位置均要控制在3mm 以内，如若超过该数值便会增加轨道变形风险，为列车行驶埋下安全隐患。对此，《规程》对路基下穿方案作出严格规定，即地基土基本承载力应超过180kPa，填筑高度低于1m，且禁止用高压旋喷桩处理地基。项目地勘资料表明，该场地表层素填土下方存在较厚淤泥，地质条件较差，如若选用路基下穿方案，则需要加固土体，将会影响铁路桥梁正常使用。

3.2 改扩建市政道路桥梁下穿高速铁路

龙江东路的梁底标高为11.4m，地面标高为5.3m，鹰厦铁路东孚左线梁底标高为12.7m，地面标高为6.0m，其与右线相交处的梁底标高为11.2m，地面标高为5.1m。因施工要求与道路改扩建后存在差异，桥下净空高度设定为6m，最佳状态下，龙江东路与三条铁路交叉处的设计标高分别为5.4m、6.7m 和5.2m，为与324 国道平顺相接，设计标高应低于设计标高。如若选用整体现浇箱梁，大部分支座和梁体埋入土内，将会影响耐久性，不利于后期检修；如若选用预制结构梁，不但耐久性受到影响，且梁片也无法标准化施工，因此该方案被排除[3]。

3.3 改扩建市政道路新建桩板结构下穿高速铁路

该结构是介于桥梁和路基之间的结构形式，包括下部钢混桩基和上部钢混承载板，可充分利用板土、桩土间的共同作用，在下穿工程桩基、铁路桥梁桩基间净距符合规定的前提下，降低钻孔桩对铁路产生的影响。在桥梁下穿形式不满足要求的情况下，可优先选用桩接板梁的方式。

对此，根据上述的三种下穿结构形式，综合分析利弊后，选择采用桩板结构。并对不同线位的桩接板梁下穿形式进行深入对比选择，两种方案的参数对比如表1 所示，方案比选如表2 所示。

表1 下穿铁路方案参数对比表

表2 下穿铁路方案比选表

在道路工程涉铁段，设计要点如下。

一是路面设计。选用沥青混凝土路面，按照交通运输部颁发的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017），确保设计方案与施工技术符合要求；粗集料应洁净、表面粗糙、干燥；细集料应无风化、无杂质，且有适当的颗粒级配；沥青混合料的矿粉应采用憎水性石料，经过研磨后制成矿粉；原石料内的泥土、杂质应剔除干净，确保矿粉能够自由地从仓内流出，其质量满足《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）。

二是路基边坡防护设计。一方面，要完善边坡设计基础资料，根据不同地质情况进行工点设计，从路线控制设计出发，合理设定边坡高度，探寻符合地质、地形条件的设计方案；另一方面，防护形式选择生态防护，与周围自然环境相协调，采用当地植物资源，贴近大自然，在确保路基边坡稳定的基础上，还要满足环保与景观要求，以植物防护为主，工程防护为辅。该项目设计范围内均为填方边坡，高度低于3m，坡率按照1∶1.5 填筑放坡，采用植草护坡，在坡脚临近水塘处设置浸水路堤[4]。

三是软基处理设计。该段为淤泥质土，层厚在2.4～10.4m 之间，为提高软弱土层承载力、降低差异沉降，根据地质条件与施工技术特点，选用水泥搅拌桩处理，软土处理深度均值为14m，桩径为0.55m，桩体间距为1.5m，采用正三角形布置。水泥型号选用P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45～0.55。上述设计参数应在深层搅拌桩施工前，以试桩方式确定。

4 改扩建市政道路交通及附属设施设计

在市政道路改扩建施工后，相应的交通与附属设施也要随之调整。调整方式与道路的设计等级直接相关，首先要明确道路改造的等级，其次要充分利用原有设施，最后在此基础上进行优化设计，以充分满足城市化发展要求。具体如下。

一是交通标志标线。其作用是为道路使用者传达道路与交通状况，应坚持简洁明确的设计原则，采用玻璃钢材料制作标志牌、沿线悬挂标志、路面墙体标志等，并根据道路等级设置相应的标志线；交通标线设置在道路路面层，一般选用耐久性好、耐水性强的材料，以乳白色漆为主，便于提高标线辨识度，帮助道路使用者快速识别和分析。

二是交通栏杆。其作为一种障碍物，设置在公路两侧起到防护作用，栏杆端头设置成圆头或者外扩形，提高端头的安全性和稳定性；不同型式栏杆之间应进行过渡处理，以免因过渡不平缓而影响交通；栏杆设计应根据公路等级、防撞等级、现场条件等因素而定，确保所选设计、施工方案符合实际。

三是交通信号灯、路灯。信号灯通常采用悬臂式结构，下方与路面的高度应超过道路规定的净空要求，立柱内边缘禁止侵入道路安全带；路灯设计根据《城市道路设计规范》（CJJ 37—90），高度多为8～12m 之间，间距25～35m，单侧或双侧布设，可根据实际需求选择悬臂或者悬链结构。

5 改扩建市政道路下穿高速铁路相关注意事项

在下穿高速铁路建设过程中，涉及诸多环节，且工程量较大，对施工人员的技能和素质提出了严格要求，还要做好现场材料管理、质量管理、安全管理等工作，明确相关注意事项，使工程顺利高效地完成。措施如下。

一是重视材料管理。在工程开始前和施工期间，如若发生材料来源变动，应对材料来源、质量、数量以及存储条件等进行检查，尤其是在沥青路面施工的供料和收料期间，应保持不同规格碎石颗粒组成的一致性，确保沥青混凝土的矿料级配始终处于设计范围内。

二是在施工期间，工程质量检验的内容、标准均要满足现行规范的相关要求。当检查结果与规范不符时，应追加检测数量，深入剖析原因，采取解决对策，使各道工序的质量指标都能满足设计要求，在此前提下开展后续作业，以免不合格产品影响工程的整体质量和施工进度。

三是注重施工安全保障。在高空作业区地面划出禁区，并以竹篱笆加以围挡，悬挂“闲人免进”“禁止通行”等警示牌；基坑开挖阶段，应根据水文、土质与开挖深度等指标，选择安全的边坡坡度并做好支撑防护；爆破作业前，制定安全技术操作规范，要求作业人员持证上岗，并禁止穿着易产生静电的衣物；在施工便道设置警示标志，必要时设置专人维护、指挥交通[5]。

6 结语

综上所述，当前城市改扩建道路工程数量不断增加，当发生线路交叉情况时，多采用下穿形式在高速铁路桥梁的桥墩之间通过，道路开挖深度较大，桥墩施工后差异沉降值接近容许值，需要选择合理的设计方案，使桥体稳定性得到保障。对此，设计者应完善项目地勘资料，从常用的桥梁下穿、路基下穿、桩板结构下穿等形式中选出最佳方案，尽量减少对铁路桥梁的影响，实现长久稳健运营。