市政道路下穿高铁设计关键技术研究与应用实践——以佛山市高明区下穿珠肇高铁市政道路设计方案为例

王 芹

（广东省铁路规划设计研究院有限公司 广州 510062）

0 引言

随着我国高速铁路网规划建设逐渐完善，越来越多的高速铁路穿越城市建成区，市政道路无可避免地需要下穿高速铁路，如何合理设计市政道路下穿高铁方案，将对高速铁路施工或安全运营产生重大影响。特别是对于市政道路与高速铁路同步规划建设时，市政道路下穿高速铁路设计方案是一个多目标、动态寻优的过程。项目前期可通过一体研究、同步设计、联动优化，寻求合理的最优设计方案，以使下穿道路对高铁项目施工或运行影响最小。文章对市政道路下穿高铁设计关键技术进行研究分析，结合佛山高明区规划的珠肇高铁项目，提出了珠肇高铁3 处下穿节点道路关键技术设计方案及论证过程。

1 市政道路下穿高铁设计关键技术分析

1.1 下穿方案及适用条件

根据市政道路下穿高铁桥下净空、路段地质条件、水文条件、桥梁结构安全、施工安全等多方面因素影响，参考《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程：TB 10182—2017》［1］，市政道路下穿高速铁路主要有以下几种形式［2］：

⑴桥梁结构下穿。当下穿路段工程地质为非岩石地基，且高速铁路桥下净空足够，能满足建设桥梁条件时，应优先考虑桥梁下穿。道路桥梁桩基一般都采用钻孔桩，并保证钻孔桩与高速铁路桩基保持一定安全距离，在桩基承台基坑开挖前需要对高速公路桥梁采取安全防护措施。由于考虑了桩基施工作业安全距离，并做好了安全防护，有效降低了桥梁施工对高速铁路桥墩的影响。

⑵路基下穿。当高速铁路桥下净空通行高度满足要求，且具备良好的工程地质条件，土基承载力大于180 kPa，且路基填筑高度小于1 m时，可优先考虑采用路基方式下穿。路基下穿的优点是施工方便，且节约了工程造价；缺点是道路荷载对铁路桥墩影响大。

⑶桩板结构下穿。当高速铁路桥下净空满足通行高度，但不具备桥梁下穿条件，且工程地质条件一般时，宜优先考虑采用桩板结构下穿。桩板结构仍然要保证与铁路桥梁一定距离，桩板结构边缘投影线不得侵入高速铁路桥梁承台。桩板结构可以有效减少道路荷载对铁路桥墩的影响。

⑷U 型槽结构下穿［1］。当高速铁路桥下净空高度有限，不满足通行高度要求，但是工程地质状况较好，路基填土高度小于2 m，且地基持力层承载力足够大，能满足“U”形槽的地基承载力要求时，宜采用“U”形槽下穿。“U”形槽结构底板可以分散路基结构荷载对桥墩的影响，但不能忽视附加荷载对桥墩的影响，同时，地下水及路基沉降对“U”形槽存在影响。

市政道路下穿高铁方案适用条件与优缺点分析如表1所示。

1.2 线形方案设计技术要点

下穿高铁节点位置与下穿路段平面线形、纵向标高、横断面布置关系复杂。道路线形规划设计中，需充分掌握下穿点的工程地质、水文条件、高铁线形设计方案、桥墩位置、桥梁结构设计方案等资料，分析下穿高速铁路的可行性与合理性，选定切实可行的最优路线方案［3］。要遵循以下设计要点：

⑴平面设计方案要点。道路线位设计应首先保证与铁路桥墩的安全距离，减少道路施工对高铁桥墩的影响。因此，在选择下穿线位时，应尽量选择较大跨径处下穿，宜居中布置，尽可能大角度交叉，不占压高铁桥墩承台。应结合道路规划线形线位、与高铁承台空间距离、高铁桥墩防撞设施设置的空间需要等，分析下穿路段线位科学性、合理性，优化平面线形。满足《城市道路路线设计规范：CJJ 193—2012》［4］相关要求。

⑵竖向设计方案要点。道路净空设计需满足市政道路行车安全限界的要求，应选择在高速铁路较高桥下净空下穿，不得影响铁路正常运行。要充分考虑地面高程、高铁桥梁梁底高程、桥墩承台顶面高程等关键高程控制点，合理确定下穿处道路设计高程［5］，做好下穿道路竖向设计。

⑶填挖方设计技术要点。在保证道路平纵线形基础上，应尽量降低挖填深度与高度，以减少对铁路桥墩的卸载或堆载作用。填方路堤对高铁桥墩桩基产生的负摩阻力可能引起高铁桥墩下沉；挖方路堑容易引起高铁桥墩桩基顶部荷载不均衡，出现偏载现象，如果开挖较深，可能会引起高铁桥墙上浮。

1.3 路基设计技术要点

路基设计方案的关键是路基处理，要根据道路沿线地形、地貌、地质、水文、气象等资料，本着因地制宜，就地取材的原则，选择合理的路基处理方式。一般路基地基采取清表回填夯实处理方法；浸水路基处理一般采用挖除换填、水泥搅拌桩等方法处理；软土路基处理一般采用挖除换填、排水固结法、搅拌桩处理等处理方法，若高铁局部桥梁承台己立，需综合考虑软士厚度，考虑地基处理方式是否会对桥墩有影响，必要时采用桩板结构［6］。岩溶路基需要考虑岩溶发育情况，一般采用注浆处理或板桩结构进行处理［7］。

1.4 防护设施设计要点

为防止机动车冲撞铁路桥墩，保障铁路运营安全、道路行车安全，需设置铁路桥墩防护，护栏防撞等级和防护形式的设计要点如下：

⑴护栏的防护等级应在《公路交通安全设施设计规范标准：JTG D81—2017》［8］的规定的基础上提高一个等级，且不应低于六（SS）级，即可以采用SS 级或HA 级。且设置长度应沿铁路线路安全保护区宽度向外延长20 m［9］。

⑵铁路桥墩防护形式有桥墩围蔽式防撞护栏和道路路侧式防撞护栏两种设置形式。一般采用道路路侧式防撞护栏，但有些道路需要开口，为满足不同方向行车对桥墩的防护需要，可采用铁路桥墩围蔽式防撞护栏，该种形式适合道路与高铁同步建设，且高铁桥墩尚未架设横梁。

基于上述设计要点，考虑到高铁沿线下穿节点采用统一的防撞等级标准，本文研究的下穿珠肇高铁的3处节点防护设施设计方案均采用双侧SS级防撞护栏，下文案例方案研究将不再作详细技术方案研究分析。

2 下穿珠肇高铁市政道路工程基本概况

2.1 珠肇高铁工程概况

珠肇高铁全线位于广东省内，线路自深江铁路区间引出，经江门、佛山、肇庆，终至珠三角枢纽机场站（与广湛铁路合设），预留向西延伸至南宁方向、向北延伸至肇庆东站方向、向南延伸至珠海方向。铁路等级为高速铁路；设计速度350 km/h；正线数目为双线；正线线间距5.0 m；最小曲线半径一般为7 000 m，困难条件下为5 500 m。

2.2 下穿道路工程概况

珠肇高铁与佛山高明区下穿高铁道路同步规划建设，途径杨和镇北部豸岗片区和荷城街道西安、三洲片区（南片），与珠肇高铁线位交叉的路段共有16 处，有快速路、一级公路、主干道、次干道、支路等不同等级路段。本文重点选择下穿珠肇高铁具有典型意义的西江大道、明西路、和悦北路等3处道路进行设计方案研究（见表2）。

表2 下穿珠肇高铁典型市政道路主要技术指标Tab.2 Main Technical Indexes of Typical Municipal Roads Underpassing Zhuzhao High-speed Railway

3 下穿节点设计方案研究

3.1 西江大道设计方案

⑴下穿方案选择。采用桥梁结构下穿。本基目属于西江大道中的一段，西江大道下穿珠肇高铁。主要控制点有珠肇高铁梁底设计标高、河堤及规划路净空。珠肇高铁桥下净空13.6 m，上跨规划路净空≥4.5 m，满足行车要求。同时，考虑到下床净空及本道路需要跨越杨梅河，综合考虑控制点标高，选择桥梁结构下穿珠肇高铁。

⑵线形设计技术方案。西江大道下穿珠肇高铁高明河特大桥右线4#～10#桥墩，与铁路夹角为68.79°；下穿珠肇高铁高明特大桥73#～77#桥墩，与铁路夹角为67.74°；下穿珠肇高铁高明河特大桥左线6#～10#桥墩，铁路夹角为66.70°。车行道距离承台间距≥0.65 m，距离桥墩间距≥3.04 m。综合来看，线位方案与高铁交叉角度较大，且道路与桥墩承台间有一定安全距离。

⑶路基设计方案。该路段为软土路基，表层以填土、中砂、淤泥质粉质黏土、硬塑粉质黏土为主，软土厚约2～8 m，下覆基岩桩处理，软土厚度小于3 m 地段软土路基段采用挖除换填普通土后夯填密实，边坡采用C25 混凝土轻型排水槽+铺设草皮防护（见图1）。

图1 软土路基搅拌桩设计横断面与剖面Fig.1 Cross Section and Section of Mixing Pile Design for Soft Soil Roadbed

3.2 和悦北路设计方案

⑴ 下穿方案选择。采用路基下穿。高速铁路桥下净空净空≥11.89 m，满足通行高度，地质条件经过处理具备良好的条件，考虑到路基下穿方式造价低、施工方便。因此，该道路下穿方案选择路基下穿。

⑵ 线形设计方案。和悦北路右线下穿珠肇高铁高明河特大桥右线30#～31#桥墩，与铁路夹角为82.15°；下穿珠肇高铁高明特大桥97#～98#桥墩，与铁路夹角为69.42°；下穿珠肇高铁高明河特大桥左线31#～32#桥墩，与铁路夹角为71.08°。和悦北路左线下穿珠肇高铁高明河特大桥右线31#～32#桥墩，与铁路夹角为79.91°；下穿珠肇高铁高明特大桥98#～99#桥墩，与铁路夹角为74.65°；下穿珠肇高铁高明河特大桥左线32#～33#桥墩，与铁路夹角为79.38°。车行道距离承台间距≥0.11 m，距离桥墩间距≥3.11 m。

⑶路基设计方案。浸水软土路基，表层以淤泥质粉质黏土、粗砂、软塑粉质黏土为主，软土厚约8～10 m，下覆基岩为灰岩弱风化，部分钻孔揭露溶洞，溶洞埋深大于25 m，地表水与地下水发育。水塘路基段道路两侧设置临时围堰后抽水后采用搅拌桩处理，塘底至塘埂处回填砂砾石，塘埂以下边坡采用浆砌片石护坡+墁石基础（见图2）。

图2 挖除换填设计Fig.2 Design for Excavation and Replacement

3.3 人盛路设计方案

⑴下穿方案选择。采用桩板结构下穿。综合考虑高速铁路桥下净空和路段地质条件，同时，珠肇高铁的桥墩已施工，为尽可能减小道路施工对桥墩影响，本道路采用桩板结构。

⑵线形设计方案。人盛路下穿珠肇高铁高明河特大桥右线21号～22号桥墩，与铁路夹角为46.41°；下穿珠肇高铁高明河特大桥左线19 号～20 号桥墩，与铁路夹角为57.61°；下穿珠肇高铁高明特大桥87 号～88号桥墩，和铁路夹角为57.40°。车行道距离承台间距≥0.49 m，距离桥墩间距≥3.77 m，净空≥12.24 m。

⑶ 路基设计方案。浸水路基，表层以填土、中砂、淤泥质粉质黏土、硬塑粉质黏土为主，软土厚约3～6 m。下覆基岩为灰岩弱风化，地表水与地下水发育。岩溶见洞率约80%，覆盖层厚度约12 m，溶洞平均厚度为2.5 m，溶洞横向跨度大于30 m，厚跨比小于0.8，溶洞项板不稳定，岩溶路基采用注浆处理。浸水路基段道路两侧设置临时围堰后抽水，挖除换填砂砾石，塘底至塘埂处回填砂砾石，塘埂以下边坡采用浆砌片石护坡+墁石基础，如表3、图3所示。

图3 岩溶路基桩设计横断面Fig.3 Cross Section Diagram of Karst Road Foundation Pile Design （m）

表3 下穿珠肇高铁典型市政道路设计技术方案Tab.3 Technical Scheme of Typical Municipal Road Design for Underpass Zhuzhao High-speed Railway

4 总结

下穿高速铁路的市政道路工程设计阶段，要根据穿越路段工程地质与水文条件、高铁桥墩空间位置、高速铁路设计技术材料等，同时综合考虑节约造价、施工条件等因素，合理选择技术设计方案，使整体方案达到最优可行，并将对高速铁路的影响降至最低。本研究对市政道路下穿高铁的下穿结构、线形线位、路基处理、防护设计方案等关键技术设计要点进行了系统性研究分析。其中：市政道路下穿结构需要考虑桥下净空、地质条件、施工工艺等，平面线形方案要确保道路布置合理、交通流畅，并提供足够的视距和横向通行空间，此外，还需要考虑与高铁桥梁、涵洞等结构的协调配合；路基处理方案应综合考虑地质条件、土壤承载力等因素，确保路基的稳定性和安全性，必要时，可以采取加固措施，如地基处理、加固桩等来增强路基的承载能力。为确保高铁运营和市政道路交通的安全，必须在下穿区域设置相应的防护设施，如护栏、防撞墙等。这些设施应符合相关标准，能够有效地防止交通事故的发生，并减轻事故造成的影响。此外，新建路基下穿既有高速铁路桥梁改变土层的原始应力场和位移场，进而引起邻近既有高铁桥梁的不均匀变形［10］，因此还应全面调查铁路现状，充分考虑道路的建设施工条件，对下穿设计方案进行合规性审查以及施工工况的安全评估，保证铁路的变形沉降值满足文献［1］要求［11］。有必要的情况下，可以增加柔性隔离墙［12］，减少对高铁的影响。

本文结合佛山市高明区下穿在建珠肇高铁市政道路进行技术分析，表明本文提出的系统性技术设计要点具有一定的应用价值，可以为同类项目提供参考借鉴。