软土地区新建道路铁路设计方案

来源：职称阁分类：建筑论文时间：2020-01-13 09:44热度：

　　基于新建道路对铁路作用肌理的分析，以珠海市某主干路下穿广珠铁路为例，介绍了路基和桥梁两种下穿形式的设计过程。在软土地区，道路下穿对于铁路的影响更为不利，技术要求更为严格。从施工阶段、运营阶段和造价三方面对铁路影响出发，提出对比思路，在项目设计过程中应根据填挖情况、与铁路的距离、软土层厚、铁路净空、工期的要求等因素综合确定可行方案。路基和桥梁均为相对成熟可行的下穿形式，对涉铁道路的设计具有一定的借鉴意义。

软土地区新建道路铁路设计方案

　　关键词：软土地区;新建道路;下穿铁路;填挖;铁路净空;工期要求

　　近年来，随着我国城市化进程的不断加快，铁路、公路交叉，铁路、城市道路交叉已成为不可避免的趋势，市政项目下穿既有铁路的涉铁情况日渐增多。涉铁项目的设计除了要考虑项目本身的设计合理、环境友好、施工安全等因素之外，更要深刻思索新建道路对铁路的影响。涉铁项目设计阶段，须将方案和施工图报铁路部门审查，施工阶段也需要专门的涉铁施工资质。铁路部门审批中则更加侧重分析道路施工和运营阶段对铁路桩基、承台等各部分的影响，铁路的安全是最主要考虑的因素。我国工程和研究人员对道路下穿铁路工程做过较多的研究。邝显聪(2017)[1]以南大干线下穿贵广、京广、广珠存车场走行线三大铁路线路的立交工程为背景，研究了公路下穿既有铁路桥梁及既有路基的过程。认为公路以路基下穿铁路桥的方式是可行的，并且通过力学状态分析，提出施工及运营各阶段中，最不利工况为道路施工过程中列车行车工况。左亚飞(2016)[2]依托金温铁路扩能改造工程，分析了新建公路工程对邻近既有高速铁路桥梁桥上线路状态的影响，提出路堑开挖深度、宽度及路堤填筑高度和宽度对既有铁路有影响，并探讨了减小新建公路工程对既有高速铁路桥梁影响的措施和方法。赵晓娟，程京伟(2016)[3]以东坝南二街跨现状京包铁路东北环线及规划京沈客运专线为例，对道路与铁路交叉的节点方案进行了研究，主要对上跨和下穿两种交叉方式进行对比，探讨如何根据现状地形、地质、道路用地及现场实际情况等的影响选择节点方案。吉军立(2016)[4]结合胜利东路桩板结构工程实例，对道路下穿高铁进行结构安全数值分析，并提出了相应的建议方案和工程措施。王鹏(2014)等[5]以某高速公路与3条既有及在建高速铁路交叉，同时跨越嘉陵江支流工程为例，通过建设条件、结构方案、施工方案、运营管理中可能出现的风险因素调查，对下穿桥进行了风险评估研究。李刚(2014)[6]根据岳阳市京港澳高速岳阳连接线改造工程(白石岭路至随岳高速公路)的实际案例，对道路下穿高铁的情况进行了方案设计，得出采用桥梁下穿高铁方案对高铁桥段影响最小的结论。本文分析了道路对既有铁路的作用肌理，通过分析珠海某主干路的设计方案，提出了两个比较常规的方案并进行了对比分析。选取的项目并不复杂，主要工作在于对涉铁项目设计的经验总结，供后续设计项目参考。

　　1新建道路对下穿铁路影响简析

　　现行行业标准中设计和铁路审批主要参考和遵循的法规为国务院第18次常务会议通过的《铁路安全管理条例》，主要参考的规范为2018年4月1日起实施的TB10182-2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》[7]，目前没有针对普通铁路的专门规范，因而有时下穿普通铁路的标准选定也参照执行。在规程[7]中，明确提出“非岩石地基且高速铁路桥下净空满足设置桥梁条件时，应优先采用桥梁下穿”。在条文说明中指出，采用桥梁结构下穿，可以将荷载通过桩基进行传递，相比桩板结构、U型槽等，可以选择更大的跨径，同时采用标准化制作和工程机械架设的造桥方式，施工阶段对高速铁路的影响更小。路基形式对铁路的影响，根据邝显聪[1]、左亚飞[2]等研究结论，不论是路堤还是路堑，竣工后常规汽车荷载及车辆超载对既有铁路桥梁的影响并不显著，一般均能满足铁路规范中对于位移的限制。因此，更需要注意的是在施工阶段的影响。在路堑开挖的情况下，开挖会对周围土体产生一定的卸载作用，铁路承台、桩基周边的土体应力会产生变化，进而引起土体产生一定的水平位移或沉降。对于群桩承台，由于不同桩基距离路堑的距离不同，群桩受到的附加应力不均匀，进而有可能造成承台的不均匀沉降，导致桥墩沉降和位移，影响列车运营。路堤填筑情况与路堑类似，附加应力对铁路的承台和桩基产生的作用导致不均匀沉降和位移达到一定的程度会对铁路的运营安全产生影响。如果场地软土丰富，还有可能因为土体自身固结产生沉降，或受荷载作用造成侧向挤出变形。而桩周土的沉降会对铁路桩基产生向下的负摩阻力，同时对桩基会有一个水平的推力，两种作用力形成侧向合力，并且不同位置桩基承受的附加应力不同，不均匀沉降要比普通路基更显著。

　　2珠海市某主干路下穿广珠铁路的案例分析

　　2.1项目概况

　　珠海市某主干路，红线宽度50m，道路设计车速为50km/h，道路净空采用5m。道路功能定位为区域主要对外联系通道，断面采用双向8车道。根据线位，道路与广珠铁路交叉一次，交角88°，下穿处为广珠铁路升平大道特大桥直线段(见图1)。广珠铁路是一条既有的纵贯珠三角西岸的铁路，连接广州、佛山、江门、珠海四市，线路全长186.23km，以货运为主，兼顾客运，按国铁I级标准建造，时速120km/h。下穿处每跨跨径均为32.60m，T梁桥。本工程下穿断面采用中分带包裹一处桥墩。桥墩铁路承台覆土约0.6m，承台高度为2.0m，宽度6.1m。桥墩宽度2.4m，桥底板高程8.116m，桥下地面线高程0.9～1.55m。桥梁桩基采用直径1m钻孔桩，顺桥刚度214.2KN/cm，横桥向刚度265.7KN/cm。打入微风化页岩层，桥墩处软土较为深厚。

　　2.2地质条件

　　根据勘察报告，本处主要土层为素填土(厚度1～3.2m)、淤泥层(厚度17.7～20.6m)、粉质黏土(厚度约14.2～18.3m)、全风化花岗岩(厚度3.7～8.8m)，强风化花岗岩(厚度约4～10m)，地下水初见水位埋深0.30～1.70m，稳定水位平均埋深0.77m，场地地下水的环境类别为Ⅱ类，下穿处地震烈度为7度，地震加速度为0.1g(见表1)。

　　2.3方案设计

　　本工程在设计过程中采用了多种方案进行比选，如桥梁结构(钢板组合梁、小箱梁、空心板梁)、U型槽结构、路基下穿等。本工程下穿的铁路虽然不是高速铁路，但铁路保护标准仍参照规程[7]的相关要求执行。桥梁、路基护栏外侧与铁路桥墩净距不宜小于2.5m，结构两端距离铁路桥梁的水平投影外侧垂直距离不应小于20m。采用钻孔桩时，其与铁路桥梁桩基的中心距离不宜小于6倍桩径。2.3.1方案一：桥梁方案桥梁方案采用3×20m简支预应力空心板梁，下部结构采用埋置式桥台，桥墩处采用“钢筋混凝土盖梁+桩基”的形式，桩基采用钻孔灌注桩基础，桩径为1m。全桥按两幅桥设计，横桥向每幅桥桥宽为19.75m，车行道边线距离道路设计中心线6m，横断面布置为(0.25m栏杆)+(4m人行道、非机动车道)+(15m车行道)+(0.5m护栏)=总宽19.75m(车行道靠近道路设计中心线)。桥台距现状铁路净距约25m，桥墩桩基与铁路桩基净距约为9m，单幅桥宽19.75m，梁高(不计铺装层)0.95m(见图2)。考虑到铁路桥下的吊装空间，单幅桥再分成两幅施工，将上部结构的15片梁分成8片和7片，桥台和盖梁在对应位置处设2cm沉降缝。按照先内侧再外侧的施工顺序，先施工内侧中跨，再施工内侧边跨。内侧桥跨完成后运梁车可从内侧梁上通过，接下来再施工外侧桥跨。避免施工运梁车辆距离铁路过近造成沉降或撞击铁路桥梁结构(见图3)。2.3.2方案二：路基方案路基方案应尽量减小填土高度，纵断方案较桥梁方案低，填方控制在1m以内，设计路面距铁路桥梁底约6.1m。软基处理方案，从铁路安全考虑出发，以非挤土类桩体复合地基或轻质路基较为合适。鉴于铁路桥距离现状地面施工净高的空间限制，经过综合比选，高压旋喷桩施工空间需求较低，处理效果能够满足要求，因而本工程采用了高压旋喷桩进行地基处理，2m间距正方形布设，外径为0.5m，桩长18～20m。经计算沉降能够满足要求。为了减弱高压旋喷桩打设过程中对铁路桥台、桩基的附加应力，在铁路承台侧各设置一排隔离桩。由于淤泥丰富，开挖隔离桩之前先采用钢护筒保护，直径1.6m，厚度14mm，深度穿透淤泥层。

　　2.4方案比选

　　本工程截取下穿铁路及过渡段200m范围，从施工阶段、运营阶段和造价三方面进行对比分析(见表2)。在施工阶段，从施工方法和难易度来说，桥梁方案采用分幅吊装，先内后外，施工技术可靠，工艺较为成熟，桥梁方案对铁路的干扰较小，本工程桥台和桩基都距离铁路承台保证了足够宽度，可以认为施工阶段对铁路无影响。道路方案主要由于区域软土深度较深，地基较差，进行高压旋喷桩处理，沿道路纵向延伸旋喷桩过渡段，在铁路承台附近采用挖孔桩进行隔离防护，挖孔桩施工前需接拼打设钢护筒，为保证安全应尽量在列车运行间隙挖孔作业，由于挖孔桩在施工安全方面和工期方面存在不确定因素。因此，建议由经验丰富的铁路施工单位进行施工，并做好安全培训。在运营阶段，道路方案填土、路面结构和车辆运行荷载可能传导一部分应力到既有铁路桩基处，群桩受到不均匀的附加应力可能引起既有承台的不均匀沉降。本工程填方小于1m，对于铁路的影响较小。根据规范[7]中的相应条文及说明，采用桥梁结构下穿，可以将荷载通过桩基进行传递，对铁路的影响最小。在造价方面，整体差异不大，由于桥梁桩基和结构的原因，在本工程建安费方面较路基方案略高。通过对比分析，本工程中以上两种方案都是可行的，鉴于施工条件和铁路受力偏安全考虑采用了桥梁方案。在其他项目实践中，根据涉铁段实际条件的不同，推荐方案的差异较大。由于线位等因素，道路距离铁路较近或软基深度过厚的情况推荐采用桥梁形式。竖向余地较大填土高度低、软弱层厚度相对较小、地下水位较高的情况推荐采用路基方案。

　　3结语

　　新建道路下穿铁路的情况，除常规道路设计考虑因素之外，应将铁路的安全和铁路桥下施工的因素作为重点研究因素。在软弱土层深厚的地区，对于铁路的影响更为不利，对技术的要求也更加严格。在设计方案的比选和确认中，应根据填挖情况、与铁路的距离、软土层厚、铁路净空、工期的要求等因素综合确定。设计过程中还要根据铁路的相关规范加强铁路承台、桥墩、地表及周边构筑物沉降、位移的监测，一旦达到警戒值及时采取相应措施，同时还要提前做好详细的应急预案。随着铁路与公路、市政道路网络的发展和延伸，涉铁项目日益增多，设计需与铁路部门充分沟通，确保道路和铁路的双重安全。

　　参考文献：

　　[1]邝显聪.某城市干线道路施工对下穿铁路桥梁的影响研究[D].广州：广州大学，2017.

　　[2]左亚飞.新建公路工程下穿既有高速铁路桥梁影响的研究[D].北京：北京交通大学，2016.

　　[3]赵晓娟，程京伟.城市道路与铁路立交的节点设计实例及方案比选研究[J].城市道桥与防洪，2016(4)：1-4.

　　[4]吉军立.浅析城市道路下穿高铁的影响与分析[J].工程与建设，2016，30(1)：63-65.

　　[5]王鹏，王美馨，汪宏，等.铁路及洪水影响下的公路桥梁设计与风险评估[J].公路交通技术，2014(4)：80-84.

　　[6]李刚.城市道路下穿高铁方案比选分析[J].广东建材，2014(6)：34-38.

　　[7]TB10182-2017，公路与市政工程下穿高速铁路技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2018.

　　作者：赵海洋单位：上海市政工程设计研究总院

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