黃海龍

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

0 引言

高速鐵路具有高速度、高舒適度、高安全性和高密度連續(xù)運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn),要求軌道結(jié)構(gòu)具有持久穩(wěn)定的高平順性，為減少運(yùn)營(yíng)期間的干擾因素，高速鐵路大多按照高架形式進(jìn)行建設(shè)。當(dāng)新建城市道路與既有高速鐵路高架線路交叉時(shí)，高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)與之交叉的市政道路建設(shè)提出了嚴(yán)要求，如何削減或消除市政道路建設(shè)過程中對(duì)既有高速鐵路(下部橋墩)產(chǎn)生的影響，并采取有效的工程技術(shù)措施成為人們關(guān)注的重點(diǎn)[1]。本文以福州市南江濱東大道下穿既有福廈高鐵為案例，闡述該節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中所涉及的影響因素及采取的工程技術(shù)方法。

1 項(xiàng)目概況

福州市南江濱東大道北起魁浦大橋，向南止于璧頭，新建路線全長(zhǎng)約3330m，紅線寬度為50m，為城市主干道，設(shè)計(jì)速度為50km/h道路，北側(cè)為閩江，南側(cè)為規(guī)劃城市用地，在K5+986處下穿既有福廈高鐵51#、52#、53#橋墩。該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)既有一般新建市政道路的特點(diǎn)，又涉及高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的交互影響。

下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)處道路設(shè)計(jì)橫斷面(初始設(shè)計(jì)橫斷面)如圖1所示。

圖1 初始設(shè)計(jì)橫斷面

下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)平面(初始設(shè)計(jì)平面)如圖2所示。

圖2 下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)平面

2 削減對(duì)既有高鐵橋墩的影響因素分析

在本研究中，福廈高鐵與南江濱東大道交叉的三個(gè)既有橋墩成為該設(shè)計(jì)方案考慮的出發(fā)點(diǎn)與切入點(diǎn)。從市政道路建設(shè)對(duì)高速鐵路安全營(yíng)運(yùn)的幾個(gè)影響因素著手展開分析，具體如下：

(1)道路的平面、橫斷面布置因素

道路平面在該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)如果按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)斷面布設(shè)，只是純粹的對(duì)高鐵橋墩進(jìn)行綠帶包裹，在斷面寬度上雖能勉強(qiáng)布設(shè)，但將犧牲道路沿江側(cè)的人行慢道系統(tǒng)，造成市政道路功能缺失。且福廈高鐵52#墩沿江側(cè)邊緣與南江濱東大道機(jī)動(dòng)車道安全凈距過小，難以滿足高速鐵路的相關(guān)要求(安全凈距≥2.0m)。

(2)道路的縱斷面、路基填挖高度因素

道路在該節(jié)點(diǎn)的縱斷面設(shè)計(jì)，除滿足相關(guān)的規(guī)劃標(biāo)高外，還應(yīng)綜合考慮道路設(shè)計(jì)標(biāo)高與3個(gè)既有福廈高鐵橋墩承臺(tái)之間高差關(guān)系，大幅的路基開挖或過大的填高都會(huì)對(duì)現(xiàn)有福廈高鐵橋墩產(chǎn)生不利的側(cè)向壓力。但因南江濱東大道外側(cè)為防洪堤，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)高與水利資料，該下穿節(jié)點(diǎn)的道路設(shè)計(jì)填高約為4.3m。

(3)道路各類管道開挖、敷設(shè)產(chǎn)生的影響

市政道路的雨、污等管線往往埋深較高，管線所處的橫斷面位置、管線開挖敷設(shè)的過程都將對(duì)既有福廈高鐵橋墩及樁基產(chǎn)生較大的影響。南江濱東大道包含新建雨水管、污水管、電力管、通信管、給水管、燃?xì)夤艿裙芫€工程。

(4)石方爆破影響因素分析

市政道路路線與既有福廈高鐵路線交叉的一定范圍內(nèi)，市政道路石方采用的開挖、爆破工藝將對(duì)既有福廈高鐵橋墩的安全及穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。該項(xiàng)目距離福廈高鐵約460m處存在一處石方開挖段落。

(5)交通設(shè)施影響因素分析

道路綠帶緣石對(duì)既有高鐵墩臺(tái)的包裹難以實(shí)現(xiàn)墩臺(tái)與道路通行車輛間的硬隔離，在道路投入運(yùn)營(yíng)后，如何有效保護(hù)既有高鐵墩臺(tái)免受通行車輛的撞擊成為至關(guān)重要的考量因素。

(6)行車荷載對(duì)既有鐵路墩臺(tái)的影響

道路投入運(yùn)營(yíng)后，超載(重車)車輛運(yùn)行對(duì)既有高鐵墩臺(tái)產(chǎn)生的沖擊影響。

3 削減或消除影響的工程技術(shù)方案分析

福廈高鐵的橋墩為既有構(gòu)筑物，應(yīng)主要從當(dāng)前南江濱東大道道路設(shè)計(jì)與施工的工程技術(shù)方案、工程工藝措施上著手，提出削減或消除影響方法。

3.1 總體線形方案比選

南江濱東大道下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)，在道路線形的設(shè)計(jì)上有如下3種思路：

(1)避：即在新建道路線形走向上采用避開福廈高鐵橋墩的思路，但避行方案將引起道路路線的大范圍調(diào)整，不切合實(shí)際。

(2)旋：即通過旋轉(zhuǎn)南江濱東大道與既有福廈高鐵線形的斜交角來滿足道路線形與橋墩的合理凈距，該方案也將對(duì)道路原線形做出一定幅度的調(diào)整，代價(jià)較大。

(3)擴(kuò)：即在南江濱東大道下穿該節(jié)點(diǎn)3個(gè)既有橋墩時(shí)，道路主路從福廈高鐵51#、52#、53#橋墩中間穿行，道路兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道及人行道則從51#、53#橋墩外側(cè)繞行的線形方案，如圖3所示。該“魚腹形”方案以最小的代價(jià)保證了道路主路線形的平順，也滿足了道路邊界與福廈高鐵既有橋墩邊緣間的合理凈距，道路功能齊全、線形調(diào)整范圍小，推薦該總體方案。

圖3 下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)推薦平面設(shè)計(jì)方案

圖4 橋梁結(jié)構(gòu)形式斷面方案

3.2 下穿橋墩節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式比選

3.2.1常規(guī)路基結(jié)構(gòu)形式穿越節(jié)點(diǎn)方案

路基結(jié)構(gòu)形式穿越節(jié)點(diǎn)方案，指采用常規(guī)土石方挖填、壓實(shí)工藝形成穩(wěn)固的路基來穿越既有福廈高鐵。為減少施工中對(duì)橋墩的影響，應(yīng)制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方案，并采用保護(hù)性施工方案。即在機(jī)械施工前，沿著承臺(tái)周邊1m的距離打入DN50cm的鋼管，露出地面1.5m左右，用2m高鐵皮綁扎在鋼管上，將橋墩封閉，在鐵皮上涂刷反光漆。路基采用YZ18-T壓路機(jī)對(duì)稱分層填筑、碾壓，每層厚度不大于30cm施工。承臺(tái)處人行道路基采用人工夯實(shí)。邊坡處外填5m，避免路基對(duì)墩柱產(chǎn)生側(cè)向土壓力。

路基結(jié)構(gòu)雖造價(jià)較低，但因該節(jié)點(diǎn)處道路填高為4.3m，過大的填高易對(duì)現(xiàn)有鐵路橋墩產(chǎn)生不均勻側(cè)向壓力，對(duì)橋墩穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，且采用土方覆蓋現(xiàn)有橋墩墩身，不利于橋墩的日常檢修與維護(hù)。

3.2.2橋梁結(jié)構(gòu)形式方案

為確?，F(xiàn)有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定及日常檢查、養(yǎng)護(hù)維修方便，提出該下穿節(jié)點(diǎn)處采用橋梁形式代替路基結(jié)構(gòu)，橋梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼T梁橋(1×25m)，橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)。采用橋梁結(jié)構(gòu)可將上部荷載轉(zhuǎn)移至橋臺(tái)處進(jìn)行集中受力，并通過橋臺(tái)將荷載向下傳遞至樁基。相比路基結(jié)構(gòu)形式，橋梁可通過適當(dāng)加大跨度將受力區(qū)與現(xiàn)有高鐵橋梁墩臺(tái)有效錯(cuò)開，形成與高鐵橋墩相對(duì)獨(dú)立、互不干擾的受力系統(tǒng)。

經(jīng)綜合比選，推薦該節(jié)點(diǎn)市政道路采用橋梁結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。

3.3 下穿橋墩節(jié)點(diǎn)的管道設(shè)計(jì)

南江濱東大道下穿既有福廈高鐵是一個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)，市政道路管道的挖槽敷設(shè)、運(yùn)營(yíng)期間管道出現(xiàn)的滲漏等都會(huì)對(duì)高速鐵路橋墩穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)從管道的設(shè)計(jì)、施工等各方面進(jìn)行考慮，主要為：

(1)該節(jié)點(diǎn)處管道與現(xiàn)有橋墩間的位置擺放

雨、污排水管因管徑大、埋置深且一旦發(fā)生滲漏影響重大，是應(yīng)該重點(diǎn)處理的管線部分。為減少影響，該類敏感管線穿過該節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量擺放在現(xiàn)有相鄰鐵路橋墩的中間位置，如圖5所示。

(2)管道挖槽敷設(shè)工藝選擇

對(duì)于埋深較淺(1m～2m)的雨水管，可采用開挖施工。為減少雨水管道開挖對(duì)鐵路橋墩柱的影響，在開挖線溝槽兩側(cè)采用拉森IV型鋼板樁支護(hù)，鋼板樁打入深度為開挖深度2～3倍，如圖6所示。

圖6 雨水管道支護(hù)開挖方案

而對(duì)于埋置較深(約6.0m)的污水管，仍采用開挖工藝將面臨深基坑支護(hù)、降地下水位等難題，且易對(duì)鐵路樁基穩(wěn)定造成威脅，從鐵路樁基安全及工程經(jīng)濟(jì)綜合考慮，推薦采用泥水平衡式頂管的施工方法進(jìn)行施工[2]，如圖7所示。

圖7 污水管道頂管開挖方案

(3)節(jié)點(diǎn)處各類管道保護(hù)措施

對(duì)穿越該節(jié)點(diǎn)的敏感類管線，應(yīng)在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采取加固保護(hù)措施。管道D1400鋼筋混凝土污水管外圍采用d2000鋼筋混凝土套管保護(hù)，保護(hù)長(zhǎng)度為鐵路邊線外側(cè)各20m；給水管采用DN400鋼管，壁厚9mm，外加DN700鋼筋混凝土管套管，壁厚70mm，最小管頂覆土1.0m；用地側(cè)電力排管采用鋼筋混凝土箱涵進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)長(zhǎng)度為鐵路邊線外側(cè)各20m。

3.4 臨近高鐵橋墩節(jié)點(diǎn)部分的石方開挖設(shè)計(jì)

在既有福廈高鐵北側(cè)約460m處為南江濱東大道的石方開挖段落。根據(jù)鉆探資料計(jì)算，該段落石方開挖的工程數(shù)量如表1所示。

表1 石方段落開挖工程量表 m3

臨近高鐵橋墩節(jié)點(diǎn)部分的石方開挖段落位置，如圖8所示。

圖8 臨近高鐵橋墩節(jié)點(diǎn)部分的石方開挖段落位置

為減少石方開挖對(duì)現(xiàn)有福廈高鐵的影響，在該段落石方開挖時(shí)采用分類開挖工藝。在開挖工藝上謹(jǐn)慎選擇，考慮石方段落與高鐵現(xiàn)有橋墩僅460m距離，常規(guī)的爆破工藝與控制爆破對(duì)現(xiàn)有高鐵產(chǎn)生的影響不可控，經(jīng)技術(shù)分析論證，為最大限度地減少對(duì)既有高鐵的影響，推薦該石方段采用靜態(tài)爆破工藝，具體分類如下：

(1)對(duì)表面層軟石類采用液壓鎬挖掘機(jī)破碎工藝，如圖9所示。

圖9 液壓鎬挖掘機(jī)破碎工藝

(2)對(duì)具有臨空面的路基工程次堅(jiān)石、堅(jiān)石類部分采用靜態(tài)破碎施工方法，如圖10所示。

圖10 靜態(tài)破碎施工工藝

(3)而管道溝槽施工開挖較深、開挖寬度較窄且位于中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖層，缺少靜態(tài)破碎臨空面，經(jīng)綜合分析，推薦該部分采用礦山巖石切割技術(shù)逐級(jí)開挖施工，如圖11所示。

圖11 礦山巖石切割工藝

臨近高鐵橋墩節(jié)點(diǎn)石方路基段落，采用靜態(tài)破碎和巖石切割的施工方法，安全有效，符合《鐵路安全管理?xiàng)l例》中規(guī)定，且優(yōu)于控制爆破。

3.5 節(jié)點(diǎn)處交通安全防護(hù)工程設(shè)計(jì)

為盡量消除道路通車后對(duì)鐵路產(chǎn)生的安全隱患，采用在新建橋梁混凝土墻式防撞護(hù)欄側(cè)面涂刷立面標(biāo)記反光漆[3]，如圖12所示，并在行車道設(shè)置振蕩標(biāo)線等提示、警示減速裝置。

圖12 在混凝土墻式防撞護(hù)欄側(cè)涂刷反光漆

4 結(jié)語

隨著我國交通的快速發(fā)展，不同交通方式間的交叉穿越逐漸增多。當(dāng)新建市政道路下穿既有高速鐵路時(shí)，高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)市政道路的建設(shè)提出嚴(yán)要求。本文以福州市南江濱東大道下穿既有福廈高鐵節(jié)點(diǎn)為案例，結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，從該下穿節(jié)點(diǎn)道路的線位設(shè)計(jì)、斷面布局、跨越節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式、管道開挖與保護(hù)工藝、臨近節(jié)點(diǎn)石方開挖工藝及節(jié)點(diǎn)的交通安全防護(hù)等方面做了分析與探討，提出了一套削減對(duì)既有高鐵影響的技術(shù)方案，為今后類似工程提供理論與實(shí)踐借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐珂.高速公路下穿既有運(yùn)營(yíng)鐵路施工技術(shù)及安全控制研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2013.

[2] 王子，林圣坤.市政道路下穿既有鐵路施工方案探討[J].四川建筑, 2017(08): 222-224.

[3] 榮永啟，孫高峰.城市市政道路下穿高速鐵路設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)——以鄭州市107輔道快速化工程為例[J].綠色交通，2017(01): 197-198.