城市道路下穿高速铁路桥梁设计施工关键技术研究

发表时间：2020-05-12T03:53:08.743Z 来源：《建设者》2020年4期 作者： 丁宁 程立新[导读] 因此还应对道路施工、运营期间对既有铁路的影响进行安全性分析检算。中国建筑土木建设有限公司华北公司 北京 100000

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市交通行业有了很大进展。新建城市道路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，且既有监测数据显示高速铁路桥墩工后差异沉降值已接近规范容许值，因此选择合理的设计施工方案为本工程关键技术。工 程设计中，通过压缩道路横断面控制卸载量，同时增加桥下配重的方式来控制产生的附加差异沉降; 施工过程中，通过分层分段对称开挖，并及时施做桥下配重，来控制每段工序产生的附加差异沉降; 施工过程中及施工完成后，通过监控量测监测每道工序的实际变形值，并制定相应的预警、报警值以保证高铁运营的安全。 关键词：高速铁路桥梁；差异沉降；容许值；关键技术 引言

随着铁路网和公路网的不断延伸，公路与铁路交叉工程日趋增多。 作为国家运输的大动脉，为保证铁路运营的安全性和旅客的乘车舒适度，城市道路工程与其交叉时，必须采取稳妥可靠的交叉方式、结构形式及施工方法。由于现阶段并没有相关的规范定量地指出在城市道路施工期间，因临近既有铁路施工而影响铁路力学性能的相关指标， 因此在相关城市道路工程实施时，难以准确地体现道路施工及运营是否对铁路正常运营带来安全隐患。因此在进行与铁路交叉的道路设计时，应全面调查铁路现状，充分考虑道路的施工条件、机具配置及工程规划；同时，由于铁路对沉降位移较为敏感，因此还应对道路施工、运营期间对既有铁路的影响进行安全性分析检算。 1道路下穿高铁位置的选择

新建道路路线与已建或运营中高速铁路交叉跨越时，应选择在现有高速铁路桥梁地段的较高桥墩和较大跨径处下穿。应尽可能地调整道路线位，使得道路路线与高铁路线接近垂直或垂直，从而使得道路 与既有桥墩距离最大。道路较宽时，应分左右幅在高铁桥梁两跨的中间通过。应选择地形较平缓、起伏变化小，地质条件相对较好，对高 铁运营影响较小的位置穿过。 2工程概况

魏永路按城市主干路标准设计，道路红线宽 60m，设计速度为60km/h，下穿京沪高铁范围内全线位于直线段。道路自西向东以 3.0% 的下坡穿越京沪高铁，然后以 3.35% 的上坡至原地面，两侧分别设置鹅头坡。道路最低点设置在京沪铁路东侧，距离京沪高铁桥梁外边缘 的距离约为 21.0m。横断面具体布置为 :3.0m( 人行道 )+4.0m( 非机动车道 )+2.0m( 隔离带 )+8.5m( 机动车道 )+2.0m( 隔离带 )+8.5m( 机动车道 )+2.0m( 隔离带 )+4.0m( 非机动车道 )+3.0( 人行道 )。魏永路在京沪高铁北京特大桥 D319 ～ D320 两桥墩之间通过，交角为 69°。区段以桥梁形式通过，该处桥梁为 (32+48+32)m 连续梁，边支座中心线至梁端 0.6m，梁全长 113.2m。梁高沿纵向按二次抛物线变化，中支点梁高 3.5m，边支点及跨中梁高 2.5m，中跨跨中直线段长 8.4m，边跨直线段长 12.8m。桥墩采用双线圆端桥墩，基础均采用钻孔桩基础。 3道路下穿高速铁路设计方案的确定

（1）“Ｕ”形槽下穿高铁的设计方案。穿越区域工程地质状况较好，路基填土在２ｍ以下，地基持力层能满足“Ｕ”形槽的地基承载力要求时，首选“Ｕ”形槽下穿高速铁路设计方案。“Ｕ”形槽采用钢筋混凝土结构，分为 3 ～ 4 节，每节 15 ～ 20 ｍ，共长 60 ｍ。“Ｕ”形槽具有以下作用：1）可避免采用一般路基设计时，大型机械平整场地、路基填筑和压实施工过程中，引起临近高铁桥桩产生负摩阻及相应的扰动影响，对高速铁路桥梁基础产生不良影响；2） 道路建成后，路基自重和过往的车辆荷载直接作用在“Ｕ”形槽上， 通过“Ｕ”形槽传递到地基上，可使地基均匀受力；3）“Ｕ”形槽内可填筑轻型材料，减小对地基承载力的要求。（2）桥梁方式穿越高速铁路的设计方案。当穿越区域地质状况差，尤其是地基存在软弱下卧层，且路基填土较高在 2 ｍ以上时，应选用桥梁方式穿越高速铁路的设计方案。由于高速铁路对桥梁墩台基础工后沉降值要求较高，墩台均匀沉降≤ 20 ｍｍ，相邻墩台沉降差≤ 5 ｍｍ。在这种情况下，首选桥梁方式穿越高速铁路的设计方案。桥梁可一跨穿越， 跨径应≥ 30 ｍ，上部结构可采用预应力Ｔ梁或小箱梁，下部结构采用桩柱式桥台。桥梁具有以下作用：1）能确保下穿工程在建设期间

不影响既有铁路的安全；2）建成后结构自重和车辆荷载均通过新建 桥梁桩基作用在远离既有高铁桥梁桩基的位置，因此对高铁桥梁产生 的影响均较小。 4有限元计算分析

（1）有限元模型建立。采用通用有限元分析软件 ABAQUS 进行模拟。道路施工主要在 D319 和 D320 之间，为了研究道路施工对京沪高铁桩基沉降以及相连桥梁之间沉降差值的影响，计算范围选取D317 ～ D322 号桥墩，模型宽度 214m，深度 92m，深度范围为桩底以下30m。土体采用摩尔—库伦模型模拟土的本构关系，桥梁基础采用线弹性模拟，桥梁上部结构荷载以局部载荷形式加载模拟，土体水平 四周边界采用水平约束，底边界采用固结约束。利用前面所确定的分 层土的地质参数和土体计算模型尺寸，可建立三维空间有限元模型。 首先将既有京沪高铁桥梁结构物按现状作为基本初始状态，计算土层 的初始应力状态，然后在初始应力状态下模拟计算。计算过程模拟土 体的分部开挖和路面施工回填过程。（2）有限元计算结果分析。合监 测数据和考虑施工附加沉降影响后，D317 ～ D322 号墩的最大不均匀沉降差为 4．482mm，满足《高速铁路设计规范》(TB10621 － 2009) 规范限值要求。 5施工关键技术研究

为减少道路施工给铁路桥梁安全带来的不利影响，下穿结构施工应严格按照铁路要求进行。（1）铁路桥下施工，须严格注意防止设备、 材料等对铁路桥墩和梁体的损害，特别注意铁路安全及自身施工安全。

（2）施工期间，吊装作业的大型机械设备或重型机械设备，不可靠近 铁路桥墩，不可在铁路桥墩侧地基上行走碾压。（3）施工时，注意车 辆进出路径及大型设备的操作规则，避免发生损害铁路梁体及桥墩的 事件。（4）桩基施工时采用旋挖钻机以减少震动对既有铁路桥梁基础 周边土体的扰动。（5）施工完成后，施工单位应及时清理施工区一切 临时建筑物、施工机具、器材等设施。（6）施工及运营期间应设置必 要交通标志、标线、安全警示标志等设施。 结语

综上所述，城市建设规划中不可避免地会遇到市政道路横穿高速 铁路桥的情况，通过研究分析新建道路下穿高速铁路桥时设计施工引起的差异沉降，制定了设计施工的关键技术，同时施工过程中通过对 桥进行监测，以确保尽可能少地影响既有高铁运营安全。根据施工过程中监测数据与计算数据对比分析，实测数据与计算数据基本吻合， 本工程计算模型得到验证，同时为以后类似工程提供了宝贵的经验。 参考文献

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