下穿高速公路設計方案研究

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1工程背景及工程概況

國內交通建設發展日新月異，新建鐵路下穿高速公路路基越來越多。根據下穿高速公路埋深和路基結構形式，鐵路下穿常采用隧道和頂進框架橋兩種方案。高速公路為路塹，埋深較深時常采用隧道方案；高速公路為路堤，埋深較淺時常采用頂進框架橋方案。本案湘桂鐵路下穿全興高速公路路堤設計方案即采用頂進框架橋方案。湘桂鐵路永柳段設計為雙線客貨共線鐵路，設計時速200km/h預留250km/h。鐵路在DK233+503處下穿全興高速公路路堤，與高速公路交角為75°。全興高速公路設計時速為100km/h，路面寬度為26.0m。DK233+503頂進框架橋處軌面標高為166.626m，頂板標高為175.536m。在高速公路與鐵路交叉處有一孔4.0×3.5m蓋板涵（交通涵），該涵洞斜穿湘桂鐵路。

2下穿全興高速公路設計方案及優缺點

2.1設計方案

因鐵路下穿高速公路路堤，設計方案采用1-14m×9.2m的框架橋下穿全興高速公路。框架橋順線路全長39m（每側各延長3m），垂直線路長度16m，框架頂面積為623.52m2（38.97*16），鐵路凈高為7.76m，凈寬為14m。永州端頂板距高速公路路面為1.24m，柳州端頂板距高速公路路面為1.92m。施工采用管幕鋼盾構中繼頂進法頂進。

2.2優點

頂進框架橋法在鐵路上屬于成熟的施工工法，其原理是利用機械設備的頂推力，將預制好的橋涵結構主體，頂推穿越既有建筑物或既有結構設施下伏土體的一種施工方法。廣泛應用于無法封閉交通，需下穿公路或鐵路，具有對既有交通影響小、減少土方開挖量、少占地等優勢。

2.3缺點

①投資大、成本高：本案頂進框架橋主體混凝土方量達1.73萬方，鋼筋320噸，設計概算總額達1850萬元。因工期緊張，需增加頂進設備和勞動力，成本分析施工完成該方案需2080萬元，預計虧損230萬元。投資大、成本高，如按照該方案施工，該工點將會出現虧損。②工期不能滿足要求：業主要求三個月完成下穿全興高速頂進框架橋，按照正常工期需要150天，工期不能滿足要求。③安全質量難控制：因頂進前進方向有一斜交涵洞，頂進過程中需鑿除混凝土結構，容易偏位、栽頭，出現安全質量問題。④埋深太淺需增加加固措施：框架橋頂板距離高速公路路面僅有1.2m，高速公路公司要求必須采取加固措施，方允許施工。設計方案擬采取架設軍便梁加固，措施費用高。

3設計方案優化

3.1方案探討

因頂進框架橋方案投資大、成本高，工期又滿足不了要求，有必要對設計方案進行優化。頂進框架橋頂板距離高速公路路面僅有1.2m，設計方案采取在頂進框架橋兩側挖孔樁支墩，左右幅路面主體結構均采用軍用梁滿鋪的鋪蓋順作法施工，保證每幅通行12m寬（2車道）通行能力。軍用梁均采用單層加強型六四式軍用梁，跨度分別為24m和28m，28m。可見，按該設計方案，頂進前需要分車道封閉施工支墩架設軍便梁防護。既然需要分車道封閉，我們可以永臨結合，分幅封閉車道，在封閉車道上挖孔樁，孔樁上不在架設軍便梁，而是在樁基礎上施工蓋梁，直接架設預制箱梁。半幅橋面施工完后，再施工另半幅橋面，最后將橋下路基填土挖走。可見，采用公路立交橋上跨鐵路，既不用頂進框架橋，又可節約工期和投資。（圖4）

3.2優化方案對比

根據擬定的優化方案，我們對采用公路立交橋上跨鐵路方案進行了對比。①方案初步設計：公路立交橋上跨鐵路需采用1×16m+1×25m+1×25m箱梁，箱梁左右幅共30片。下部結構采用三柱墩，基礎和墩柱整體設計，采用準1.5m孔樁，左右幅共24根挖孔樁，平均深16米。施工采取車道分流方案，半幅施工半幅通車，人工挖孔。箱梁在鐵路路基上預制，墩臺施工完成后，架設預制箱梁，施做橋面。②經濟效益比較：采用公路立交橋上跨鐵路方案，工程量少，施工簡單，初步概算金額約1000萬元，相比頂進框架橋設計方案節約900萬元。從經濟效益來看，公路立交橋成本可控，具有盈利空間，而頂進框架橋方案為虧損方案，經濟效益顯著。③安全可控性對比：采用公路立交橋上跨鐵路方案，施工工藝簡單，且直接跨過老涵洞，安全風險小。相比頂進框架橋設計方案，需考慮頂進栽頭、頂破路面和切割老涵洞困難等安全風險，安全可控，優勢明顯。④工期對比：因箱梁采用預制，采用公路立交橋上跨鐵路方案關鍵工序為挖孔樁，挖孔樁半幅為12根，擬同時開挖，10天可開挖完成，全部完成約80天，可以滿足業主要求工期。

3.3設計方案變更

通過設計方案優化，我們擬對設計方案進行變更。將公路立交橋上跨鐵路方案上報給業主和設計單位，經過研討，初步取得了他們的同意。設計單位要求該方案能通過高速公路管理單位同意，方進行變更設計。通過與高速公路管理局的談判，采用公路立交橋方上跨鐵路方案，安全可靠，且半幅封閉車道，并沒有中斷高速公路通車，對高速公路運營影響不大，同意該方案。經各方同意后，簽到了設計變更，由設計院出變更設計圖。

4優化方案實施效果

4.1施工方案實施

為確保線路的行車安全及施工安全,必須在鉆孔樁作業之前對全興高速公路進行車道分流，并對分流車輛進行限制速。首先封閉右幅高速公路，施工右幅鉆孔樁，同時預制好右幅箱梁。待右幅蓋梁施工完后，架設右幅箱梁，完成右幅橋面系及安全設施后，開放右幅路面并封閉左幅路面。施工左幅鉆孔樁，同時預制好左幅箱梁。待左幅蓋梁施工完后，架設左幅箱梁，完成左幅橋面系及安全設施后，全幅開通。待右幅梁橋開通后，即可開挖右側高速公路路基，全部高速公路路基挖掘到標高，按鐵路路基施工，達到鋪軌條件。整個工點完成共花了86天，滿足了業主工期要求。

4.2實施效果

①經濟效益顯著。采用優化后公路立交橋上跨鐵路方案，批復概算金額為982萬元，業主投資節約868萬元，僅為原投資額的53%。施工單位扭虧為盈，經濟效益顯著。業主方和施工方都較為滿意。②安全可控，社會效益明顯。采用優化后公路立交橋上跨鐵路方案，危險源為挖孔樁施工和高速公路防護，安全可控，整個施工過程無一起安全傷亡事故，得到了業主和高速公路管理單位的贊揚，社會效益明顯。③工期得到保障。采用優化后公路立交橋上跨鐵路方案，施工簡單，工序可控，按業主工期提前4天完成，勝利完成了工期目標。

5結束語

下穿全興高速公路原設計采用頂進框架橋，施工難度大，成本高，通過優化設計方案，變更為公路立交橋上跨鐵路橋。按期完成了立交橋施工，安全順利穿越全興高速公路，取得了良好經濟效益和社會效益。采用公路立交橋下上跨鐵路的方案，其施工簡單方便，成本低，為類似工程提供了參考價值。

作者:曹二方 單位:北京中交四公局鐵路公司