下穿高速公路设计方案研究

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1工程背景及工程概况

国内交通建设发展日新月异，新建铁路下穿高速公路路基越来越多。根据下穿高速公路埋深和路基结构形式，铁路下穿常采用隧道和顶进框架桥两种方案。高速公路为路堑，埋深较深时常采用隧道方案；高速公路为路堤，埋深较浅时常采用顶进框架桥方案。本案湘桂铁路下穿全兴高速公路路堤设计方案即采用顶进框架桥方案。湘桂铁路永柳段设计为双线客货共线铁路，设计时速200km/h预留250km/h。铁路在DK233+503处下穿全兴高速公路路堤，与高速公路交角为75°。全兴高速公路设计时速为100km/h，路面宽度为26.0m。DK233+503顶进框架桥处轨面标高为166.626m，顶板标高为175.536m。在高速公路与铁路交叉处有一孔4.0×3.5m盖板涵（交通涵），该涵洞斜穿湘桂铁路。

2下穿全兴高速公路设计方案及优缺点

2.1设计方案

因铁路下穿高速公路路堤，设计方案采用1-14m×9.2m的框架桥下穿全兴高速公路。框架桥顺线路全长39m（每侧各延长3m），垂直线路长度16m，框架顶面积为623.52m2（38.97*16），铁路净高为7.76m，净宽为14m。永州端顶板距高速公路路面为1.24m，柳州端顶板距高速公路路面为1.92m。施工采用管幕钢盾构中继顶进法顶进。

2.2优点

顶进框架桥法在铁路上属于成熟的施工工法，其原理是利用机械设备的顶推力，将预制好的桥涵结构主体，顶推穿越既有建筑物或既有结构设施下伏土体的一种施工方法。广泛应用于无法封闭交通，需下穿公路或铁路，具有对既有交通影响小、减少土方开挖量、少占地等优势。

2.3缺点

①投资大、成本高：本案顶进框架桥主体混凝土方量达1.73万方，钢筋320吨，设计概算总额达1850万元。因工期紧张，需增加顶进设备和劳动力，成本分析施工完成该方案需2080万元，预计亏损230万元。投资大、成本高，如按照该方案施工，该工点将会出现亏损。②工期不能满足要求：业主要求三个月完成下穿全兴高速顶进框架桥，按照正常工期需要150天，工期不能满足要求。③安全质量难控制：因顶进前进方向有一斜交涵洞，顶进过程中需凿除混凝土结构，容易偏位、栽头，出现安全质量问题。④埋深太浅需增加加固措施：框架桥顶板距离高速公路路面仅有1.2m，高速公路公司要求必须采取加固措施，方允许施工。设计方案拟采取架设军便梁加固，措施费用高。

3设计方案优化

3.1方案探讨

因顶进框架桥方案投资大、成本高，工期又满足不了要求，有必要对设计方案进行优化。顶进框架桥顶板距离高速公路路面仅有1.2m，设计方案采取在顶进框架桥两侧挖孔桩支墩，左右幅路面主体结构均采用军用梁满铺的铺盖顺作法施工，保证每幅通行12m宽（2车道）通行能力。军用梁均采用单层加强型六四式军用梁，跨度分别为24m和28m，28m。可见，按该设计方案，顶进前需要分车道封闭施工支墩架设军便梁防护。既然需要分车道封闭，我们可以永临结合，分幅封闭车道，在封闭车道上挖孔桩，孔桩上不在架设军便梁，而是在桩基础上施工盖梁，直接架设预制箱梁。半幅桥面施工完后，再施工另半幅桥面，最后将桥下路基填土挖走。可见，采用公路立交桥上跨铁路，既不用顶进框架桥，又可节约工期和投资。（图4）

3.2优化方案对比

根据拟定的优化方案，我们对采用公路立交桥上跨铁路方案进行了对比。①方案初步设计：公路立交桥上跨铁路需采用1×16m+1×25m+1×25m箱梁，箱梁左右幅共30片。下部结构采用三柱墩，基础和墩柱整体设计，采用准1.5m孔桩，左右幅共24根挖孔桩，平均深16米。施工采取车道分流方案，半幅施工半幅通车，人工挖孔。箱梁在铁路路基上预制，墩台施工完成后，架设预制箱梁，施做桥面。②经济效益比较：采用公路立交桥上跨铁路方案，工程量少，施工简单，初步概算金额约1000万元，相比顶进框架桥设计方案节约900万元。从经济效益来看，公路立交桥成本可控，具有盈利空间，而顶进框架桥方案为亏损方案，经济效益显著。③安全可控性对比：采用公路立交桥上跨铁路方案，施工工艺简单，且直接跨过老涵洞，安全风险小。相比顶进框架桥设计方案，需考虑顶进栽头、顶破路面和切割老涵洞困难等安全风险，安全可控，优势明显。④工期对比：因箱梁采用预制，采用公路立交桥上跨铁路方案关键工序为挖孔桩，挖孔桩半幅为12根，拟同时开挖，10天可开挖完成，全部完成约80天，可以满足业主要求工期。

3.3设计方案变更

通过设计方案优化，我们拟对设计方案进行变更。将公路立交桥上跨铁路方案上报给业主和设计单位，经过研讨，初步取得了他们的同意。设计单位要求该方案能通过高速公路管理单位同意，方进行变更设计。通过与高速公路管理局的谈判，采用公路立交桥方上跨铁路方案，安全可靠，且半幅封闭车道，并没有中断高速公路通车，对高速公路运营影响不大，同意该方案。经各方同意后，签到了设计变更，由设计院出变更设计图。

4优化方案实施效果

4.1施工方案实施

为确保线路的行车安全及施工安全,必须在钻孔桩作业之前对全兴高速公路进行车道分流，并对分流车辆进行限制速。首先封闭右幅高速公路，施工右幅钻孔桩，同时预制好右幅箱梁。待右幅盖梁施工完后，架设右幅箱梁，完成右幅桥面系及安全设施后，开放右幅路面并封闭左幅路面。施工左幅钻孔桩，同时预制好左幅箱梁。待左幅盖梁施工完后，架设左幅箱梁，完成左幅桥面系及安全设施后，全幅开通。待右幅梁桥开通后，即可开挖右侧高速公路路基，全部高速公路路基挖掘到标高，按铁路路基施工，达到铺轨条件。整个工点完成共花了86天，满足了业主工期要求。

4.2实施效果

①经济效益显著。采用优化后公路立交桥上跨铁路方案，批复概算金额为982万元，业主投资节约868万元，仅为原投资额的53%。施工单位扭亏为盈，经济效益显著。业主方和施工方都较为满意。②安全可控，社会效益明显。采用优化后公路立交桥上跨铁路方案，危险源为挖孔桩施工和高速公路防护，安全可控，整个施工过程无一起安全伤亡事故，得到了业主和高速公路管理单位的赞扬，社会效益明显。③工期得到保障。采用优化后公路立交桥上跨铁路方案，施工简单，工序可控，按业主工期提前4天完成，胜利完成了工期目标。

5结束语

下穿全兴高速公路原设计采用顶进框架桥，施工难度大，成本高，通过优化设计方案，变更为公路立交桥上跨铁路桥。按期完成了立交桥施工，安全顺利穿越全兴高速公路，取得了良好经济效益和社会效益。采用公路立交桥下上跨铁路的方案，其施工简单方便，成本低，为类似工程提供了参考价值。

作者:曹二方 单位:北京中交四公局铁路公司