新建高速铁路下穿高速公路的设计与防护

关宇驰

（中国铁路设计集团有限公司，天津市300140）

0 引 言

随着近些年我国高速铁路的快速发展建设，高速铁路在建设中与既有公路的交叉跨越情况越来越多，跨越形式越来多样化，高速铁路与其他铁路、公路交叉宜采用高速铁路上跨的方式，减少以后高铁运营中其他道路对高铁运营的干扰，困难条件下，受地形地貌等因素控制，必须采用高速铁路下穿时，应采取安全可靠的防护措施。本文以某新建高铁项目与既有高速交叉的实例，分享高铁下穿高速的些许经验。

1 立交设置原则和形式[1-5]

立交设计原则根据TB10621—2014《高速铁路设计规范》规定：

高速铁路与其他铁路、公路交叉应按全立交设计；

高速铁路与其他铁路、公路交叉宜采用高速铁路上跨的方式，困难条件下经经济技术比选采用高速铁路下穿时，应采取安全可靠的防护措施。

在建高铁与既有高速交叉点作为路线关键控制点，经过上跨和下穿方案的详细论证和经济技术指标分析，最终确定采用高速铁路下穿既有高速的方式通过。根据新建高速铁路项目与相交道路的设计原则和JTG D20—2017《公路路线设计规范》规定公路上跨铁路的设计原则：

公路跨线桥的跨径与净高必须符合1435 mm标准轨距铁路建筑限界的规定；

公路跨线桥及引道的排水系统应自成体系。跨线桥桥面雨水不得直接排至铁路建筑限界范围内；

公路跨线桥设置防撞护栏、防落网和异物检测网；

保证公路跨线桥跨越铁路段落为直线或大半径曲线；交叉角度宜为垂直交叉，跨线桥纵坡不大于3.5%；

交叉范围平纵指标应符合公路主线的一般性要求，不得降低技术指标，视距必须满足停车视距的要求。

2 新建高速铁路下穿既有高速

2.1 工程概况

新建高铁与既有高速公路交叉角度78°5′，相交路段高速公路设计速度100 km/h,路基宽度26 m，双向四车道，为填方路基段，高约3 m，既有高速公路在加宽处远期规划为双向八车道，加宽范围为K1+118～K1+228，全长110 m，加宽按双向八车道加宽，两侧各加宽8 m，见图1。

在新建高速铁路与既有高速公路交叉处设置1—16.35 框构桥，该桥上部为现浇板结构，下部为桩墙形式，基础为钻孔灌注桩。

图1 新建高铁与既有高速公路交叉平面图（单位：m）

2.2 高速平纵横断面设计

平、纵面维持既有高速公路现状，

既有高速公路远期有拓宽规划，为确保公路拓宽施工时不对铁路框构和铁路安全造成危害，公路拓宽要与桥梁工程同步施工横断面加宽向外顺接既有路拱横坡。

既有高速公路现状为双向四车道，路基宽26 m，中分带宽2.0 m；根据远期规划，本次设计考虑将路基由双向四车道加宽至双向八车道，两侧各加宽8 m。横断面布置形式（见图2）如下：

图2 既有高速改建前后标准横断面（单位：cm）

（1）既有路标准横断面布置

0.75 m（土路肩）+3.0（硬路肩）+2×3.75 m（行车道）+0.75 m（路缘带）+2.0m（中央分隔带）+0.75 m（路缘带）+2×3.75 m（行车道）+3.0 m（硬路肩）+0.75 m（土路肩）=26.0 m。

（2）主线加宽标准横断面布置

0.75 m（土路肩）+3.5（硬路肩）+4×3.75 m（行车道）+0.75 m（路缘带）+2.0 m（中央分隔带）+0.75 m（路缘带）+4×3.75 m（行车道）+3.5 m（硬路肩）+0.75 m（土路肩）=42.0 m。

2.3 铁路建筑限界

根据《铁路技术管理规程》（高速铁路部分2014 版）第14 条一切建（构）筑物、设备，均不得侵入铁路建筑限界。与机车车辆有直接互联设备，在使用中不得超过规定的侵入范围。以及TB 10621—2014《高速铁路设计规范》中3.3.6 条的规定，跨越高速铁路的立交桥下净高，应符合直线地段正线不应小于7.25 m,本节点属于正线范围且铁路平面为直线，本设计桥下预留净空为7.7 m，满足铁路净空要求。客运专线铁路建筑限界见图3。

2.4 安全设施设计

2.4.1 安全设施标准断面布置

交通安全设施除高速常用的交通标志、标线、护栏、隔离栅、防眩设施、轮廓标等以外，由于跨越高速铁路，需增设防抛网和异物监测网，由于框构桥上方最薄填土2.2 m，故防抛网和异物监测网均按设置在路基段进行设计。

在加宽部分外侧设置两道SS 级混凝土护栏，护栏间隔2.2 m，中间设置防抛网和异物监测网，两网间隔1.1 m 为检修通道，见图3。防抛网和异物监测网通常在桥梁段设置，与桥梁护栏锚固相连，路基段设计尚属首次，故考虑防抛网和异物监测网的稳定性和安全，故在路基段预埋混凝土基础安装预埋件，进行防抛网和异物监测网的安装，见图4、图5。

图4 防抛网和异物监测网基础平面图（单位：mm）

图5 A-A 断面图（单位：mm）

2.4.2 防抛网设计

高速铁路行车速度快，密度大，在公路跨越高速铁路时，有物体散落，会造成严重的后果，为防止发生落物事件，本设计上跨道路在铁路路堑范围内均设置防抛网，根据《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2017）9.2.3 中的规定，防抛网距离桥面高度不低于2.5 m，本工程设计为2.59 m，满足要求。采用网孔为5 mm×5 mm 的钢网。所有金属部件表层进行热镀锌处理。

2.4.3 异物监测网设计

（1）监测网设置位置要求

根据《中国铁路总公司关于完善高速铁路桥梁附属检查设施和改进异物侵限现场监测装置安装方式的通知》（铁总运[2014]127 号）以及《中国铁路总公司关于完善高速铁路桥梁附属设施有关工作的通知》（铁总建设[2014]143 号），监测网设置位置要求如下：

对新建跨越既有高速铁路的道路桥梁，异物侵限现场监测装置应直立安装在道路桥梁外侧桥面的顶面。

防灾异物监测网安装于防抛网外侧，防抛网长度应大于异物侵限监测装置的长度，二端各伸出不小于1 m；并且，公跨铁桥两侧的竖直防抛网两端各开1 处防灾维护检修门。

（2）监测网安装长度说明

公跨铁桥与铁路线路的关系见图6。

图6 公跨铁立交桥与高速铁路线路斜交（钝角）

结合桥梁分幅、车辆分行、桥梁孔跨等情况，综合核算防灾监测网总长度，同时满足机动车来车方向监测网长度为距最外侧轨道外侧不小于表1 中Lt（长度m）。

表1 异物侵限监测装置设置表

异物侵限监测装置的长度（L），按以下公式计算：

式中：H 为从钢轨轨面至公跨铁立交桥桥面的高度；g 为重力加速度；上式中的10.9 为经过计算得出的当大型汽车超速并冲出公跨铁立交桥护栏后的初始速度，单位m/s。

2.5 路基设计

2.5.1 过渡段处理

本工点铁路框构桥采用钻孔灌注桩桩墙+ 现浇顶板施工，未对桩墙（既框构边墙）外高速公路路基进行挖除，故框构外侧既有高速公路路基不再进行处理，仅对路桥过渡段位置加宽路基进行处理。本工程加宽路基路桥过渡段按渡段底部长度为6 m，纵向倒梯形边坡坡率自下而上为1∶1考虑，过渡段范围内路基采用6%灰土填筑，压实度不小于96%。

2.5.2 新老路路基搭接

对于新老路路基搭接采用挖台阶+ 路床填筑0.8 m 厚碎石+铺设土工格栅搭接处理。

首先清除既有路基边坡0.3 m 厚的边坡表土和新建路堤部分地面表土，然后沿边坡开挖台阶，坡脚自下而上开挖台阶至路床顶面，每级台阶宽度不小于1 m，开挖一阶及时填筑一阶。开挖至既有路时，将原土路肩挖除，并从土路肩向路中心线侧超挖2 m 宽。

路基填筑至路床底部位置时，铺设一层双向土工格栅，其上铺设0.8 m 碎石至路床顶部。

2.6 框构设计及施工组织

2.6.1 框构结构形式

（1）框构形式

框构采用1 孔16.35 m 钢筋混凝土框构，斜交78°5′布置，顶板厚1.2 m，边墙厚1.6 m，底板厚

0.9 m，框架内设计净高10.12 m，

框架总高度12.22 m。框构下部按照路基基床设计。

（2）地基处理

本桥内部按照铁路路基基床标准施工，出入口挡墙基底设计应力为238.876 kPa，挡墙基底采用CFG 桩，桩顶回填级配碎石进行地基处理。处理后的地基承载力不小于250 kPa。

（3）材料

混凝土：桩墙、底板采用C40 混凝土，顶板采用C45 混凝土；挡墙采用C30 混凝土.

钢筋：HRB400 钢筋，HPB300 钢筋。

（4）下部结构

本桥桩墙采用钻孔灌注桩，桩基共72 根，桩长30～34 m，桩径1.5 m。框构内部结合基床混凝土设置0.9 m 厚框构底板。

（5）上部结构

本桥顶板采用现浇施工。

（6）防护工程

钢板桩对道路进行防护，钢轨桩在框构内设置横撑，减少两侧桩基变形。

（7）框构排水设计

下穿既有高速公路的框构入口及出口顶部设置0.3m 高帽石，框构顶面设置人字形桥面排水坡，排水坡坡度1%，桥面水直接排入京沈路堑边沟内。

2.6.2 框构小桥施工组织

框构小桥施工工艺流程为：高速公路路基拓宽→高速公路导改→沿公路方向做钢轨桩防护→施工钻孔桩→浇筑桥面盖板→铺装桥面→公路导改→施工公路另一幅钢板桩防护及钻孔桩→浇筑桥面盖板→铺装桥面→公路恢复双向四车道通车→开挖铁路路堑→桩间填缝、抹面→施工路堑内道床→施工其他工程→竣工验收、通行。

2.7 高速公路倒改

施工期间交通疏导方案的制定主要是解决框构小桥施工期间，既有高速通行问题，本项目采用半幅断路施工客运专线主体，恢复道路主体后将通行改回原道路。为保证既有高速公路的正常通行，框构小桥分左右幅分别施工。先行封闭高速公路右幅车道，进行右幅框构小桥施工；右幅施工完成，具备通行条件后，开放右幅，然后再封闭左幅，进行左幅框构小桥施工。

2.8 接触网防护措施

新建高铁轨面设计高程211.03 m，既有高速公路下接触网采用单立柱方式，支柱在高速公路范围之外，桥下接触网带电体距轨面高度最高处为7150 mm（此处隧道口接触网正馈线需抬高转入隧道顶部悬挂，带电体最高设计高度为7150 m），接触网带电体最高设计高程218.18 m，顶板底设计高程218.726 m。带电体距离顶板底高度为546 mm。满足距带电体距离不小于500 mm 要求。

既有高速公路路面设计高程221.45 m，接触网带电体最高设计高程218.18 m。带电体距离既有高速公路路面的高度为3.27 m，能够保证路上行车、行人的安全。

根据《某铁路局供电处关于电气化铁路采用预绞式铠装护线条的函》（供网函〔2015〕36 号）规定，在跨线桥下接触网、附加导线加装贯通的预绞式铠装护线条，两端出口承力索上的绝缘套管分别向外延伸5 m。

2.9 接地

根据铁路综合接地系统的要求，距接触网带电体5 m 范围内的金属构件和需要接地的设施、设备应接入综合接地系统，主要是桥上的栏杆及防灾专业设置的防护网如在带电体5 m 范围内需要接地，可采用50 mm2的铜线将栏杆、防护网就近与综合接地系统设置的接地端子连接。桥梁本身的接地通过自身的桩基础进行接地，不需要与综合接地系统进行连接。

2.9.1 一般铁路上跨桥梁接地设计

（1）在公路上跨铁路桥桩柱墩垂直于线路方向的一侧，距地面+20 cm 处，设一个不锈钢接地端子，与桥墩中的接地钢筋相连，做与综合接地系统连接之用。

（2）防落网立柱角钢预埋件、水平防灾网预埋件均需与护栏内接地钢筋焊接，接地钢筋可适当调整位置，使其能较好的与水平防灾网预埋件焊接。

（3）每个墩柱顶与梁片的接地端子位置预埋接地端子，并与墩柱中结构钢筋焊接。

（4）公路上跨铁路桥仅铁路线通过桥孔的梁、墩设综合接地。

2.9.2 防异物侵限设备接地

（1）同侧安装支架采用热镀锌扁铁进行等电位连接，热镀锌扁铁与安装支架牢固连接，热镀锌扁铁横截面积不小于200 mm2。支架法兰盘及热镀锌扁铁连接处采用截面积不小于50 mm2的多股铜线沿线缆引下钢管至上跨铁路的道路桥梁桥墩底部与就近综合接地端子连接或与贯通地线采用T型压接方式连接。

（2）现场控制器内部接地端子应采用截面积不小于50 mm2的多股铜线与就近综合接地端子连接或与贯通地线采用T 型压接方式连接。

（3）各接地线连接端子牢固可靠，地线连接处进行防腐、防护措施，露出地面时采取防护。

（4）异物侵限现场监测设备地线连接后，进行接地电阻检测，接地电阻不得大于1Ω。

3 结语

目前，高铁在建项目有很多，大多与既有高等级公路存在交叉点，交叉方案的选择，既要考虑技术经济的可行性，又要考虑建成运营后公路和铁路的运营安全，本文仅就某新建高速铁路与既有高速公路交叉方案得出分享一些经验，希望对类似项目有一定的借鉴意义。