论文部分内容阅读
摘要：既有城市道路下穿铁路立交的改造有其特殊要求。本文介绍了无锡市新华路下穿珠江路工程，该工程为既有道路下穿沪宁铁路、沪宁高铁的改造工程，改造后下穿城市道路，并为远期地铁穿越预留空间。重点阐述了立交的平纵横、排水、防水、围护工程的设计，总结了此类工程的设计要点，可供相似工程参考。
关键词：城市铁路立交设计 U型槽结构改造工程
无锡市新华路（京杭运河以西名为震泽路）横穿京沪高铁、沪宁铁路，是连接无锡太湖新城、新区的重要通道。新华路下穿沪宁铁路立交已于2008建成，新华路往东下穿滬宁铁路后起坡与珠江路平交。沪宁高铁（原名为沪宁城际铁路）无锡新区站位于珠江路，新华路和珠江路是进出沪宁高铁新区站的重要通道，为避免两条道路之间的相互干扰、减少交通延误、提高通行能力、完善站前区域的交通组织，实施新华路下穿珠江路立交工程，并对既有新华路下穿沪宁铁路、沪宁高铁立交进行改造。本工程区域位置图见图1。
图1 工程区域位置图
1.工程概况
1.1现状立交
既有新华路下穿沪宁铁路处为分离式顶进框架箱型结构，机动车道与非机动车道纵断面不同，东西向引道为两阶梯重力式挡墙结构。沪宁高铁立交为两跨连续梁桥结构上跨新华路，钻孔灌注桩承台基础，其中中墩及承台设置在新华路中分带内。下穿通道采用路面下铺设的盲管系统进行收水。
1.2工程地质条件
根据勘察揭示，场地土层主要为第四纪冲湖积相沉积，在勘察深度范围内可分为6个工程地质层（亚层）。
①层素填土，软塑，均有揭露、普遍分布。厚度0.50～5.80m、平均2.95m。
②1层粉质黏土，可塑，分布较普遍，厚度1.00～4.60m、平均2.76m。
②2层粉质黏土，软塑，均有揭露、普遍分布，厚度0.80～2.50m、平均1.68m。
③层粉土，稍密为主，局部中密，均有揭露、普遍分布。厚度1.90～5.10m、平均3.32m。
④层粉砂，饱和，中密～密实，均有揭露、普遍分布。厚度3.30～10.90m、平均8.89m。
⑤层粉土，中密，局部勘察孔钻穿，厚度2.50～14.30m、平均10.27m。
⑥层粉质黏土，可塑～硬塑，局部勘察孔有揭露，厚度6.60～7.20m、平均6.90m。
1.3技术标准
道路等级：主线-城市主干I；辅道-城市主干路III；设计车速：主线-60km/h；辅道-30km/h；通行净空：主线5.0m；非机动车及人行通道2.5m；设计荷载：地面活荷载标准按公路－Ⅰ级；通道排水标准：降雨重现期P=5a；地下构筑物抗浮安全系数： Kf≥1.05；防水等级：二级防水。
2.立交设计
2.1总体设计
新华路下穿珠江路处采用2x净12.45m框架结构，顶板厚度0.75m，侧壁厚0.8m。珠江路方向为轨道3号线区间隧道预留空间，箱体底板厚度取用1.2m，同时在箱体范围内采用水泥土搅拌桩进行地基加固，加固厚度3m，为避让隧道盾构施作空间，工程桩沿新华路方向的最大间距为16m。该处断面如图2所示。
图2 珠江路立交框架断面(单位cm)
新华路与沪宁铁路箱体相接处，为阻隔该区域丰富的地下水，拆除原立交引道重力式挡墙结构，而采用封闭的U型槽结构形式。U型槽侧壁与箱体耳墙对齐，由于原沪宁铁路箱体两端耳墙处无结构底板，因此，在耳墙对应位置植筋新做底板，以此来和U型槽段底板相接。
新华路与沪宁高铁桥梁相接处，新建的U型槽结构与高铁立交桥桥墩承台相接。其横断面如图3所示。
图3 沪宁高铁立交桥处断面(单位cm)
通道其余区段均采用U型槽结构形式，结构埋深较大，本区域地下水位较高，结构自重无法满足抗浮要求，故采用钻孔灌注抗拔桩。结合本工程土层情况，桩径取用0.8m，桩长在12～20m，根据节段的抗浮要求而区分不同桩长及数量。
2.2纵断面设计
新华路改造后先后下穿沪宁铁路、沪宁高铁及珠江路，纵断面设计需要满足现状沪宁铁路箱体、沪宁高铁跨线桥、珠江路箱体处机动车车道5.0m、非机动车道2.5m通行净空的要求。通道最小纵坡为0.35%，以利于纵向排水。主线最大纵坡4%，以满足设计车速的要求。沪宁高铁桥墩承台的位置较高，且承台宽出新华路中分带，设计时在该区域采用调整路面铺装厚度的方法来过渡。
2.3排水设计
立交排水设计结合了截、封、排三种措施。
1）立交终点处利用纵断面的反坡点，对通道立交以外的路面雨水进行截留。主线最大纵坡段处设置横截沟，减少路面雨水的漫流。
2）沪宁高铁跨线桥与珠江路相距约120m，该段平均标高在-3.0（黄海高程，下同），地下水丰富，常水位在1.6左右，如采用常规盲管系统排水，立交排水泵站运营费用较大。设计采用U型槽结构形式以阻隔地下水，排水泵站仅需排除U型槽内雨水及路面冲洗水，管理及维护费用大大降低。
3）通道部分区段纵坡较小，道路横坡设为2%，侧边沟盖板采用密排篦子形式，既加快路面雨水的排除，又便于疏通。侧边沟在沪宁铁路箱体段处接入原雨水管排向泵房。
2.4防水设计
本工程采用封闭的箱体+U型槽结构，为达到二级防水要求，采取主体防水设计（钢筋混凝土结构自防水为根本）和节点防水设计（施工缝、变形缝、穿墙管、转角等节点细部结构防水为重点）相结合，并辅以附加防水层加强防水的多道防线综合治理的体系。
结构采用C35防水混凝土，抗渗等级为P8。为降低渗漏的风险，减少结构接缝的数量，U型槽分段长度为36m，节段间设2cm变形缝。在采用外贴式橡胶止水带、中埋式钢边橡胶止水带及高模量聚氨酯密封胶内嵌缝等复合防水措施。
图4 接沪宁高铁桥墩承台处防水设计图(单位mm)
U型槽接沪宁高铁桥墩承台处（图4），由于跨线桥与U型槽存在沉降预期，在承台周边植筋新做1m宽底板后，按不设剪力键的变形缝进行防水设计。结合工程经验，在底板背水面增设反扣槽钢作为渗漏水的排水通道接入侧边沟，并预埋二次注浆管留做结构沉降稳定后的修补预案。U型槽接沪宁铁路箱体处，也采用相似的防水设计。
2.5围护工程设计
本工程涉及沪宁铁路、沪宁高铁两条铁路大动脉，围护工程设计须以安全、稳妥为主旨。因新华路沿线高压线下安全净距要求，SMW工法机具无法作业，主体结构围护采用钻孔灌注排桩+高压旋喷桩止水帷幕。因沪宁高铁跨线桥下净空限制，部分位置采用高压旋喷桩密排，内插粗钢筋的形式作为支挡形式。
接沪宁铁路箱体处，为防止基坑降水引起箱体倾覆，对沪宁铁路箱体下地基进行压密注浆加固处理，然后进行高压旋喷桩围护结构的施工，再实施基坑降水及开挖。压密注浆压力、高压旋喷桩浆体压力等参数根据现场试验及对沪宁铁路箱体的变形观测而确定，高压旋喷桩采用均匀跳打，并在铁路宽度方向应由近及远顺序施打。施工期间在基坑外侧设置水位观测井及回灌井，作为施工安全预案。
3.结语
本工程是既有铁路立交的改造工程，制约条件较多，设计结合工程实际情况，重点关注改造工程与既有铁路箱体的平纵面关系，制定经济有效的排水设计方案，建立全方位的防水体系，采取较为稳妥周全的结构设计及围护施工方案，施工及运营情况良好，可作为今后相似工程的参考实例。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：城市铁路立交设计 U型槽结构改造工程
无锡市新华路（京杭运河以西名为震泽路）横穿京沪高铁、沪宁铁路，是连接无锡太湖新城、新区的重要通道。新华路下穿沪宁铁路立交已于2008建成，新华路往东下穿滬宁铁路后起坡与珠江路平交。沪宁高铁（原名为沪宁城际铁路）无锡新区站位于珠江路，新华路和珠江路是进出沪宁高铁新区站的重要通道，为避免两条道路之间的相互干扰、减少交通延误、提高通行能力、完善站前区域的交通组织，实施新华路下穿珠江路立交工程，并对既有新华路下穿沪宁铁路、沪宁高铁立交进行改造。本工程区域位置图见图1。
图1 工程区域位置图
1.工程概况
1.1现状立交
既有新华路下穿沪宁铁路处为分离式顶进框架箱型结构，机动车道与非机动车道纵断面不同，东西向引道为两阶梯重力式挡墙结构。沪宁高铁立交为两跨连续梁桥结构上跨新华路，钻孔灌注桩承台基础，其中中墩及承台设置在新华路中分带内。下穿通道采用路面下铺设的盲管系统进行收水。
1.2工程地质条件
根据勘察揭示，场地土层主要为第四纪冲湖积相沉积，在勘察深度范围内可分为6个工程地质层（亚层）。
①层素填土，软塑，均有揭露、普遍分布。厚度0.50～5.80m、平均2.95m。
②1层粉质黏土，可塑，分布较普遍，厚度1.00～4.60m、平均2.76m。
②2层粉质黏土，软塑，均有揭露、普遍分布，厚度0.80～2.50m、平均1.68m。
③层粉土，稍密为主，局部中密，均有揭露、普遍分布。厚度1.90～5.10m、平均3.32m。
④层粉砂，饱和，中密～密实，均有揭露、普遍分布。厚度3.30～10.90m、平均8.89m。
⑤层粉土，中密，局部勘察孔钻穿，厚度2.50～14.30m、平均10.27m。
⑥层粉质黏土，可塑～硬塑，局部勘察孔有揭露，厚度6.60～7.20m、平均6.90m。
1.3技术标准
道路等级：主线-城市主干I；辅道-城市主干路III；设计车速：主线-60km/h；辅道-30km/h；通行净空：主线5.0m；非机动车及人行通道2.5m；设计荷载：地面活荷载标准按公路－Ⅰ级；通道排水标准：降雨重现期P=5a；地下构筑物抗浮安全系数： Kf≥1.05；防水等级：二级防水。
2.立交设计
2.1总体设计
新华路下穿珠江路处采用2x净12.45m框架结构，顶板厚度0.75m，侧壁厚0.8m。珠江路方向为轨道3号线区间隧道预留空间，箱体底板厚度取用1.2m，同时在箱体范围内采用水泥土搅拌桩进行地基加固，加固厚度3m，为避让隧道盾构施作空间，工程桩沿新华路方向的最大间距为16m。该处断面如图2所示。
图2 珠江路立交框架断面(单位cm)
新华路与沪宁铁路箱体相接处，为阻隔该区域丰富的地下水，拆除原立交引道重力式挡墙结构，而采用封闭的U型槽结构形式。U型槽侧壁与箱体耳墙对齐，由于原沪宁铁路箱体两端耳墙处无结构底板，因此，在耳墙对应位置植筋新做底板，以此来和U型槽段底板相接。
新华路与沪宁高铁桥梁相接处，新建的U型槽结构与高铁立交桥桥墩承台相接。其横断面如图3所示。
图3 沪宁高铁立交桥处断面(单位cm)
通道其余区段均采用U型槽结构形式，结构埋深较大，本区域地下水位较高，结构自重无法满足抗浮要求，故采用钻孔灌注抗拔桩。结合本工程土层情况，桩径取用0.8m，桩长在12～20m，根据节段的抗浮要求而区分不同桩长及数量。
2.2纵断面设计
新华路改造后先后下穿沪宁铁路、沪宁高铁及珠江路，纵断面设计需要满足现状沪宁铁路箱体、沪宁高铁跨线桥、珠江路箱体处机动车车道5.0m、非机动车道2.5m通行净空的要求。通道最小纵坡为0.35%，以利于纵向排水。主线最大纵坡4%，以满足设计车速的要求。沪宁高铁桥墩承台的位置较高，且承台宽出新华路中分带，设计时在该区域采用调整路面铺装厚度的方法来过渡。
2.3排水设计
立交排水设计结合了截、封、排三种措施。
1）立交终点处利用纵断面的反坡点，对通道立交以外的路面雨水进行截留。主线最大纵坡段处设置横截沟，减少路面雨水的漫流。
2）沪宁高铁跨线桥与珠江路相距约120m，该段平均标高在-3.0（黄海高程，下同），地下水丰富，常水位在1.6左右，如采用常规盲管系统排水，立交排水泵站运营费用较大。设计采用U型槽结构形式以阻隔地下水，排水泵站仅需排除U型槽内雨水及路面冲洗水，管理及维护费用大大降低。
3）通道部分区段纵坡较小，道路横坡设为2%，侧边沟盖板采用密排篦子形式，既加快路面雨水的排除，又便于疏通。侧边沟在沪宁铁路箱体段处接入原雨水管排向泵房。
2.4防水设计
本工程采用封闭的箱体+U型槽结构，为达到二级防水要求，采取主体防水设计（钢筋混凝土结构自防水为根本）和节点防水设计（施工缝、变形缝、穿墙管、转角等节点细部结构防水为重点）相结合，并辅以附加防水层加强防水的多道防线综合治理的体系。
结构采用C35防水混凝土，抗渗等级为P8。为降低渗漏的风险，减少结构接缝的数量，U型槽分段长度为36m，节段间设2cm变形缝。在采用外贴式橡胶止水带、中埋式钢边橡胶止水带及高模量聚氨酯密封胶内嵌缝等复合防水措施。
图4 接沪宁高铁桥墩承台处防水设计图(单位mm)
U型槽接沪宁高铁桥墩承台处（图4），由于跨线桥与U型槽存在沉降预期，在承台周边植筋新做1m宽底板后，按不设剪力键的变形缝进行防水设计。结合工程经验，在底板背水面增设反扣槽钢作为渗漏水的排水通道接入侧边沟，并预埋二次注浆管留做结构沉降稳定后的修补预案。U型槽接沪宁铁路箱体处，也采用相似的防水设计。
2.5围护工程设计
本工程涉及沪宁铁路、沪宁高铁两条铁路大动脉，围护工程设计须以安全、稳妥为主旨。因新华路沿线高压线下安全净距要求，SMW工法机具无法作业，主体结构围护采用钻孔灌注排桩+高压旋喷桩止水帷幕。因沪宁高铁跨线桥下净空限制，部分位置采用高压旋喷桩密排，内插粗钢筋的形式作为支挡形式。
接沪宁铁路箱体处，为防止基坑降水引起箱体倾覆，对沪宁铁路箱体下地基进行压密注浆加固处理，然后进行高压旋喷桩围护结构的施工，再实施基坑降水及开挖。压密注浆压力、高压旋喷桩浆体压力等参数根据现场试验及对沪宁铁路箱体的变形观测而确定，高压旋喷桩采用均匀跳打，并在铁路宽度方向应由近及远顺序施打。施工期间在基坑外侧设置水位观测井及回灌井，作为施工安全预案。
3.结语
本工程是既有铁路立交的改造工程，制约条件较多，设计结合工程实际情况，重点关注改造工程与既有铁路箱体的平纵面关系，制定经济有效的排水设计方案，建立全方位的防水体系，采取较为稳妥周全的结构设计及围护施工方案，施工及运营情况良好，可作为今后相似工程的参考实例。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看