城市道路下穿高速铁路的关键技术研究

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市道路工程建设越来越多。各大城市在不断的改建或扩建下，出现很多铁路大道需要下穿通道主体结构施工的工程。市政道路下穿高铁桥梁的方案是否合理，往往成为项目实施的关键因素。当前国内外学者就城市道路下穿高速铁路分别作了一定深度的研究，但缺乏全过程的系统研究。为确保铁路大道下穿通道主体结构施工过程中对周边建筑、人员车辆、道路等安全，本文首先分析了常见下穿型式，其次探讨了道路下穿高速铁路的关键技术，以供参考。

关键词：城市道路；下穿；高速铁路 引言

随着我国的城市化进程不断升级，我国城市交通基础设施面临的压力也是前所未有的。在这种现况下，北上广等一线城市率先通过轨道交通网络的建设解决了部分交通需求，参考一线城市的成功案例，其他大部分的城市在面临交通压力时也会相继选择较为成熟的解决方案。盾构法因为其施工过程中的干扰因素较少、对地面已建成交通的影响较小、施工周期短、成本低等优点而受到大量运用。

1常见下穿型式

（1）桥梁下穿。非岩石地基且高速铁路桥下净空满足设置桥梁条件时，应优先采用桥梁下穿。这种方式将对铁路桥墩的影响减至最小，且施工时采取相应的措施保护既有桩基及铁路运营。（2）桩板结构下穿。当高速铁路桥下净空满足通行高度，但不具备设置桥梁条件、且地质条件不适宜采用路基结构下穿时，宜采用桩板结构下穿。桩板结构由下部的钢筋混凝土桩基和上部的钢筋混凝土承载板组成，充分利用桩土、板土之间的共同作用，减少道路荷载对铁路桥墩的影响。（3）“U”形槽和框架结构下穿。当高速铁路桥下净空不满足通行高度时，宜采用“U”形槽或框架结构下穿。“U”形槽和框架结构利用结构底板分散路基结构荷载对桥墩的影响，但不可忽视附加荷载对桥墩变形的影响。同时，也需考

虑地下水及沉降对“U”形槽和框架结构自身的影响。施工期间开挖桥下现状地基，需要考虑铁路运行安全。（4）路基下穿。当高速铁路桥下净空满足通行高度，地基土基本承载力大于180kPa、且路基填筑高度不大于1m时，可采用路基方式下穿。其优点为造价低、施工方便；缺点为道路荷载直接作用于桥下地基，增加铁路桥墩荷载，有可能导致桥墩变形超限。

2道路下穿高速铁路的关键技术 2.1注浆时间

当盾尾脱离管片时结束注浆，同时掘进速度和注浆速度保持在同一状态。如果不当拖延注浆时间，管片和盾尾会出现脱离现象，此时上部土体会发生突沉，所以应同时把握管片脱片和浆液压入的时间。掘进时，为了更好地控制沉降，可按照中、前盾径的方向将膨润土由注浆孔填入到盾体四周。

2.2桩位放样

测设控制点与轴线时，要以设计要求的高程点与坐标控制点来进行，采用全站仪与DS3级水准仪测量定位，采用极坐标法进行桩位放样，桩位误差控制在10mm以内。确保桩位的准确，沿法线方向设置4个控制桩。此方法不仅有助于现场桩位精确度的提高，对后期护筒埋设校核也有利。

2.3施工措施

为减少道路施工给铁路桥梁安全带来的不利影响，下穿路基施工应严格按照铁路要求进行。1）桥墩两侧各50m范围内路基、路面碾压采用压路机静压，避免震动对桥墩的影响。2）施工期间应做好防排水工作，避免施工区域内积水。3）加强对高铁桥墩沉降的施工监测。4）严禁工作和生活用水进入路基，防止路基被水浸泡。5）防止雨季施工，若必须在雨季施工，施工前要加强安全措施，并做好防洪准备，严禁路基浸入洪水中浸泡。6）警告、减速带等标志标牌全线统一考虑，以保证行车安全。7）高铁200m范围严禁抽取地下水。8）施工过程中，桥墩周围设置硬隔离设施。9）钻孔设备选型应满足桥下空间要求，即施工设备展开施工时，高度应小于9.5m。当铁路轨道的沉降及变形较大时，主要采取以下

应急措施。1）施工过程中一旦发现铁路股道允许偏差超标，立即联系铁路有关部门进行轨道的整治修护、线路维修作业；及时通知设计单位及铁路等相关部门，研究对策，以防影响铁路的正常运营。2）施工时还应准备好足够的抢险设备，施工单位在施工组织中应明确道路施工和铁路抢险所需抢险物资的项目和数量，以及存放地点，确保出现险情抢险物资能够及时到位。并成立行之有效的应急机构，组建专业应急突击队。

2.4姿态纠偏控制措施

（1）当施工进展到鹰厦铁路段时，需要综合考虑各种信息，包括地质变化、隧道埋深、设计坡度、转弯半径、轴线偏差情况、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力、测量数据等，以便技术人员所下达的指令合理、准确。（2）将盾构姿态和设计轴线之间的偏差控制在±26mm时才能进行盾构穿越，这样使得盾尾和管片的间隙符合要求。在操作时司机必须遵守指令，一有误差立即纠正，防止误差过大导致纠偏不及，始终把握快速纠偏、高频纠偏，对于盾构的纠偏量也要符合设计规范。（3）纠偏时还可通过调整盾构千斤顶组合的方式进行，千斤顶油压差不能超过5MPa，同时为了避免出现盾构机过分纠偏，即保持在5mm以内，伸出长度应保持在2cm内，该措施还能把土体由推力形成的扰动和挤压降低到最低。（4）当姿态处于最佳状态时，提前预估轴线在前进过程中有可能存在的偏差，方便精准迅速地调整管片和盾构，使管片轴线和盾构轴线始终处于同一条水平线，保证盾构机身和设计线路的夹角不超过0.3%。（5）认真观察正面实际土压的变化情况，仔细把控盾构的出土量，避免出现欠挖或超挖现象。结合监测到的地面沉降调整刀盘转速，控制盾构机推进的速度。

2.5运营阶段

运营阶段对既有桥梁的影响主要在于运行车辆失控冲出道路撞击铁路桥墩以及超高、超载、超速车辆对铁路桥梁梁体造成损害。建议在非机动车道靠近桥墩侧设置防护设施及车辆通过限高、限载、限速标志。运营阶段安全风险有偶发性且管理难度大，该阶段风险的规避应在建设期完善防护设施、提高施工质量，后期加强监管，严禁超限车辆通行。运营阶段发生安全风险事故的概率等级为3

（偶然），事故后果等级为2（较大），安全风险等级为中度，属于可接受的风险。

结语

综上所述，通过建立有限元模型分析了道路施工及运营对既有高速铁路桥梁桩基和承台的影响，为设计方案提供理论依据。对地质勘查、设计、施工、运营各阶段的风险源进行了辨识与分析，并提出相应的控制措施，使施工步骤和施工组织更合理、施工过程中防护措施更得当，将各种潜在风险降至最低。该工程已竣工并运营。经现场实测，道路在施工阶段及运营阶段高速铁路桥梁结构变形可控，设计及施工方案切实可行。对城市道路下穿高速铁路项目在规划设计、施工管理及运营监测等工程全过程进行分析，供同类项目参考。

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