摘 要：玉溪至楚雄高速公路在玉溪市和楚雄市境内与多条铁路发生上跨或下穿的交叉。为合理跨越这些在建和已建的铁路，需要对交叉方案及一系列的跨越措施进行详细分析，根据现场场地条件和交叉结构的特点进行方案优化，确定最有利的交叉位置和最佳的跨越形式及其结构方案，在新建高速公路设计时周全考虑各种变化因素，包括施工阶段实施中会发生的一些实际情况，使得交叉区域段新建高速公路不管在施工过程中或建成通车后，始终能确保铁路的结构安全和通行安全，同时，在必要时也需要对跨越区域段已建铁路设施进行安全防护适当改造，以保证下穿高速公路通行安全。
关键词：玉楚高速公路 铁路 交叉 方案
玉楚高速公路简介 玉溪至楚雄高速公路起于玉溪市红塔区，与弥玉高速和昆磨高速（G8511）连接，途经玉溪市峨山县、易门县，昆明市晋宁区，楚雄州双柏县、楚雄市，止于楚雄州楚雄市，与昆楚高速（G56）和楚雄至大姚高速连接，线路全长190.597公里。其中：峨山至易门段长70.258公里（设计速度100公里/小时，路基宽33.5米）；易门至楚雄段长119.962公里；设计速度100公里/小时，路基宽26米，汽车荷载等级：公路-Ⅰ级。
玉楚高速公路与铁路交叉概况 本项目分玉溪至易门段和易门至楚雄段，其中：玉溪至易门段有 1 处与铁路交叉，为玉楚高速公路下金鸭大桥上跨玉磨铁路和乐隧道；易门至楚雄段 2 处与铁路交叉，分别为玉楚高速公路小郭邑特大桥上跨广大铁路楚雄西站大理端铁路路堤和玉楚高速公路沙邑村中桥下穿昆楚大铁路大闸坝双线大桥；
一、玉楚高速公路与玉磨铁路交叉方案
1、交叉区域公路、铁路概况
交叉里程：DK16+413.57(铁路)=K7+406.72(公路右幅），交角51.1°，DK16+438.76(铁路)=ZK7+410.94(公路右幅)，交角 49.2°。玉磨铁路为客货共线I 级双线电气化铁路，玉磨铁路于2016年4月19日已开工建设，建设工期6年，目前处于在建施工阶段；公铁交叉段铁路为正在施工中的和乐隧道，交叉区域 DK16+410 小里程侧线间距 4.7m，大里程侧 4.8m。铁路隧道平面位于 R=3500m 圆曲线上，纵断面位于-2.25‰的下坡段。设计时速 160km/h。交叉段隧道为浅埋偏压段，属Ⅴd 类围岩。交叉段铁路里程为 DK16+391.7～DK16+469，设计轨面高程为 1565.72～1565.894m，隧道外轮廓顶高程为 1574.81～1574.984m，隧道最小埋深约为 45m。和乐隧道计划工期2020年4月贯通，交叉区域段已施工完成二次衬砌。
公路左幅位于 R=1350m 的圆曲线上，右幅位于 R=1300 的圆曲线上。纵断面均为 1%的上坡段。横断面设单向 4%横坡；目前，玉楚高速公路尚未开工建设。
2、高速公路交叉设计最佳跨越形式及其结构方案
首先，玉楚高速公路总体设计路线走向已经初步设计路线方案审查定线，可以肯定此设计路线是综合考虑各方面因素后认为是比较合理的，因此交叉区域内高速公路路线基本是不能再进行调整，所以我们只有通过设计优化此处下金鸭大桥的桥型布置方案来跨越铁路隧道。
因本立体交叉的特殊性，铁路隧道建于山体之中，因此玉楚高速公路上跨玉磨铁路和乐隧道立体交叉不需要考虑铁路的建筑限界要求，也不需要考虑玉楚高速公路建成运营以后对下方玉磨铁路运营干扰和安全问题，因此本立体交叉需要考虑的最主要因素是：①、高速公路交叉区域下金鸭大桥跨和乐隧道的两侧墩台（1#、2#墩台）桩基础距和乐隧道洞身的水平距离，原则上是水平距离越远越好，但受桥型布置桥跨最大净跨径限制，交叉点应尽量选在跨中位置；②、因交叉区域玉磨铁路和乐隧道位于浅埋偏压段，玉楚高速公路下金鸭大桥位于山体上侧的1#墩台桩基础位于乐隧道洞身左上方，必须考虑下金鸭大桥1#墩台桩基对周围土体的附加应力对和乐隧道洞身洞顶结构安全影响，因此桥梁孔跨布置时交叉点距离1#墩可较2#墩适当远一些，以减少1#墩附加偏压对隧道洞身洞顶影响；③、还要考虑玉楚高速公路下金鸭大桥施工期间不应对玉磨铁路和乐隧道洞顶及周围土体产生大的扰动，玉楚高速公路施工期间应禁止在交叉区域内进行任何爆破作业。因交叉区域和乐隧道处于浅埋段，因此在玉楚高速公路施工期间也要禁止在隧道上方修建高速公路临时设施和施工便道等。
经综合考虑以上影响因素，跨越铁路隧道处桥梁上部结构方案建议采用中跨60m大跨径的40+60+40m钢箱梁桥，钢梁采用单箱三室钢箱梁，等高设计，梁高 2.5m。桥梁基础及下部构造结合桥位处地形、地质状况进行设计，基础及下部结构方案建议：0 号桥台采用埋置式轻型桥台，1号桥墩采用双柱式桥墩，接承台单桩基础，2号桥墩采用门架式双柱墩，接承台群桩基础，3号桥墩采用空心薄壁墩，接承台群桩基础。桥梁附属结构防撞护栏采用SS级防撞墙设计；为减少桥面排水对隧道顶土体的冲刷侵蚀，跨越铁路隧道第1~2跨桥面排水在0#、1#、2#墩台处桥面两侧设置泄水管，泄水管顺梁体、墩柱安装至出水管口距地50cm高度处，再在隧道顶部做一条截水沟，将0#、1#、2#墩台处两侧泄水管的水汇聚到此条隧顶截水沟，引排至2#墩右下侧低洼处排放，应对沟渠做好防水处理，避免水渗入隧道上方土体。钢箱梁施工采用工厂进行分段构件制造、组装、试拼装，再运抵现场进行吊装、安装和焊接，最后形成一个整体。全桥钢箱梁纵向分段、横向分片架设，纵向分5段，可采用大跨度架桥机架设或顶推钢箱梁就位施工方法来安装钢箱梁，本桥主跨上跨铁路隧道，在吊装钢箱梁时禁止相关作业车在隧道上方作业。
二、玉楚高速公路与广大铁路交叉方案
1、交叉区域公路、铁路概况
交叉里程：K37+964.3(铁路)= K185+477.32（公路），交角 90°。广大铁路东起成昆铁路云南段广通站，西至大理市，被誉为滇西运输大动脉，设计等级为国家Ⅱ级单线非电气化铁路，公铁交叉段铁路为已建成运营路堤段，为楚雄西站咽喉位置，总共跨越三股道。该段铁路平面位于直线上，纵坡位于平坡段，轨面高程为 1819.52。该段路堤一侧高度为 4~8m，另一侧为缓坡，高于站场。公路主桥下方跨越一站场灯塔及一颗 3 线 10KV 贯通线电桩。
公路平面位于缓和曲线曲线上，主桥合修部分桥面横坡为双向 2%，分修部分桥面为单向 2%横坡，纵断面位于-3.871% 的下坡段。
2、高速公路交叉设计最佳跨越形式及其结构方案
本公铁交叉设计，要考虑的主要因素是交叉工程施工时不对既有铁路线的运营造成较大影响，玉楚高速公路采用桥梁上跨该铁路可采用的常见适用无支架桥梁上部结构施工方法有：①转体施工法；②顶推施工法；③悬臂浇筑施工法；④悬臂拼装施工法；⑤预制吊装法等等。
其中：③工法用于跨径大于100m的桥梁上选用；④工法用于跨江河、深谷的特大型桥梁上选用；⑤工法用于跨径20~40m常见普通预应力混凝土预制安装的T型、箱型和空心板等组合桥梁选用，现场场地跨越三股道，首先要保证高速公路桥梁主跨两侧墩柱布置于铁路红线以外，其次还要考虑给铁路红线外侧要适当留有一定空间，有必要主动与铁路管理部门对接本铁路近远期规划，经玉楚高速公路投资开发有限公司与昆明铁路局集团公司、滇西指挥部、广大铁路楚雄西站等铁路单位接洽，桥下横向净空至少留有60m以上，上跨高速公路还必须考虑下方铁路的建筑限界最小净高要求，综合考虑各方面因素及结合现场场地现实情况，③、④、⑤工法不宜选用。
①转体施工法：是将桥梁构件先在桥位处进行预制，待混凝土达到设计强度后旋转构件就位的施工方法，转体施工其静力组合不变，它的支座位置就是施工时的旋转支承和旋转轴，桥梁完工后，按设计要求改变支撑情况。转体施工可分为平转、竖转和平竖结合的转体施工。
②顶推施工法：是将梁体在桥台背后路堤上逐段浇筑或拼装，并用顶推装置纵向顶推，使梁体通过各墩顶临时滑移装置而就位的施工方法。顶推施工时不影响桥下交通，不需要大型起重设备，也没有高空作业，特别适合于城市桥梁特大跨度桥梁，长线引桥或立体交叉的施工。
下面对①工法与②工法进行一个初步的设计方案比选：
①转体施工法：3×30m 简支T梁+2×70m 转体 T 型刚构，T 构部分双幅合修，转体施工，初步设计5孔2联，设计里程：K185+349.72～K185+582.72，桥长233m。
70m转体T 构梁高 2.6～6.8m，简支 T 梁梁高 2m，桥下净高 10.9m（轨面至梁底）。线路平面位于缓和曲线上，转体施工采用在铁路一侧满堂支架现浇完成后再转体到位的施工方式。
②顶推施工法：3×30m 简支T梁+1×60m 简支钢箱梁+1×30m简支T梁，主跨双幅合修，顶推施工，初步设计5孔3联，设计里程：K185+352.72～K185+532.72，桥长180m。
60m跨钢箱梁采用单箱双室钢箱梁，等高设计，梁高3.2m；单幅梁重约为600T。桥下净高10.63m（轨面至梁底），T梁梁高2m。线路平面位于缓和曲线。上部梁体施工，采用先在大里程侧的4#～7#墩之间的位置搭设拼装支架对钢箱梁进行焊接拼装，待钢箱梁拼装完成后，再顶推到位。为保障广大铁路的运营安全，顶推施工时需与铁路局协调铁路天窗时间。
下面采用列表对①、②工法进行对比，①工法结构受力体系相对简单，施工期间易于控制，所需铁路天窗时间少，桥梁整体布置更美观；但投资费用相对更高；②工法投资略低，但施工期间存在梁体结构应力及体系多次转换，施工难度相对更大。
经方案比选，综合考虑现场场地因素，推荐采用①工法的转体施工方案比较合理、可行。在按方案进行设计时，还应注意一些细节方面：⑴为保障既有铁路运营安全，防止高速公路桥梁施工不慎对既有铁路路基稳定性造成影响，距离铁路较近的两侧墩台桩基础施工时必须采取保证铁路路基稳定的支护措施和安全防护设施；⑵上跨铁路段的高速公路桥梁两侧防撞护栏应加强采用HB级的防撞墙设计，并在防撞护墙上加装防抛网，防抛网高度不应小于2.2m；⑶跨越铁路桥跨桥面两侧均不设泄水孔，由桥面纵向排水系统引到远处墩台位顺接入地面排水系统，但是排水不得接入铁路边沟。
三、玉楚高速公路与昆楚大铁路交叉方案
1、交叉区域公路、铁路概况
交叉里程： K32+410.8(铁路)=Z2K187+797.6(公路左幅)，交角78°，K32+390.82(铁路)=K187+798.4(公路右幅)，交角 78.9°，昆楚大铁路为国家 I 级双线电气化铁路，公铁交叉段铁路为已建成运营桥梁工程（大闸坝双线大桥），为 32m 跨简支梁桥。铁路平面位于直线上，铁路桥梁上部为 32m 跨简支梁，下部为圆端型实体墩接承台接桩基础，柱桩设计。
公路从既有铁路桥墩第 4 跨（公路右幅）和第 5 跨（公路左幅）中间通过，采用分离式设计， 平面左幅位于 R= 1101.54 圆曲线，右幅位于 R=1189.7 的圆曲线线上。纵断面左幅位于 2.98%、1.541%上坡段，竖曲线半径为 16000m。纵断面右幅位于 2.98%、1.506%的上坡段，竖曲线半径为 28000m。
2、高速公路交叉设计最佳跨越形式及其结构方案
前面两个公铁交叉设计均为新建高速公路桥梁上跨铁路，而这个公铁交叉设计为新建高速公路下穿铁路桥梁，若采用路基通过，路基土侧向压力将对第4跨和第5跨桥梁下部构造墩柱桩基产生额外附加外力，将会改变铁路桥梁下部墩柱桩基的原设计受力状态，对铁路桥梁结构产生严重安全隐患，危害既有铁路的运营安全。从新建高速公路设计和施工必须最大限度减轻对铁路桥梁的干扰和影响考虑，此处高速公路下穿适宜采用 1 孔 40m 简支 T 梁直接跨过铁路桥梁区域，然后与两端路基相接。铁路桥梁底至高速公路设计桥面高差为10.7m（左幅）及10.3m（右幅），满足下穿高速公路的建筑限界（净高5.5m）要求；T梁高拟采用2.4m，由于公铁交叉处路基设计标高与原地面高差较小，仅为0.1~0.3m，因此在桥梁施工时，需对铁路桥下原地面进行开挖，保证高速公路T梁底部净空满足至少1.5m高度，开挖基坑两侧根据土质状况进行放坡，并应对坡面采用浆砌片石或C15混凝土进行封面处理，防止冲刷和坍塌。
公路铁路交叉初步设计平面、立面见下图示：
为使高速公路两岸桥台基础距离铁路的3#、4#、5#墩柱更远些，分离式桥梁单幅下穿铁路桥梁单孔时，应尽量与铁路垂直交叉或大角度交叉，并使路线尽量从铁路桥梁的单孔跨中通过，按照图3-1布置的公路桥梁与铁路3#、4#、5#墩柱的平面距离如下表：
本桥T梁采用预制场预制，运输至桥台一岸，再采用架桥机架设安装到位。高速公路桥梁基坑开挖、桩基、墩柱及梁板等施工时应注意对既有铁路桥梁下部墩柱及上部梁板、桥面的安全防护，防止大型施工机械碰撞铁路桥梁。高速公路桥梁桩基成孔应采用旋挖钻机钻孔，不宜使用振动较大的冲击钻成孔作业。根据相关规范要求，本桥两侧防撞护栏等级应提高一级（本项目桥梁防撞护墙一般情况采用SS级），本桥防撞护墙采用HB级设计。因路基设计顺路线前进方向为上坡，且此处地势顺路线前进方向逐渐走高，故在排水设计时考虑在高速公路桥梁下方开挖基坑两侧放坡坡脚设置浆砌片石排水沟，将地表汇入排水沟中的积水顺小里程方向接入小里程端路基两侧排水系统，然后排至路基以外。在高速公路施工前期进场阶段，需要修筑一条连通铁路两侧的临时施工通道，在靠近施工通道的铁路桥梁墩台一侧应施作必要的挡护设施，以防止施工机械失控直接冲撞桥墩。
此外，为防止铁路乘客向外抛掷东西或铁路道砟等物品落至下方高速公路而危及高速公路行车安全，铁路方面也需要对现有铁路跨越高速公路段进行安全防护改造，铁路两侧应加装防抛网，检修道或人行道底部空隙应全部封闭。
四、结束语
随着我国经济的高速发展，基础设施建设日益增长，各地高速公路、铁路的路网布局越来越密集，不可避免的产生相互交叉、干扰问题。在建高速公路不管与同时在建铁路或已建铁路交叉，都应在确保各自结构安全、施工安全和运营安全的前提下，合理选用交叉方案和采取专项施工方案，还需要尽可能完善设计措施、加强施工安全监管、排查安全隐患，减少不必要的社会经济损失。
论文作者:许正祥
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/29
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