复杂环境下穿铁路立交设计与施工

王法武

（中铁上海设计院集团有限公司，上海市 200070）

0 引 言

道路和铁路立体交叉分为道路上跨铁路和道路下穿铁路两种形式，后者简称下穿立交，为框架结构，它具有结构高度低、引道短、造价低的优点[1-2]。为不中断既有铁路运营，下穿立交一般采用架设钢便梁加固线路顶进施工[3-6]。随着城市经济的发展，经常出现道路需从车站范围下穿铁路，与从区间下穿铁路相比，设计与施工均显著增加难度[7-8]。本文以南京市黄家圩路拓宽改造工程下穿京沪铁路南京火车站西侧咽喉区为背景，介绍复杂环境下的钢便梁架设、深基坑支护、铁路线路加固、站场改造、顶进施工步骤、附属设施等，可供类似工程参考。

1 工程概况

南京市黄家圩路拓宽改造工程是南京市火车站北站房及北广场的配套工程，道路等级为城市次干路，设计速度30 km/h。下穿京沪铁路立交桥位于京沪铁路南京站西侧咽喉区，铁路线路情况复杂（见图1）。主体结构为8 m+14.75 m+14.75 m+6.5 m下穿铁路框架，架设钢便梁加固线路顶进施工。顶进工作坑周边建筑、管线众多，顶进新框架的同时需切割拆除既有框架。

图1 工程平面位置示意图

2 道路、铁路现状

黄家圩路为现状道路，道路等级为城市次干路，与京沪铁路、沪宁城际南京站咽喉区交叉，桥位处的铁路里程为京沪线上行K1150+169。

黄家圩路下穿京沪正线等9条铁路（其中京沪正线2条，南京至南京西正线2条，到发线5条），桥位两侧为密集道岔区，现有客车115对，车站作业繁忙。

京沪铁路下已建有2-8.5 m框架，限高3.8 m，为机动车双向2车道，框架结构长度61.4 m，分两个阶段先后施工建成，南段38 m，北段23.4 m。由于净高不足，本次工程予以废弃。

北侧沪宁城际高铁于2010年7月1日开通，其下已预留8 m+16 m+16 m+8 m框架，限高4.2 m，长度23.6 m，本次工程予以顺接。

3 框架主体结构

框架主体结构采用8 m+14.75 m+14.75 m+6.5 m 4个分离式框架，自东往西（自上海往北京）依次编号为框架Ⅰ、框架Ⅱ、框架Ⅲ、框架Ⅳ，中孔布置机动车道，边孔布置人行和非机动车道，结构外高等高，均为7 m，框架Ⅱ、框架Ⅲ结构净高为5.25 m，框架Ⅰ、框架Ⅳ结构净高为5.7 m（见图2）。框架位于道路直线段，框架设计为直线、平坡。

图2 框架立面图（单位：cm）

中孔框架顶板厚75 cm，边墙和底板厚100 cm，结构净高5.25 m。轨底至箱顶80 cm。边孔框架顶板厚50 cm，边墙厚50 cm，底板厚80 m。

框架为C40钢筋混凝土结构，采用北京科宝华地道桥软件计算分析，顶板和底板按钢筋混凝土受弯构件设计，边墙按钢筋混凝土压弯构件设计[9]。

框架设计基底应力111 kPa，基底位于粉质粘土层，地基允许承载力90 kPa，框架基底采用 60 cm高压旋喷桩加固，间距1.1 m×1.1 m，桩长8 m，复合地基的允许承载力120 kPa。

4 引道工程

引道采用U槽结构，U槽采用C40钢筋混凝土，抗渗等级P8。每节U槽长15m，节段之间设2 cm变形缝。采用钻孔桩围护后开挖基坑，在基坑内现浇施工U形槽。U形槽底设 0.8m钻孔灌注桩作为抗拔桩。U形槽外侧边墙涂聚氨脂防水涂料两层，内侧各相邻边墙间缝隙沿纵向通长填塞特种水泥砂浆、底部设外贴式止水带以阻止地下水涌入引道。U形槽外侧边墙顶设钢筋混凝土栏杆、内侧机非分隔墙顶设钢栏杆。

5 基坑支护

本立交主体和引道共有3个基坑：南侧基坑、中间基坑和北侧基坑。南侧基坑为下穿铁路箱身的顶进工作坑，位于京沪铁路南侧，框架顶进就位后作为南侧U形槽明挖基坑，基坑深7.5 m；中间基坑为立交连接段U形槽明挖基坑，位于京沪铁路和沪宁城际框架之间，基坑深8.4 m；北侧基坑为北侧U形槽明挖基坑，位于沪宁城际框架北侧，基坑深7.3 m。

5.1 基坑周边环境情况

南侧基坑东侧有曙光大酒店裙房（为桩基础）、污水处理池、铁路工区（老信号楼，3层，扩大基础），顶进后背南侧有 1000 mm铸铁既有自来水管，西侧为施工便道；中间基坑东侧有铁路新信号楼（为桩基础）；北侧基坑沪宁城际框架西北角边缘与线路中心距离较短，仅3.5 m，且上有电力架空线。

框架顶进工作坑设于京沪铁路南侧，由南向北平坡顶进，顶进顺序依次为西半幅的框架Ⅳ、框架Ⅲ；东半幅的框架Ⅰ、框架Ⅱ。由于框架位于铁路道岔区，须待道岔迁改、架设24 m便梁加固线路后方可顶进框架。便梁基础为混凝土条基，下设密布高压旋喷桩加固地基。

5.2 基坑支护方案

南侧基坑：基坑顶进后背采用单排 180 cm钻孔桩围护，东侧污水池边采用单排 180 cm钻孔桩围护，东侧其余部分采用双排 150 cm钻孔桩围护，排间距4 m。其余两边均采用单排 150 cm钻孔桩围护。其中西侧围护每隔3根桩设钢丝绳拉索;基坑四角采用 609 mm钢管斜撑。

中间基坑：西侧采用双排 150 cm钻孔桩围护，排间距2.75 m，东侧采用单排 150钻孔桩围护。

北侧基坑：两侧均采用单排 150cm钻孔桩围护。

所有围护桩桩顶均需设置帽梁或连梁，使之成为整体。围护桩外设双排 60高压旋喷桩止水帷幕，南侧基坑东边紧邻污水池边围护桩外因没有空间施工双排旋喷桩，采用在桩间及桩周高压旋喷注浆止水，深11 m。

靠近铁路及接触网电力线范围的围护钻孔桩，当钻机无法作业时，施工可根据实际情况改为挖孔桩，挖孔桩范围土体须先用高压旋喷桩加固以确保安全。

既有沪宁城际高铁框架西北角因既有框架较短，箱端距相邻城际铁路只有3.5 m，围护桩墙不能与框架连接封闭，采用沉井加钢筋混凝土板挡土，沉井处及周边采用高压旋喷桩地基加固后分层开挖，沉井就位后作为立交排水集水井之用。

6 线路加固方案

在便梁防护下顶进施工框架桥已有几十年的历史，工艺成熟，便梁架设的适用范围一般是铁路线路位于直线或大半径的圆曲线，相邻线路间有足够的线间距，不能有道岔。

因此需先对南京站西端咽喉区进行改造，把线路加固范围内的站场股道进行临时迁改，将道岔移出施工范围以外，待施工完成后再予原样恢复。经过与铁路部门的沟通，采用停运1股站线、改移其余道岔、逐孔整节顶入框架的设计方案。

7 站场改造

根据桥梁施工方案，施工中需要架设便梁施工，由于该立交位于南京站西咽喉处，新建立交桥位于道岔区，无法架设便梁，因此必须将既有道岔移出立交桥施工范围，以满足施工需要。

考虑到南京站为京沪线上的一个客运大站，客流量大，到发线有效长650～1050 m、客运站台长550 m的具体情况，站场改造主要内容如下：

拆除既有77#、89#单开道岔和81#～87#交分道岔；锁闭75#、79#道岔侧向，在既有9道上铺设临时L1#道岔连通既有10道；在5道上铺设临时L2#道岔接通既有4道；在上行正线Ⅱ道上铺设临时L3#道岔接通既有3道；将91#号道岔向车站方向平移约8 m。待立交改建完成后拆除临时道岔，原址恢复拆除的既有线路及道岔。

8 顶进施工步骤

主体结构为4个分离式框架，在便梁防护下依次顶入西边孔、西中孔、东边孔、东中孔。为了缩小便梁布设范围，尽可能减小对南京站运营的影响，减少工程造价，优化便梁基础布置，加深支墩深度至2.5 m，以密布高压旋喷桩替代挖孔桩基础并在路基两侧封头，优化施工组织，缩短基坑暴露时间，不设拖梁，使站线迁改控制在桥梁中心线两侧各40 m范围，仅比框架结构边线多出13.8 m，西侧边孔线路加固断面见图3。

图3 西侧边孔线路加固断面图（单位：cm）

顶进西侧中孔时，便梁一端搁置在已就位的西边孔上，一端搁在既有框架上，便梁支座相应位置设撑。既有2～8.5 m框架位于新建的东侧两个框架范围，与新框架为错缝位置关系，顶进新框架时分别切割凿除。顶进东边孔时，余下的一个半老框架还在原位，便梁的一端架在上面，设计在每个便梁支座位置采用 609 mm钢管支撑作为便梁基础，东侧边孔线路加固断面见图4。

图4 东侧边孔线路加固断面图（单位：cm）

最后顶进的是东侧中孔，便梁两端分别搁在已就位的框架上，相应位置设撑。

既有2～8.5 m框架因净空不足须废弃，它们位于新建的东侧两个框架范围，与新框架为错缝位置关系。新建框架先顶东边箱、后顶东中箱，顶进东侧6.5 m边箱时，同时原位废除半个既有8.5 m框架，为保证剩余框架的稳定，需对剩余部分进行支撑加固，废除的结构在顶进新框架时切割凿除，顶进东侧14.75 m中箱时，再切割废除余下的一个半既有框架。

为了缩短基坑暴露时间，采用边凿除老框架边顶进新框架的施工方案。

9 附属工程

框架顶满铺氯化聚乙烯防水卷材，防水层上设6 cm厚C40细石聚丙烯纤维网混凝土保护层；框架两侧边墙涂聚氨脂防水涂料两层。

框架两端洞口顶面设电缆槽及人行道栏杆及防抛网。

南侧（1）道按《铁路桥涵设计规范》的相关规定铺设护轮轨；北侧（10）道位于道岔区，无法铺设护轮轨，采用在箱顶设置挡块进行防护，挡块平行（10）道设置，与（10）道中心线距离为1.75 m。

框架两端与U形槽接头处设变形缝，采用钢边橡胶止水带外加外贴式防水卷材，结构全面外包防水卷材。

由于桥下净空不足5 m，在立交桥引道南北入口处分别设置限高防护架[10]。

10结论

（1）本工程位于铁路车站咽喉区，且市政交通繁忙、周边建筑和市政管线众多，逐孔顶进框架。经过合理布置施工步骤，利用既有桥孔维持道路通行，整个施工过程中没有中断黄家圩路通行；且施工过程中仅停运1条铁路站线，对铁路的影响减少到了最小程度。对于在车站咽喉地区建造下穿立交有很好的借鉴作用。

（2）在地质情况复杂、地层起伏变化大的地区，视周边环境因素和地层变化情况逐段设计检算基坑围护结构，针对不同情况分别采用不同直径、单双排钻孔桩、拉锚、设撑、沉井、挖孔桩等多种围护方案，可以取得较好经济效益。