高速公路跨越南水北调立体交叉设计要点

严 华

(河北省交通规划设计院 石家庄市 050011)

1 京德高速公路工程概况

北京新机场至德州高速公路京冀界至津石高速段(以下简称“本项目”)是《河北雄安新区规划纲要》中“四纵三横”区域高速公路网的重要组成部分，为纵四线的一期工程。是雄安新区使用北京新机场最主要的高速公路，是雄安新区与冀东南、鲁西之间的重要联系通道，是实现新区60min到北京、天津，90min到石家庄目标的重要支撑。本项目的建设是实现河北省及以南区域与新机场之间的快速集疏，完成与机场无缝衔接的重要通道；本项目是对河北省高速公路网的加密，对沿线区域经济发展的带动具有重要意义。

2 南水北调廊涿干渠工程概况

廊涿干渠是南水北调中线河北省配套工程的重要组成部分，从南水北调中线工程总干渠引水，由已实施的水库连接渠及南水北调中线京石段应急供水工程输水，在三岔沟口门分水后，再通过廊涿干渠输水到廊坊市的广阳水库。廊涿干渠向沿途的涿州、松林店、固安县、固安电厂、永清县及廊坊市区供水，应急期间仅向廊坊市区供水。廊涿干渠总长约80km，全线采用2条预应力钢筒混凝土管输水，最大引水流量11m3/s。

交叉位置位于廊涿干渠固安电厂分水口-永清分水口段，分段长度13.335km，分段规模8.5m3/s，采用双排PCCP DN2200地埋管道布设，工作内压力0.6MPa。沿工程输水管道铺设有Φ40硅芯管，硅芯管位于输水管左侧，无套管。边坡比为：粘性土1∶0.75；密实无粘性土及混合土层1∶1；松散无粘性土及开挖深度大于5m管段1∶1.25。交叉位置处覆土2m。本段管线东西走向，较顺直，廊涿干渠工程已全部建成通水，为改善廊坊市城镇生活生产用水发挥了良好作用。

3 设置跨越的必要性

交叉处京德高速公路大致呈南北走向，位于大广高速公路以东，京台高速公路以西的走廊带内。项目范围内廊涿干渠工程则呈东西走向，故本项目与廊涿干渠的交叉不可避免。

京德高速横穿廊涿高速，于固安县知子营乡南与廊涿高速相交，为了实现该项目与廊涿高速交通流的转换，设置知子营枢纽互通。交叉处位于知子营枢纽互通内，与主线左右幅各交叉一次，与A匝道、D匝道各交叉一次，共设置4座立交桥。采用桥梁方案跨越，维持管道上方原土压力不变，保证公路运营期间对管线设施无影响。见图1。

4 跨越方案布置

京德高速于廊坊市固安县知子营乡知子营村南部跨越南水北调廊涿干渠，此处管道位于直线上，路线顺直。

4.1 交叉处角度论证

(1)交叉处高速公路主线为减少对地方村庄正常生活的干扰，路线走向采用避让村庄的方式穿越，同时，在知子营互通南有在建的京雄城际铁路、廊涿城际铁路与京德高速公路交叉，受南套里村的影响，其交叉角度也无法正交，同时，高速公路满足内侧车道几何视距对应的最小平曲线半径为2204m，本项目设计采用2300m半径，已接近该最小值，故设计采用的交叉角度确定为85°。

(2)互通立交匝道为相交叉道路的连接道路，起终点受相交叉道路线位制约，匝道路线长度较短，且多以小半径曲线为主，线性设置综合互通方案的合理性、工程规模的经济性、车辆行驶的舒适性、安全性等方面，本项目A、D匝道与南水北调干渠交叉处曲线半径分别为120m、350m，由于半径较小，如将匝道线形与南水北调干渠交叉角度调整为正交，通过方案重新绘制，匝道线位偏离较远，无法与前后道路衔接上。故互通方案A、D匝道与南水北调干渠交叉设计角度分别为74.2°和80.9°。

表1 交叉角度一览表

(3)结论

根据《其他工程跨越下穿邻接河北省南水北调配套工程设计及安全评价技术要求》中4.2.2其他工程跨越配套工程明渠、暗涵时宜采用正交方式。经论证确需斜交时，其交角不宜小于70°。

京德高速公路与南水北调的四处交叉设计角度均大于70°，满足要求。

4.2 高速公路与南水北调位置关系论证

(1)交叉处京德高速主线采用1-30m跨越干渠，上部结构为预制小箱梁，下部结构为柱式墩、桩基础；最小净空6.43m，最小净距9.26m。

(2)A匝道桥采用1-32m跨越干渠，上部结构为现浇箱梁，下部结构为扶壁台、桩基础；最小净空4.51m，最小净距9.52m。

(3)D匝道桥采用1-32m跨越干渠，上部结构为现浇箱梁，下部结构为扶壁台、桩基础；最小净空4.57m，最小净距9.91m。

(4)交叉处管道埋深如表2所示。

表2 埋深一览表

(5)结论

根据《其他工程跨越下穿邻接河北省南水北调配套工程设计及安全评价技术要求(试行)-2016》要求：

其中4.2.10条规定：在输水管涵上方地面及其两侧各5m范围内，禁止实施影响工程运行、危害工程安全和供水安全的下列行为：擅自修建建筑物、构筑物；堆放超过管涵设计荷载标准的重物；行驶超过管涵设计荷载标准的车辆。

其中4.2.12条规定：跨越配套工程暗涵、管道的布置应符合：跨越工程下部结构距暗涵、管道外轮廓的安全距离经论证确定，不宜小于2倍管涵底部埋深，且不小于5m。下部结构施工不得影响配套工程安全。

则安全距离不宜小于4.6×2=9.2m且大于5m，故四处立体交叉桥梁桥墩承台、桩基等宜设置在输水管道外轮廓9.2m以外。

如表3所示，其水平最小净距均满足要求。

表3 交叉方案主要技术指标对比汇总表

5 设计要点

在前述交叉角度及相互位置关系均满足相关规定要求的前提下，应进行必要的专项设计，包括对管道的安全影响设计、防排水设计、管道周围土的沉降设计、管道维护设计、高速公路施工期安全措施、环境保护设计以及应急预案等方面。

(1)对管道的安全影响设计

在跨越位置桥梁起终点桩号之前合适位置设置禁止停车标志及其他提醒标志，禁止任何超限超载及运载易燃、易爆等危险品的车辆在跨越范围内停留，避免公路运输事故对廊涿干渠输水管道的不利影响；桥梁两侧采用墙式防撞护栏，设置最高级SA级护栏，护栏高度100cm，避免车辆冲出桥面事故，降低公路运输对南水北调管道的影响。

(2)防排水设计

设计采取在桥面范围现浇一层防水混凝土，其上再涂抹一层防水层，防止桥面积水下渗流入地面；跨越位置处桥面范围内不设置泄水孔,桥面水由相邻孔排至地面, 避免桥面排水对输水管道顶面覆土的冲刷，确保桥面水排至南水北调管理范围以外；同时，在桥梁范围内，不设置路基边沟，管道上方不挖土。

(3)管道周围土的沉降设计

为减少桥头路基沉降对管道的影响，在立体交叉桥头两侧采用泡沫轻质土方案填筑台背。

(4)管道维护设计

为保障管线供水畅通，考虑桥下范围管道破损时可能需要更换管道，一般采用门架方案。见图2。

高速公路项目竣工后应采购并向南水北调管理部门移交门架实施所需材料，包括：门架基础轨道工字钢、起吊横梁工字钢及满足要求的手动葫芦等。

(5)高速公路施工期安全措施

施工前要探明两条管道现场具体位置，并标定外边线，划定施工保护范围，避免大型施工机械误入，造成管道受压爆管事故发生。

①桥梁桩基采用对土层适应性强、无挤压效应、无振动、对地层扰动小、噪声小、泥浆少、成孔速度快的旋挖钻机成孔施工工艺。

②施工脚手架安装地基必须进行硬化，减少对地面的影响。钢筋在钢筋车间制作成型,施工时整体吊装；模板采用钢模板,用汽车吊机吊住混凝土斗进行混凝土浇注；混凝土施工采用搅拌站生产的罐车运送至浇注地点进行浇注；吊机及混凝土罐车停放于干渠管理范围外。

③立体交叉桥梁上部预制梁采用架桥机进行架设，确保对桥下净空范围内无干扰。

④立体交叉桥梁上部现浇梁可采用在贝雷梁上设置支架，并支立模板浇注混凝土方式进行，以确保支架荷载对管道不产生干扰。

⑤在必要位置围挡并设提示牌，禁止所有施工车辆直接压管道通行。

⑥施工便道与廊涿干渠交叉处需设置钢便桥(图3)，以跨越管道，钢便桥以正交方式跨越廊涿干渠以降低桥梁跨径，便桥宽满足高速公路施工要求，跨管道部分的跨径应满足南水北调管道安全距离，上部结构采用贝雷梁，下部结构采用钢管桩形式。施工钢便桥时注意避让管道，钢管桩采用静力压桩，压桩无振动，对周围无干扰，便于运输。

⑦沿管道外沿两侧各6m范围内设置封闭闭合的硬质围挡，与征地边线、便桥等相连接，并设置提示牌，禁止施工车辆从便桥以外的位置通过廊涿干渠管道。

⑧为避免施工过程中对暗管的扰动，在管道外侧6m位置设置1m高钢丝围挡，同时，考虑到管道发生爆管的可能，在钢丝围挡下设置防护桩；施工结束后，钢丝围挡不拆除，确保对干渠的持续保护；同时，在枢纽交叉起止点位置设检修道路和防护门，以便日常巡查检修维护通行使用。

⑨在桩基施工过程中，为了能有效地保护管道，泥浆池分别设置在距离管道边缘南北两侧各30m处，泥浆池长6m、宽5m、深2m，沉淀后的泥浆采用渣土车外运制定地点存放。

(6)安全监测设计

在跨越廊涿干渠施工及其影响期(一般为运营期一年)内,应根据水利主管部门的要求,对穿越处一定范围内的配套工程变形进行监测。进行变形监测,要在测区内选定适量的水准点作为观测点,并埋设标志,同时在变形范围外的稳定处设置适量的基准点。根据变形观测资料,可以分析变形规律,预计变形的发展趋势。在施工影响期通过安全监测系统,对管道安全运行进行监测。

6 结语

高速公路跨越南水北调管道不仅涉及工程本身的安全，同时也是涉及民生的大事，因此，必须进行专项设计与安全评价。除文中所述的设计要点外，尚应进行环境保护、应急预案等设计。