下穿鐵路站場地道橋重難點分析

馬 鍇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 項目背景

由于歷史及規(guī)劃的原因，多數(shù)火車站均位于城區(qū)的中心位置，占地范圍大且狹長，不同規(guī)模的車站加上兩端咽喉區(qū)至少數(shù)百米長。此范圍內(nèi)一般僅有幾座與火車站同期建設的人行地道連通車站兩側。隨著城市的發(fā)展，車流量與日俱增，對路網(wǎng)的要求逐漸提高，但由于火車站兩側的道路無法連通而形成斷頭路，導致車站周邊道路擁堵，從而成為制約道路交通發(fā)展的重要因素。為連通車站范圍的斷頭路，只能通過修建不中斷鐵路行車的頂進式框架地道橋。相對于下穿鐵路區(qū)間段的地道橋，下穿鐵路站場及咽喉區(qū)的地道橋有規(guī)模大、工程條件差，涉及專業(yè)和鐵路主管部門多的特點。結合2個工程實例對同類型工程的重難點做出分析。

2 工程實例

2.1 京滬線K252+554滄州市維明路9 m-16.5 m-9 m三孔框架地道橋

維明路地道橋擬在京滬線K252+554處下穿滄州火車站北端，該里程處現(xiàn)有8條鐵路線和3座站臺，均為南北走向，電氣化鐵路。由西向東依次是:1號站臺、6道線、4道線、2號站臺、Ⅱ道線(京滬上行線)、Ⅰ道線(京滬下行線)、3號站臺、3道線、5道線、機走線、7道線，其中7道、機走線鋼軌類型為50 kg/m，其余均為60 kg/m。既有線東側有3條規(guī)劃鐵路站線，線間距為5 m，規(guī)劃鐵路站線距離既有線6.5 m，與既有鐵路并行等高布置。既有線的線間距由西向東依次為4.935、11.619、5.078、11.127、4.977、2.766、3.936 m。股道(Ⅱ道線和7道線)間最大軌底高差0.666 m。

規(guī)劃維明路位置現(xiàn)狀有1座單孔3 m×3 m箱涵下穿滄州火車站，箱涵頂、底板厚0.45 m，邊墻厚0.4 m，結構總高3.9 m，總寬3.8 m，里程為京滬線 K252+572。本次施工需要將既有箱涵拆除。

擬建橋位中線處既有寬5.4 m的平交道口，用于站內(nèi)行李車通過。

維明路地道橋總平面布置見圖1。

2.2 京滬線K179+538靜?？h東方紅路5 m-16.5 m-5 m三孔框架地道橋

東方紅路是靜?？h城中心區(qū)一條城市主干道，既有道路寬12 m，既有單孔箱涵寬12 m，東西走向，下穿靜?；疖囌?，位于站臺中部。擬新建5 m-16.5 m-5 m三孔框架地道橋，在原橋位處替代既有箱涵。

靜?；疖囌菊九_全長553 m，現(xiàn)有5條鐵路線和2座站臺，由西向東依次是:1號站臺、4道線、Ⅱ道線(京滬上行線)、Ⅰ道線(京滬下行線)、2號站臺、3道線、5道線。線路呈南北走向，鋼軌類型60 kg/m，鋼筋混凝土枕，最大軌底面高差為0.514 m(Ⅰ道線和5道線)。兩站臺面均為矮站臺，站臺面高于軌面30 cm，1號站臺停車標里程分別為K179+312、K179+797，2號站臺停車標里程分別為K179+311、K179+796，?？苛熊囎铋L為516 m。

東方紅路地道橋總平面布置見圖2，站臺平面示意見圖3。

3 重難點分析

3.1 現(xiàn)場勘察

詳細的現(xiàn)場勘察是整個設計工作的基礎，下穿鐵路站場地道橋由于周邊環(huán)境復雜，影響因素較多，現(xiàn)場勘察資料是否齊備，直接影響整個工程方案的可行性，現(xiàn)場勘察應包含常規(guī)地道橋的勘察項目和針對其特點的特殊勘察項目。

常規(guī)地道橋現(xiàn)場勘察［1］的項目主要有鐵路設備及設施、鐵路建(構)筑物和基坑影響范圍內(nèi)建(構)筑物等3方面。

3.1.1 鐵路設備及設施

勘察內(nèi)容包括:線路、道岔、接觸網(wǎng)、信號燈及附屬設施、鐵路管線和路基等方面。

圖1 維明路地道橋總平面布置(單位:m)

圖2 東方紅路地道橋總平面布置(單位:m)

圖3 站臺平面示意(單位:m)

(1)線路

工程所在線路區(qū)間名稱及線路各股道名稱;擬建道路中心線處鐵路(下行線)中心里程、各股道的軌面高程(中線及橋?qū)拑蓚?及線間距、該區(qū)段各股道的設計時速、行車密度、車輛類型、牽引種類、軌道類型、道床類型;橋位處的線路坡度、曲線要素。

(2)道岔

道岔類型、型號(9號、12號、12號提速道岔等)及編號;道岔全長、尖軌長及道岔各組成部分位置。

(3)接觸網(wǎng)、信號燈及輔助設施

接觸網(wǎng)懸掛類型及接觸網(wǎng)桿編號;信號燈、道岔轉轍機位置及編號。

(4)鐵路管線

信號電纜、通信電纜、電力電纜、給排水管線等位置及主要參數(shù)。

(5)路基

路基高度、路肩寬度等路基橫斷面尺寸;路基側向排水溝位置、建筑材料、斷面尺寸及流向;路基填料、基底處理方式;防護網(wǎng)位置及類型。

3.1.2 鐵路建(構)筑物

通過鐵路相關部門搜集既有建(構)筑物的設計圖、竣工圖及相關資料，并經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查獲取以下資料。

(1)橋梁、涵洞、隧道、房屋等建(構)筑物編號、里程。

(2)平面布置、埋深、結構類型、建筑材料、使用年限及狀態(tài)。

3.1.3 基坑影響范圍內(nèi)建(構)筑物

(1)需保護的建(構)筑物平面布置、結構類型、基礎類型、建筑材料、使用年限及狀態(tài)。

(2)受影響市政管線的類型、位置、材料、使用年限及狀態(tài)。

(3)搜集需保護的建(構筑物)及管線的設計圖、竣工圖等相關資料。

特殊勘察項目:機車停車位置標、?？空玖熊嚨能囶^與機車停車位置標的相互關系、各站臺端頭位置、?？空玖熊嚨能囶^和車尾與站臺端頭的相互關系、各站臺高度、名稱，站臺雨棚位置、站內(nèi)平交道口的寬度和使用情況、?？苛熊嚨拈L度、?？繒r間及上、下客情況等。

3.2 地道橋頂進［2］方案(圖4)

下穿鐵路站場的地道橋穿越股道和站臺較多，長度較大，通常采用分節(jié)施工。以滄州維明路地道橋為例，本橋穿越8股道和3座站臺，分成兩節(jié)施工。

方案一:中繼間［3］頂進方案

中繼間方案即前段橋體利用后段橋體作后背，用前、后段之間設置的中繼間千斤頂進行頂進。中繼間內(nèi)的千斤頂達到最大頂程后，前段橋體暫停前進，而后段橋體頂進。此時，前段中繼間的千斤頂隨著后段橋體的前進而回鎬。

頂進前段長25.241 m，頂進后段長45.649 m。變形縫［4］設置在3號站臺下方。地道橋總投影面積2 744.6 m2。

方案二:對頂［5］方案

對頂方案是在鐵路東西兩側各開挖1個工作坑，分別在兩側工作坑內(nèi)預制橋體，將地道橋?qū)斁臀弧?/p>

西段橋體長31.29 m，東段橋體長45.135 m。變形縫設置在線間距較大的4道線和Ⅱ道線之間。橋體頂進就位前開始對兩橋前懸臂分段切割，切一段頂一段。兩地道橋總投影面積2 957.6 m2。

圖4 地道橋縱剖面(單位:mm)

3.2.1 方案對比

投資估算，方案一總投影面積小，投資較小。

施工精度，由于持力層地基承載力［6］較低，即使通過頂進前注漿加固［7］也很難均勻提高，頂進時容易扎頭，采用方案二精度很難控制。

3.2.2 對鐵路的影響［8］

方案一，頂程77.116 m，按每鎬頂進0.6 m，每天頂進6鎬計算，共需25 d橋體頂進就位。

方案二，頂進速度同方案一，東橋頂程60.719 m，需25 d(包含切割前懸臂2.524 m，需分5次進行，每次按8 h計算)橋體就位;西橋頂程37.877 m(包含切割前懸臂4 m，需分8次進行，每次按8 h計算)，破除兩橋之間抗移樁和接長線路加固橫梁的時間約4 d，橋體就位需20 d。兩橋同時頂進時間為10 d，共需35 d橋體才能就位;東橋需要在京滬上行線中線距主框架邊緣2.475 m時開始切割前懸臂，同時西橋需要在4道線中線未上主框架時即開始切割前懸臂，切割過程用水量很大，積水浸泡路基容易引起塌方，風險較大;兩橋就位后需后補部分底板、側墻以及施作變形縫防水，所需時間較長，在兩線間施工時需要對橋體兩側土體進行防護，但11.619 m的線間距僅能做2根防護樁，無法滿足防護要求［9］。

方案二頂進時間長，施工風險大，推薦采用方案一。

3.3 站臺處理方案

地道橋下穿站場時，根據(jù)吊軌縱橫梁線路加固體系的特點，只有將線路中間部分站臺拆除才能進行。施工期間會導致部分旅客無法上、下車。

針對此工況，可依次考慮以下3種方案。

方案一:調(diào)整橋位，避開列車停靠范圍。

維明路、東方紅路均為既有道路，車站兩側道路已形成，橋位無法調(diào)整。

方案二:延長站臺，使列車?？课恢帽荛_施工影響范圍。

維明路地道橋工程中，1、2、3號站臺端頭延伸至擬建橋上約9 m，站內(nèi)平交道口位于擬建橋中線附近，所以頂進前需臨時拆除部分站臺(線路加固影響范圍)及道口以施作線路加固系統(tǒng)。為保證施工期間乘客正常上下車，可在車站南端對部分站臺接長，使列車?？课恢谜w南移，避開施工影響范圍，并在站臺南端設置臨時平交道口，保證站內(nèi)行李車能在3座站臺之間通行。故方案二可行。

東方紅路地道橋工程中，通過對靜海火車站?？苛熊?4 h不間斷的記錄發(fā)現(xiàn)，列車停車位置有的不到停車標，有的超出停車標，但所有列車?？课恢镁怀^鋼軌絕緣接頭。1號站臺?？苛熊囎铋L為516 m，新建框架橋施工影響范圍按55 m計算(含線路加固影響范圍)，從施工邊線距北側線路絕緣接頭430.5 m，列車長度約516 m，無法滿足?？恳蟆Ｍ瑯?，2號站臺也無法滿足。如果延長站臺，需將2座站臺各加長100 m才能滿足施工期間列車?？恳?，工程量較大且場地不滿足。故方案二不可行。

方案三:橋位、站臺都不變，施工期間設臨時站臺供旅客上、下車。

以東方紅路地道橋為例。在方案階段，臨時站臺設計主要采用木結構，具體做法是:在線路加固縱梁上放置10 cm×10 cm的方木作為臨時站臺橫梁，用單根長度為4 m的方木接長而成。方木與工字鋼縱梁之間墊木塊用以調(diào)整站臺高度，方木上滿鋪厚5 cm，寬20 cm，長4 m的木板，縱梁、方木、木板通過鐵絲固定。本做法無法滿足原矮站臺的要求，需將站臺面高程調(diào)整至相鄰軌面高程以上1.1 m，使臨時站臺形成高站臺。在方案設計審查會中，鐵路主管部門認為，這種臨時站臺的做法雖然輕便、可調(diào)性較高，但由于在地道橋頂進期間，線路加固縱梁變形較大，使臨時站臺存在較多安全隱患，容易傷及乘客。

在施工圖設計中，將臨時站臺改為鋼便橋形式，在地道橋兩側分別做樁及冠梁，作為鋼便橋基礎，在冠梁上搭設I63b型鋼，間距1 m，作為便橋鋼梁，鋼梁上滿鋪5 mm厚防滑鋼板與鋼梁焊接牢固，為減小便橋撓度，在跨中設支點作用于線路加固體系的縱梁上，在臨時高站臺和既有矮站臺相接的地方設置了2種過渡方式，臺階過渡供乘客使用，坡道過渡供站臺上行李車通行。如圖5所示。

圖5 鋼便橋臨時站臺橫斷面(單位:mm)

采用鋼便橋作為臨時站臺的優(yōu)點是:臨時站臺與線路加固系統(tǒng)僅通過一個點連接，無論線路加固系統(tǒng)變形大小，都不影響臨時站臺的使用，整體剛度和穩(wěn)定性較好。在鐵路主管部門組織的審查會中，鋼便橋臨時站臺的做法得到了專家們的認可。

3.4 線路加固方案

站場內(nèi)股道數(shù)較多，股道間高差較大，以維明路地道橋為例，本工程下穿8股道中最大軌底高差0.666 m，若按常規(guī)線路加固方式軌底至地道橋頂面0.8 m考慮，當最低的股道滿足0.8 m時，最高的股道下方將有1.466 m的高度，施工期間需在線路加固橫梁上墊多層枕木［10］調(diào)整高度，穩(wěn)定性較差。

遇到這種工況可通過2種方案減小高差:

(1)對最低的股道進行抬道，此方案影響范圍較大，在岔區(qū)時不適用;(2)最低軌底面至橋頂面高度按最小值H控制。H=5 cm(絕緣板)+40 cm(I40b型鋼橫梁)+5 cm(調(diào)整空間)+10 cm(小滑車)=60 cm［11］。

由于維明路地道橋北側已經(jīng)進入岔區(qū)，抬道影響范圍太大，所以采用第二種方案。

3.5 拆舊橋［12］頂新橋(圖6)

圖6 新橋頂進、舊橋拆除循環(huán)示意(單位:cm)

以維明路地道橋為例。既有箱涵與擬建地道橋夾角為6°。由于部分既有橋位于擬建橋范圍內(nèi)，部分位于擬建橋范圍外，所以既有箱涵拆除時無法按常規(guī)做法隨頂隨拆。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定拆除方案如下。

既有箱涵在擬建橋體范圍內(nèi)時，采用繩鋸切割頂板，采用片鋸切割墻體，采用破碎炮破碎墻體與底板連接處，使墻體與頂板混凝土滑落。既有箱涵拆除1.0 m，新建橋體向前頂進1.0 m，以此循環(huán)，墻體與頂板切割可超前擬建橋體3.0～4.0m，底板破碎可錯后墻體1.0～2.0 m。

既有箱涵與擬建橋體相交時，采用繩鋸切割頂板，采用片鋸切割墻體與部分底板，待擬建橋體頂距既有箱涵0.5 m處，用片鋸縱向切割底板，分段移出橋內(nèi)。及時回填既有箱涵剩余部分與擬建橋體之間土體。擬建橋體每次頂進1.0 m，以此循環(huán)。新橋就位后對剩余既有箱涵填充段進行二次注漿回填。

此拆除方案已通過了鐵路主管部門的審查。

4 結語

京滬線K252+554滄州市維明路地道橋和京滬線K179+538靜?？h東方紅路地道橋兩個工程設計涵蓋了地道橋設計中幾乎所有的重、難點，包含:拆舊橋、多組接觸網(wǎng)桿改移、地基承載力不足、地下水位高、拆除及恢復站臺和平交道口、分節(jié)頂進、穿越鐵路站場或咽喉區(qū)、臨時站臺設置等，通過對兩個項目設計過程的分析總結，可以對類似工程設計起指導作用。

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