京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁方案研究

曹 健，田萬俊，龔寶中

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁方案研究

曹 健，田萬俊，龔寶中

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐工程跨越秦沈客運專線和多條普速鐵路、河流、市政道路等，特殊結構橋梁多。在時間空間均受限的條件下，通過對丁香湖疏解區(qū)和大成站疏解區(qū) “穿針引線”的橋梁方案研究，保證工程的順利實施；通過結構形式研究，保證施工時的既有線運營安全并減少對城市基礎設施的干擾。對橋梁方案因地制宜的嘗試和永臨結合的設計，為高速鐵路引入樞紐的線形優(yōu)化創(chuàng)造條件，節(jié)約城市用地，使鐵路建設與城市規(guī)劃更加融合，實現(xiàn)投資節(jié)約化，施工標準化，運營安全化，養(yǎng)護便捷化。

京沈客運專線；沈陽樞紐；橋梁方案；框架墩；剛架；簡支拱

1 概述

京沈客運專線是國家中長期鐵路網規(guī)劃“四縱四橫”客運專線主骨架的重要組成部分，是鐵路“十二五”規(guī)劃的重大項目。線路起自北京星火站，經河北省承德市，遼寧省朝陽市、阜新市，接入沈陽站，全長697 km，設計時速350 km，計劃2019年竣工通車。

引入沈陽樞紐工程起點為DK686+300，客運專線正線向東經丁香特大橋跨越新開河和既有秦沈客運專線，然后下穿二環(huán)路立交橋，經大成特大橋高架通過大成站，沿既有秦沈客運專線右側進入皇姑屯站5、6道，通過既有沈皇客運專線聯(lián)絡線引入沈陽站高速場[2]。

丁香湖疏解區(qū)：(1)新建京沈客運專線自北向南采用框架墩跨越秦沈下轉京沈下聯(lián)絡線、既有秦沈客運專線、秦沈上轉京沈上聯(lián)絡線后引入大成站，施工框架墩和基礎期間既有秦沈客運專線需改道施工便線行車。(2)新建京沈與秦沈之間的4條聯(lián)絡線。秦沈下轉京沈下聯(lián)絡線上跨秦沈上轉京沈上聯(lián)絡線后跨越新開河，同時下穿京沈客運專線后再上跨既有秦沈客運專線和秦沈上轉京沈上聯(lián)絡線；秦沈上轉京沈上聯(lián)絡線占用既有沈山下行線；京沈上轉秦沈上聯(lián)絡線占用部分既有沈山上行；最北側的京沈下轉秦沈下聯(lián)絡線并行京沈客運專線跨越新開河后，跨越電廠和污水處理設施，減少重大拆遷。(3)最南側的改建沈山上行線不能侵入河道且距離高層小區(qū)敏感點不能小于50 m環(huán)境保護要求。(4)改建沈山下行線下穿既有秦沈線路基后上跨新開河后并行改建沈山上行線，施工下穿剛架期間既有秦沈客運專線需改道施工便線行車。(5)秦沈施工便線小里程段施工期間對既有秦沈客運專線和既有沈山下行線行車產生干擾，大里程段需考慮與最北側的京沈下轉秦沈下聯(lián)絡線部分墩臺基礎永臨結合。如圖1所示。

圖1 丁香湖疏解區(qū)平面示意

大成站疏解區(qū)：結合秦沈、沈山普速客車進沈陽北站雙線徑路的要求，在大成站站內及出站端預留了修建沈山復線線位及橋位的布置條件。

丁香湖疏解區(qū)和大成站疏解區(qū)的引入方案是以橋梁方案為主導。

2 丁香湖疏解區(qū)橋梁方案

區(qū)域內既有線從北至南分別為：秦沈客運專線雙線大橋、既有沈山下行線、既有沈山上行線，其中沈山下行線下穿秦沈客運專線新開河大橋的框架墩后上跨新開河；河道自東北方向正交穿過3條既有線后急轉90°并行既有沈山上行線往西北方流去；北側為丁香湖景區(qū)，東側為沈陽市電廠和污水處理設施；南側為高層居民區(qū)。通道空間狹小，高程要求苛刻，敏感點多，防護標準高，過渡方案復雜，施工難度大。如圖2所示。

圖2 丁香湖疏解區(qū)鳥瞰

2.1 正線丁香特大橋與秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋的跨線方案

京沈客運專線丁香特大橋分別跨越新開河、秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線、秦沈客運專線[3]、秦沈上行轉京沈上行聯(lián)絡線。全橋長1 957.72 m。

跨越新開河處與河流相交右角為70°。線位跨越河流處河床順直，斷面規(guī)則，河槽明顯，無邊灘，水流平緩，河槽基本上無植被，堤壩兩側淺密草叢覆蓋?？缭角厣蛳罗D京沈下行聯(lián)絡線處與線路相交右角為162°，凈高要求6.55 m?？缂扔须p線秦沈客運專線，右角為168°，凈高要求6.55 m。

秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋為單線橋，分別跨越秦沈上行轉京沈上行聯(lián)絡線、新開河、秦沈客運專線，全橋長1 366.20 m。

平面上的空間狹小且控制點集中，立面上正線坡度雖然均已采用最大值(±30‰)，但四層鐵路橋梁交織跨越仍顯捉襟見肘。

秦沈下轉京沈下聯(lián)絡線從線路所道岔直線引出，在滿足過渡段[4]要求的前提下，與既有秦沈客運專線丁香湖大橋同時起橋且需注意既有橋6號墩框架墩橫梁[5]較長，1號-2號墩需跨越秦沈上行轉京沈上行聯(lián)絡線(利用了既有沈山下行線)，此處為丁香湖疏解區(qū)高程控制基準點，合理確定此處高程能為后面的四層立交高程創(chuàng)造更為有利條件。方案一擬采用32 m鋼桁梁或槽形梁跨越。優(yōu)點：梁高小。缺點：橋墩和頂帽橫向寬度較大，需要增加跨越交叉角度才能滿足凈空要求，會引起污水處理設施的拆遷，影響總體施工方案的工期要求。方案二擬采用32 m簡支T梁。優(yōu)點：預制架設[6]施工方法，橋墩和頂帽橫向尺寸小，以最小的交叉角度實現(xiàn)跨越，減少重大拆遷和節(jié)約總體工期。缺點：梁高較前者高1.0 m。經研究后選擇以方案二實施。

正線丁香特大橋23號～27號墩需要同時跨越新開河與秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線。方案一擬采用1-71 m簡支拱+框架墩跨越。優(yōu)點：對秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋的孔跨布置影響小；梁部結構造型美觀。缺點：豎曲線[7]半徑需要調整為R=15 000 m后高程才滿足要求；承臺基礎較大，對秦沈客運專線干擾大；滿堂支架現(xiàn)澆施工，支架高度25 m以上且下方有河流施工風險高。方案二擬采用4-16 m簡支箱梁[8]+框架墩跨越。優(yōu)點：可滿足現(xiàn)有線路標準豎曲線半徑R=10 000 m；承臺較小，對秦沈客運專線干擾較小；預制架設施工。缺點：基礎布置需與秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋結合且需滿足最小樁間距[9]要求；美觀度略顯不足。經研究后選擇以方案二實施。24號～25號框架墩順河道與秦沈客運專線新開河大橋橋墩對孔布置，減小對河道干擾，框架墩橫梁長度既要滿足與秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋6號～7號墩樁基和秦沈客運專線新開河大橋13號～14號墩樁基最小樁間距要求，又要滿足秦沈下行轉京沈下行聯(lián)絡線特大橋接觸網回流線限界要求。如圖3所示。

圖3 丁香特大橋仰視效果圖

2.2 改沈山下行線剛架與秦沈便線1號橋安全防護

秦沈客運專線便線是丁香湖疏解區(qū)最重要的時間控制點和距離繁忙干線最近的困難點。

便線、秦沈客運專線和兩條聯(lián)絡線采用剛架結構跨越改沈山下行線，剛架的樁基礎同時兼顧防護樁的作用，減少了秦沈客運專線運營期間的施工風險。如圖4所示。

圖4 改沈山下行線剛架下鉆便線、秦沈客運專線和兩條聯(lián)絡線平、立面示意

本橋便線部分施工順序：(1)填筑便線路基。(2)1號梁板a部分下部樁基礎施工。(3)1號梁板a部分施工。(4)邊墻混凝土[10]過渡塊及附屬工程等施工。(5)鋪設道砟及軌道結構等。

秦沈及聯(lián)絡線部分施工：(1)秦沈便線竣工通車，改沈山北道上行線通車。(2)填筑剛架范圍地面至秦沈線路基高度。(3)1號梁板b部分、2號梁板、3號梁板下部樁基礎施工。(4)1號梁板b部分施工、2號梁板、3號梁板施工。(5)邊墻混凝土過渡塊及附屬工程等施工。(6) 鋪設道砟及軌道結構等。

改沈山下行線部分施工：(1)改沈山下行線施工時前由路基專業(yè)設置擋墻與本橋結構順接。(2)在橋下分層挖土。(3)樁基掛網噴漿護面。

便線跨越秦沈上轉京沈上行聯(lián)絡線(利用既有沈山下行線)因交叉角度小、既有沈山線運營繁忙、考慮梁體的再利用等因素，決定使用標準簡支梁跨越。樁基承臺設計為六角形，減少了鉆孔樁與既有線的距離，承臺底高程置于地面處，避免了基坑開挖對既有線的影響。

2.3 京沈下轉秦沈下行線特大橋與秦沈便線2號橋的永臨結合方案

丁香湖疏解區(qū)東側為沈陽市電廠和污水處理設施，在保證技術條件的前提下，通過對橋梁方案的永臨結合，為線形優(yōu)化創(chuàng)造了條件，節(jié)約了寶貴的城市用地，避免了重大拆遷，節(jié)約了工程投資。

京沈下轉秦沈下行線特大橋的26號墩至36號臺完全利用秦沈便線2號大橋的所有上、下部結構。如圖5所示。

第一步：施工秦沈便線通行，同時須在便線通行前完成秦沈下轉京沈下特大橋的近線間距處的橋墩基礎施工。

第二步：既有秦沈線恢復通行后拆除臨時結構，施工京沈下轉秦沈下特大橋同時對秦沈下轉京沈下特大橋架梁。

圖5 永臨結合平面示意(單位：cm)

3 大成站疏解區(qū)橋梁方案

區(qū)域內既有線從北至南為：秦沈客運專線大成特大橋跨越衛(wèi)工街、衛(wèi)工渠，既有沈山上下行線和多條站線通過框構跨越衛(wèi)工街、衛(wèi)工渠，既有線兩側為中高層居民區(qū)。如圖6所示。

圖6 既有秦沈客運專線大成特大橋衛(wèi)工街與衛(wèi)工渠

3.1 衛(wèi)工街和衛(wèi)工渠的橋梁方案

衛(wèi)工街框構孔徑為14.5 m+14.5 m，東側為衛(wèi)工渠涵洞，北側的既有秦沈線以32 m簡支梁跨越衛(wèi)工街U形槽。盡早地將衛(wèi)工街、渠北側接長，把既有沈山上下行線騰挪出位置后，能為京沈客運專線大成特大橋的實施創(chuàng)造條件。但橋梁方案的選擇存在很多難點：衛(wèi)工街的接長需拆除既有U形槽結構，且接長后的結構距離既有秦沈客運專線大成特大橋40號墩承臺1.2 m；衛(wèi)工渠水流較急，流量18 m3/s，施工期間衛(wèi)工渠的防排水問題突出；周圍地下管線密布且不乏大型的給水、熱力、工業(yè)管線等；衛(wèi)工街為城市主干道，交通量大，施工期間必然對城市基礎設施的運營造成較大干擾。如圖7所示。

通過綜合比選將接長框構和框架涵調整為樁基礎的空間框架結構。衛(wèi)工街連續(xù)剛架中橋緊鄰既有城市道路框構橋，邊墻及中墻沿既有框構邊墻和中墻方向延伸設置，中墻采用3根上部為φ0.8 m，下部基礎為φ1.0 m樁柱式橋墩，為避免過多占壓既有道路，邊墻采用φ1.5 m防護樁+冠梁兼結構邊墻的形式，邊孔加大至17.0 m，設在既有U形槽邊墻之外。本橋孔跨為17.0 m+17.0 m。衛(wèi)工渠剛架小橋上部采用1-6.5 m剛架，下部采用φ1.2 m鉆孔灌注樁[11]基礎。

圖7 衛(wèi)工街衛(wèi)工渠接長處與大成特大橋平面示意

樁板結構替代復合地基的處理方案解決了諸多困難：(1)避免基坑開挖造成地基應力釋放，引起既秦沈客運專線39號、40號橋墩基礎的不均勻沉降。(2)樁柱式鉆孔樁既為永久基礎，又兼顧了防護措施的作用。(3)剛架結構邊孔加大至17.0 m跨出既有U形槽，起到了對既有設施的利用和保護的作用，且在施工期間大大減少了防排水的困難。(4)避免了修建框構底板對城市主干道影響大的缺點，采用門式支架預留棚洞施工方法，便于行人和車輛的通行，對重要管線的干擾小。(5)保證新建結構的耐久性[12]和穩(wěn)定性。

3.2 大成特大橋

京沈客運專線大成特大橋分別跨越秦沈沈山站內聯(lián)絡線、既有秦沈線框架墩基礎、改沈山上下行線、站內渡線、衛(wèi)工街、衛(wèi)工渠，全橋長2 032.45雙延米。

采用16 m簡支梁+框架墩跨越秦沈沈山站內聯(lián)絡線，凈高要求6.55 m。采用16 m簡支箱梁+框架墩跨越改沈山上下行線，右角171°18′00″，凈高要求6.55 m。采用1-71.5 m簡支拱跨越既有衛(wèi)工街2-14.5 m框構和衛(wèi)工渠1-7 m涵洞，相交右角分別為85°、86°。線路提供平立交道要求：衛(wèi)工街凈高5 m，凈寬要求(3.5+22+3.5) m。站內渡線，右角21°59′13″，凈高要求6.55 m。如圖8所示。

圖8 大成特大橋43號～47號墩立面示意(單位：cm)

4 結語

因受既有秦沈客運專線和多條普速鐵路、河流、市政基礎設施、住宅區(qū)等外部條件控制，在保證京沈客運專線及其相關聯(lián)絡線與改建線的技術標準和既有線安全的前提下，丁香湖疏解區(qū)和大成站疏解區(qū)的橋梁方案研究成果為正在穩(wěn)步推進的工程建設解決了多個難題，并獲得了良好的社會和經濟效益。

(1)框架墩孔跨的合理布置解決了控制點集中，跨線、跨河交叉角度小的問題，減少了對既有線的影響。

(2)施工過渡設計中采用的永臨結合的橋梁設計方案，減少了工程投資。

(3)優(yōu)化后的空間剛架結構降低了臨近秦沈客運專線的施工風險，減少了對城市基礎設施的干擾。

橋梁方案的研究成果為京沈客運專線引入沈陽樞紐創(chuàng)造了條件，降低了數(shù)億的拆遷和改造費用，節(jié)約了寶貴的城市用地，使鐵路建設與城市規(guī)劃更加融合，為今后高速鐵路引入大型鐵路樞紐的建設提供了良好的借鑒。

[1] 李義兵.鐵路客運專線橋梁設計研究[J].鐵道標準設計，2006 (6)：22-24.

[2] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.新建北京至沈陽鐵路客運專線沈陽樞紐施工圖[Z].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2014.

[3] 王召祜.客運專線橋梁設計研究[J].鐵道標準設計，2005(4)：26-31.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[5] 田萬俊.預應力混凝土框架墩設計研究[J].鐵道標準設計，2003(8)：67-69.

[6] 鄭健.中國高速鐵路橋梁[M].北京：高等教育出版社，2008.

[7] 國家鐵路局.TB10621—2014高速鐵路設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[8] 孫樹禮.京滬高速鐵路橋梁工程[J].鐵道標準設計，2008(6)：1-4.

[9] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[10]中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005..

[11]馮利波.北京動車段走行線特殊結構橋梁設計[J].鐵道標準設計，2012(3)：50-53.

[12]中華人民共和國鐵道部.TB10005—2010鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

Research on Bridge Options for Integration of Beijing-Shenyang Dedicated Passenger Railway into Shenyang Railway Junction

CAO Jian， TIAN Wan-jun， GONG Bao-zhong

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

The Beijing～Shenyang dedicated passenger railway integrated into Shenyang railway junction crosses Qin～Shen dedicated passenger railway and several normal speed railways， rivers， municipal roads with many special structure bridges. Under limited conditions for time and space， the researches on the bridge scheme of the Clove Lakes region and the Dacheng station area ensures the smooth implementation of the project. Through the study of structures， the operational safety of existing lines during the construction is guaranteed and the impact on urban infrastructure is reduced. The attempt to solve local problems in view of local conditions and the combined design of temperate and permanent projects helps the optimization of high-speed railway alignment into the railway junction， which， in turn， saves urban land and harmonizes the railway construction with urban planning and fulfills investment reduction， construction standardization， safe operation and easy and quick maintenance.

Beijing-Shenyang dedicated passenger railway; Shenyang railway junction; Bridge scheme; Frame pier; Rigid frame; Simply supported arch

2015-04-30；

2015-05-06

曹 健(1983—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于西南交通大學橋梁工程專業(yè)，工學學士，E-mail:vitamin_cj@163.com。

1004-2954(2015)11-0064-04

U442.5+4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.016