天津外環(huán)線東北部調(diào)線工程跨越北環(huán)鐵路方案研究

曹全

(北京鐵路局，北京100860)

天津外環(huán)線東北部調(diào)線工程跨越北環(huán)鐵路方案研究

曹全

(北京鐵路局，北京100860)

針對天津外環(huán)線東北部調(diào)線上跨北環(huán)鐵路立交工程，綜合考慮鐵路安全要求和市政道路建設(shè)需要，進(jìn)行了頂推預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、轉(zhuǎn)體T構(gòu)和架設(shè)簡支梁等多方案論證，確定頂推預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案為適合工點(diǎn)的推薦方案，并對推薦方案的主體結(jié)構(gòu)、臨時(shí)結(jié)構(gòu)、頂推施工等的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了研究，可為困難條件下公鐵交叉工程提供參考。

繁忙干線鐵路 公鐵立交 方案研究

1 工程概況

天津外環(huán)線東北部調(diào)線從南向北跨越既有北環(huán)鐵路雙線和三條專用線，跨越位置位于既有北環(huán)線大畢莊東側(cè)約1.6 km處，道路與北環(huán)線交角為79°。三條專用線分別為熱電廠專用線、棉麻庫專用線、全程物流專用線，均為運(yùn)營鐵路。其中全程物流專用線以250 m半徑逐漸向北偏移。

既有北環(huán)鐵路為國鐵Ⅰ級貨運(yùn)鐵路，電力牽引，每天運(yùn)行117對車，通行密度極大。北環(huán)鐵路規(guī)劃在上、下行兩側(cè)均預(yù)留聯(lián)絡(luò)線接入條件，線間距5.3 m，專用線在聯(lián)絡(luò)線接入后相應(yīng)往外側(cè)平移。全程物流專用線北側(cè)為華糧道，水泥路面，道路寬7 m，該道路為進(jìn)出物流區(qū)和糧庫的唯一道路。

天津外環(huán)線東北部調(diào)線道路等級為城市快速路，全寬46 m，分兩幅設(shè)計(jì)，單幅橋?qū)?0.75 m，路面形式為0.5 m防撞墻+19.75 m行車道+0.5 m防撞墻+ 4.5 m中央隔離帶+0.5 m防撞墻+19.75 m行車道+0.5 m防撞墻。橋梁設(shè)計(jì)荷載采用城—A級，采用公路Ⅰ級荷載進(jìn)行檢算。

道路與鐵路交叉平面關(guān)系如圖1。

圖1 道路與鐵路交叉平面布置(單位:m)

根據(jù)平面圖，公路橋孔跨設(shè)計(jì)需一跨跨過既有五條鐵路及北側(cè)華糧道，同時(shí)應(yīng)為鐵路規(guī)劃預(yù)留條件，南側(cè)按照基礎(chǔ)不侵入既有鐵路坡腳及橋墩邊緣至回流線≥5 m控制，北側(cè)按照基礎(chǔ)不侵入公路路面控制，擬定主跨度跨徑應(yīng)≥50 m。既有線南、北側(cè)均有一條規(guī)劃路，跨越鐵路橋孔的兩側(cè)邊孔應(yīng)與規(guī)劃路結(jié)合，滿足規(guī)劃路跨越條件。

北環(huán)鐵路預(yù)留鐵路雙層集裝箱運(yùn)輸裝載限界條件，橋下凈高≥7.96 m，并預(yù)留沉降及既有鐵路抬道要求，與考慮承力索至梁底的距離因施工過程中不斷電＞0.7 m比較，取最不利條件控制，橋下凈高按照8.7 m控制。

2 橋梁跨越方案比選

本工點(diǎn)跨越既有繁忙貨運(yùn)鐵路，橋式方案的選擇必須滿足鐵路運(yùn)營安全與鐵路規(guī)劃要求，減少由于橋梁建設(shè)引起的鐵路運(yùn)營損失。橋位處地勢平坦，跨越鐵路前后縱坡分別3.5%的上坡和－3.5%的下坡，橋梁段落內(nèi)坡度已用足;考慮施工過程中的電氣化鐵路絕緣要求和后期橋梁養(yǎng)護(hù)維修問題，跨越孔不宜采用鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)合本工程實(shí)際情況，可選用的方案有頂推混凝土連續(xù)梁方案、轉(zhuǎn)體混凝土T構(gòu)方案和架設(shè)混凝土簡支梁方案。

2.1 頂推箱梁方案

頂推的基本施工方法為先在邊跨現(xiàn)澆頂推梁段，在頂推路線的各主體橋墩之間設(shè)置臨時(shí)墩，各墩上設(shè)置滑道，通過千斤頂拽拉牽引索克服滑塊與滑道之間的摩擦來實(shí)現(xiàn)梁體向前推進(jìn)，達(dá)到目標(biāo)梁位。

本案例頂推箱梁方案可采用等高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，分左右幅設(shè)計(jì)，同步頂推，主跨徑采用50 m，邊跨采用30 m，箱梁截面采用單箱四室截面，梁高2.9 m。下部結(jié)構(gòu)采用矩形擴(kuò)頭墩和樁基礎(chǔ)，主墩基礎(chǔ)可采用8根φ1.5 m的鉆孔樁。

頂推方案立面布置和施工示意如圖2、圖3所示。

圖2 頂推連續(xù)梁立面示意(單位:m)

圖3 頂推施工示意

頂推箱梁方案的主要優(yōu)點(diǎn):梁高較小，可有效降低縱斷面以減小全橋橋高;基礎(chǔ)形式簡單，尺寸、基坑開挖深度小，對既有路基邊坡破壞較小;兩側(cè)調(diào)跨條件較好，對地方道路規(guī)劃影響小;施工對既有鐵路運(yùn)營影響較小;雙幅橋可同時(shí)頂推，亦可分幅頂推施工，施工靈活性高;造價(jià)較低經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。主要缺點(diǎn)是需設(shè)置導(dǎo)梁和臨時(shí)墩等臨時(shí)設(shè)施，臨時(shí)墩布置需占用既有棉麻庫專用線鐵路位置，施工期間需要臨時(shí)中斷行車。

2.2 轉(zhuǎn)體T構(gòu)方案

轉(zhuǎn)體施工的基本原理為先施工轉(zhuǎn)體段梁部及下部結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)體墩下設(shè)置轉(zhuǎn)體平臺(tái)，可利用樁基礎(chǔ)承臺(tái)，在平臺(tái)和橋墩之間設(shè)置轉(zhuǎn)體球鉸，利用千斤頂拉動(dòng)牽引索帶動(dòng)球鉸以上梁部和橋墩沿一個(gè)方向做轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)，達(dá)到目標(biāo)梁位。

本案例采用轉(zhuǎn)體施工橋跨可選56+54 m，根部梁高5.1 m，邊支點(diǎn)梁高1.8 m，梁底線形按二次拋物線變化，下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁橋墩和樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)初擬28根φ1.2 m的鉆孔樁。

轉(zhuǎn)體T構(gòu)立面示意如圖4所示。

轉(zhuǎn)體T構(gòu)方案主要優(yōu)點(diǎn):在鐵路上方施工時(shí)間短，要點(diǎn)次數(shù)少，對既有鐵路運(yùn)營影響小;轉(zhuǎn)體施工安全性高。主要缺點(diǎn):T構(gòu)根部梁高較大，需抬高橋面高程、增加橋長;需要沿鐵路線搭設(shè)支架，會(huì)對鐵路路基邊坡造成一定范圍的破壞;基礎(chǔ)尺寸、基坑深度大，基坑施工對既有鐵路邊坡影響大，防護(hù)工作量大;必須保證兩幅橋同步作業(yè)，對施工精度要求高，施工靈活性差;采用T構(gòu)方案調(diào)跨條件差，兩側(cè)跨越規(guī)劃道路難度大，同時(shí)轉(zhuǎn)體方案投資較高。

2.3 架設(shè)簡支梁方案

預(yù)制架設(shè)簡支梁方案可采用的梁型有T梁、箱梁和結(jié)合梁等。實(shí)施期間需在鐵路上方進(jìn)行頻繁的無序架梁作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大;各片梁之間的濕接縫施工沒有完美的解決辦法，不能杜絕在鐵路上方施工的安全隱患，且濕接縫存在一定的耐久性問題，后期的檢查維修實(shí)施起來也很困難。特別是對于本工程而言，由于需要的跨度較大(45～50 m)，梁體重量大，在繁忙貨運(yùn)干線上架設(shè)大跨度簡支梁安全風(fēng)險(xiǎn)大，故不宜采用。

2.4 方案比選

頂推連續(xù)梁方案和轉(zhuǎn)體T構(gòu)方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

圖4 轉(zhuǎn)體T構(gòu)立面示意(單位:m)

表1 方案比較

頂推箱梁方案比較T構(gòu)轉(zhuǎn)體方案而言，可減低橋面高程、減少引橋長度，從而大大降低了橋梁工程造價(jià)，而頂推施工對于貨運(yùn)鐵路的運(yùn)營影響在可控范圍之內(nèi)，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢更明顯，選用頂推箱梁方案作為本工程的推薦方案。

3 推薦方案設(shè)計(jì)研究

連續(xù)梁全聯(lián)長度采用(30+50+30)m，結(jié)合臨時(shí)墩布置和頂進(jìn)施工流程，頂進(jìn)梁部節(jié)段長取62 m。推薦方案橋型布置參見圖2。

3.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

頂推梁部一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，且為了適合頂推，多采用等高整體箱梁，為滿足頂推過程中不斷體系轉(zhuǎn)換的受力要求及相關(guān)構(gòu)造要求，采用單箱四室結(jié)構(gòu)，梁高2.9 m，懸臂寬2.5 m。箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置需考慮體系轉(zhuǎn)換受力的需要，永久束分批張拉，并適當(dāng)考慮少量臨時(shí)鋼束。箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算。

下部結(jié)構(gòu)考慮景觀需要，并和前后段落橋墩樣式統(tǒng)一，采用雙柱花瓶形橋墩，矩形截面，截面尺寸過渡墩采用2.2 m×3.6 m，主墩采用2.5 m×3.6 m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。橋墩均采用右傾10°設(shè)計(jì)。

跨越既有鐵路的公路橋橋面采用SS級加強(qiáng)型防撞護(hù)欄，高度采用1.3 m，并在防撞護(hù)欄上按《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求安裝防護(hù)屏，兩者總高度不小于2.2 m?？缭借F路上方主跨不設(shè)泄水孔，在主墩處設(shè)置集中排水，通過泄水管下爬至地面排水;兩側(cè)邊跨設(shè)置直排式泄水孔。市政公路橋橋面需設(shè)置照明、交通標(biāo)志和智能交通設(shè)施，為避免危及鐵路運(yùn)營安全，原則上跨鐵路主跨范圍內(nèi)均應(yīng)避免設(shè)置燈柱、交通牌等設(shè)施。

3.2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)導(dǎo)梁

導(dǎo)梁作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)一般采用鋼結(jié)構(gòu)，多為工字形和箱形截面，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)梁剛度取頂推梁部的1/5～1/9。本工程實(shí)例橋面較寬，在靠近邊箱的兩個(gè)中腹板上各設(shè)一處導(dǎo)梁，導(dǎo)梁長20 m，兩片導(dǎo)梁間采用鋼管組合K形支撐，將兩幅導(dǎo)梁焊接成整體。經(jīng)過計(jì)算，導(dǎo)梁各階段最大應(yīng)力81.6 MPa，最大撓度15.1 mm，滿足規(guī)范要求。在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)線形控制，并做好導(dǎo)梁與臨時(shí)墩搭接的過渡措施。

導(dǎo)梁與箱梁的連接一直是頂推施工的薄弱點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)中采用鋼箱梁截面直埋入混凝土梁中的方法，鋼箱梁腹板采用φ60 mm PBL剪力鍵與混凝土梁體連接，鋼箱梁上下翼緣內(nèi)側(cè)設(shè)置φ22 mm剪力釘。

2)臨時(shí)墩、限位墩布置

現(xiàn)澆頂推段箱梁之前，在各永久墩之間設(shè)置臨時(shí)支墩，跨度在10 m左右，頂推范圍內(nèi)每個(gè)主墩和臨時(shí)墩側(cè)均設(shè)置限位裝置(圖5)。臨時(shí)墩設(shè)計(jì)根據(jù)頂推施工過程模擬，豎向受力根據(jù)梁部頂推過程最不利狀態(tài)計(jì)算，水平力根據(jù)頂推中的豎向力乘以滑道梁表面摩擦系數(shù)，并考慮結(jié)構(gòu)重力在縱坡方向上的分力得到，頂推啟動(dòng)時(shí)，按靜摩擦系數(shù)≤0.08設(shè)計(jì)，頂推過程中按動(dòng)摩擦系數(shù)≤0.045設(shè)計(jì)。

圖5 限位裝置示意

3)頂推、牽引及錨固裝置

牽引裝置包括千斤頂及牽引索。千斤頂為ZLD系列千斤頂，單幅橫向共2個(gè)，間距3.1 m，布置在反力座之內(nèi)。牽引索采用15-15預(yù)應(yīng)力鋼絞線及其相應(yīng)錨具。

在頂推段箱梁后端橫梁上設(shè)置拉錨器，拉錨器采用鋼板焊接而成，通過在箱梁內(nèi)預(yù)埋螺桿與箱梁連接，橫向?qū)?yīng)于牽引墩置于箱梁底部。

4)滑動(dòng)裝置

滑動(dòng)裝置由滑道梁和滑板組成，在每個(gè)永久墩及臨時(shí)墩上設(shè)置滑道梁，橫向間距7.3 m?；懒翰捎娩摪搴附咏M成，滑板為四氟滑板。施工時(shí)要保證滑道梁與滑板之間的動(dòng)摩擦系數(shù)不得＞0.045，靜摩擦系數(shù)不得＞0.08。四氟滑板抗壓強(qiáng)度≥10 MPa。

3.3 頂推施工流程及施工要點(diǎn)

頂推施工參見圖3。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)布置，按導(dǎo)梁行進(jìn)到既有北環(huán)鐵路接觸網(wǎng)立柱位置為在既有北環(huán)鐵路上方施工范圍，并列為要點(diǎn)施工時(shí)段，共計(jì)47 m。可分3次要點(diǎn):第1次到導(dǎo)梁搭上靠北環(huán)鐵路側(cè)臨時(shí)墩，按12 m/h行進(jìn)速度計(jì)算，北環(huán)鐵路上方行進(jìn)18 m，要點(diǎn)作業(yè)時(shí)間90 min;第2次到主梁搭上靠北環(huán)鐵路側(cè)臨時(shí)墩，要點(diǎn)作業(yè)時(shí)間95 min，行進(jìn)距離19 m;第3次到梁部頂推就位，操作時(shí)間50 min，頂推距離10 m?，F(xiàn)澆頂推梁段時(shí)，需將橋面兩側(cè)防撞墻一同澆筑。具體施工流程為:

基礎(chǔ)和橋墩施工→臨時(shí)墩施工，搭建滿布支架→現(xiàn)澆梁段，張拉鋼束→安裝導(dǎo)梁及滑道，頂推準(zhǔn)備→第1次頂推就位→第2次頂推就位→第3次頂推就位→拆除導(dǎo)梁及頂推設(shè)備，張拉頂推段剩余鋼束→現(xiàn)澆邊跨梁段，張拉鋼束→拆除支架，橋面鋪裝及附屬設(shè)施施工。

4 結(jié)語

隨著城市的發(fā)展擴(kuò)大，新建城市道路與既有運(yùn)營鐵路交叉往往不可避免，為滿足鐵路特別是繁忙干線鐵路對安全的高要求，跨越鐵路節(jié)點(diǎn)工程方案往往控制道路工程設(shè)計(jì)。本文經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面比選，采用頂推連續(xù)梁方案作為推薦方案，既減小鐵路運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)約了投資，較好地兼顧了道路建設(shè)需求和鐵路安全運(yùn)營要求，可為同類橋梁方案選擇和設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

［1］陳恒山，吳靜，陳湘林．頂推法施工在橋梁工程中的應(yīng)用［J］．中外公路，2006(3):178-180．

［2］徐化軒．頂推梁橋施工中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題與對策［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2002(2):30-33．

［3］張曉東．橋梁頂推施工技術(shù)［J］．公路，2003(9):41-51．

［4］李杰，陳淮，宋洪喜，等．板桁組合公鐵兩用橋主梁頂推施工分析［J］．鐵道建筑，2013(2):12-14．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10002．2—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

(責(zé)任審編孟慶伶)

U442．5+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．06

1003-1995(2015)04-0018-04

2014-10-19;

2015-01-20

曹全(1966—)，男，北京人，高級工程師。