跨越既有鐵路橋梁方案概述

李曉陽

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津300142）

1 引言

近年來，我國鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，鐵路網(wǎng)越來越密，新建線與既有鐵路交叉跨越情況越來越多。 另一方面，行車密度不斷加大，運營單位對既有線安全要求不斷提高，新建橋梁跨越既有線時如何減小對既有線運營的干擾是方案設(shè)計考慮的重點，也是方案是否能夠獲批的關(guān)鍵。 主要采用的方案有：框架墩方案、空間剛架方案、轉(zhuǎn)體施工方案、頂推施工方案等[1]。 采用哪種方案更優(yōu)主要考慮兩線夾角、凈寬要求、凈空高度、既有線運營繁忙程度等因素。

2 框架墩方案

框架墩主要適用于線路交叉角度較小， 并且凈空高度不受限的條件下，在新線引入既有樞紐的方案中應(yīng)用較多。 框架墩柱根據(jù)既有線的平面位置見縫插針布置在其兩側(cè)， 通過橫梁上支承墊石的橫向移動來滿足上部結(jié)構(gòu)的布置需求。

框架墩的橫梁結(jié)構(gòu)形式有預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁、鋼橫梁、預(yù)制拼裝組合橫梁等幾種形式。 預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁采用支架現(xiàn)澆施工簡單相對經(jīng)濟， 但需要搭設(shè)支架工期較長對既有線影響較大，適用于跨越專用線等行車密度不大的鐵路工程。 鋼橫梁在工廠加工后運抵現(xiàn)場吊裝就位， 既節(jié)省工期又降低對既有線行車的干擾，但造價相對較高，是目前跨越既有線采用較多的方案。 預(yù)制拼裝組合橫梁是在橋下預(yù)制混凝土橫梁，吊裝至墩頂后澆筑連接部位混凝土并張拉預(yù)應(yīng)力， 此方案能減小對既有線行車干擾，成本適中，相對鋼橫梁能夠減小后期運營單位養(yǎng)護維護難度。

框架墩方案設(shè)計過程中， 應(yīng)盡量減小基礎(chǔ)的尺寸并在條件允許的情況下適當(dāng)上抬承臺減小基坑開挖深度， 降低基礎(chǔ)施工對既有線的干擾。 墩身高度及橫向跨度需結(jié)合地質(zhì)條件、地震烈度、凈空條件等多方面因素綜合考慮確定。梁部可采用預(yù)制架設(shè)的小跨簡支梁，但在跨越高鐵或運營繁忙的干線時多采用頂推或拖拉法施工的連續(xù)梁（ 見圖1）。

圖1 框架墩方案

3 空間剛架方案

空間剛架結(jié)構(gòu)具有小角度跨越能力強、整體剛度大、建筑高度低、 橋跨布置容易等優(yōu)點， 主要適用于兩線交叉角度較小，并且凈空高度受限的情況下。 它是一種無底板的門式剛架結(jié)構(gòu)，通過橫梁與邊墻的剛性連接，邊墻承受負(fù)彎矩進一步降低了橫梁跨中正彎矩，從而降低橫梁截面的建筑高度，爭取較大的凈空。

空間剛架的邊墻、樁基與既有線平行且連續(xù)設(shè)置、邊墻的掏空處理及邊墻間無底板設(shè)計等措施減少了施工期間對既有線的干擾，并使既有線在成橋后獲得很好的采光，同時具有一定的景觀效果（ 見圖2）。

橫梁主要有鋼筋混凝土和鋼混組合橫梁的2 種結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土橫梁適用于跨越行車密度較少的單線鐵路， 鋼混組合橫梁適用于跨越行車繁忙的多線鐵路，為保證橫梁的整體性，鋼結(jié)構(gòu)需要做好縱橫連接及豎向橫向變形控制措施。 鋼混組合結(jié)構(gòu)較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有更大的跨越能力，對既有線影響更小的優(yōu)點，但是也有運營養(yǎng)護難度較大的缺點。 邊墻可以采用外包鋼箱的方案，增加其結(jié)構(gòu)強度和剛度的同時兼具施工期間模板，減小對既有線影響。 空間剛架方案應(yīng)用較多，目前橫向最大跨度已經(jīng)做到32.8m[2]。

圖2 空間剛架方案

4 轉(zhuǎn)體施工方案

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)適用于兩線交叉角度較大的特殊結(jié)構(gòu)， 考慮在既有線上方施工工期長、 風(fēng)險高等不利因素而采用的一種方案。 它是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線位置制作（ 澆筑或拼接）成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法（ 見圖3）。 常采用的轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)形式有： 連續(xù)梁、T構(gòu)、V 構(gòu)、斜拉橋等。目前，轉(zhuǎn)體方案應(yīng)用比較廣泛，對既有鐵路的運營影響可以降至最低。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的核心是轉(zhuǎn)動球鉸裝置，根據(jù)球鉸裝置的位置可以分為墩底轉(zhuǎn)體、墩頂轉(zhuǎn)體2 種形式。 墩底轉(zhuǎn)體方案的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置于地面上，施工較為方便并且具有較高的安全性， 是目前應(yīng)用最廣泛的一種方案。 墩頂轉(zhuǎn)體方案適用于橋墩較高、橋墩體量較大或基礎(chǔ)地下水位埋深較淺時，可以大幅度減小轉(zhuǎn)體質(zhì)量、轉(zhuǎn)盤和球鉸體量以及基礎(chǔ)尺寸和防護工程數(shù)量等， 相應(yīng)還可適當(dāng)減小主跨跨徑。 近年來，永臨結(jié)合的墩頂轉(zhuǎn)體方案應(yīng)用也不斷增多，最大跨徑已達130m[3]。

為減小轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)在跨中合龍過程中對既有線的影響，方案設(shè)計階段盡量將合龍段投影位置優(yōu)化至既有線安全距離之外，另外也可以在連續(xù)梁合龍段外側(cè)包鋼箱，轉(zhuǎn)體就位后在鋼箱之內(nèi)進行合龍段施工，目前，已在較多項目中得到良好應(yīng)用。

圖3 轉(zhuǎn)體施工方案

5 頂推施工方案

下承式鋼桁梁及鋼箱拱因其上建高度低、結(jié)構(gòu)剛度大、質(zhì)量輕等特點在跨越既有線的大跨結(jié)構(gòu)中采用較多。 由于在既有線上方進行桿件拼裝施工周期長且安全風(fēng)險高，因此，多采用在既有線旁拼裝完成后頂推就位的施工方案（ 見圖4）。 頂推施工方案具有機具設(shè)備簡單、 節(jié)省施工用地、工廠預(yù)制質(zhì)量可控、不影響既有線運行安全性高等優(yōu)點，但成本相對較高，后期運營維護費用相對較高。

圖4 頂推施工方案

6 結(jié)語

兩線交叉角度較小，可首先考慮框架墩結(jié)構(gòu)，根據(jù)既有線的寬度和運營繁忙程度來選擇合理的橫梁類型。 如若凈空高度受限可考慮空間剛架結(jié)構(gòu)， 行車密度較少的單線鐵路選用混凝土橫梁，運營繁忙的多線鐵路選用鋼混組合橫梁。 單跨跨越既有鐵路時，可首先考慮轉(zhuǎn)體T 構(gòu)或連續(xù)梁方案，更易被運營單位接受。 如若凈空受限可采用下承式鋼桁梁或鋼箱拱頂推方案。

跨越既有線情況各有不同， 設(shè)計時應(yīng)具體分析， 綜合考慮，詳細比較后確定施工安全，經(jīng)濟合理，運營維護方便的橋梁方案。 期望本文能為跨越既有鐵路工程的方案設(shè)計提供一定參考。