跨越俄羅斯等級(jí)道路的高鐵橋式解決方案研究

韓國(guó)慶，郭建勛，文 剛

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

1 研究背景

俄羅斯首都莫斯科及周邊地區(qū)地處東歐平原，地面起伏不大，以微丘地形、平原地形、河間地帶和冰川起源的多丘陵地形為主，是俄羅斯經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，在該區(qū)域進(jìn)行高鐵研究有其客觀需求。該地區(qū)高速公路及其他各類等級(jí)道路縱橫交錯(cuò)，開(kāi)展跨越各等級(jí)道路的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)物方案研究是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。由于高速鐵路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，鋪設(shè)無(wú)砟軌道，行車(chē)要求高，對(duì)橋梁跨越構(gòu)筑物的要求苛刻。如何滿足工程建設(shè)需要，又貼合俄羅斯具體國(guó)情，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的跨越方案是一個(gè)綜合性課題。

1.1 俄羅斯公路概況

1.1.1 等級(jí)道路凈空

按照俄羅斯聯(lián)邦區(qū)域發(fā)展部頒布的現(xiàn)行的俄羅斯公路規(guī)范匯編СП34.13330.2012[1]，道路分為公路干線、快速公路和普通公路，按照俄羅斯聯(lián)邦國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ΓOCTP52748—2007[2]，橋梁和天橋跨越公路時(shí)，公路的凈空應(yīng)不小于表1 的限值。

表1 公路凈空值

1.1.2 等級(jí)道路寬度

各等級(jí)道路的車(chē)道數(shù)與道路寬度詳見(jiàn)表2[3]。

表2 公路行車(chē)道和路基橫斷面的主要參數(shù)

1.1.3 非等級(jí)道路

除各等級(jí)道路外，還有分布其間的鄉(xiāng)村道路和牲畜通道，在沒(méi)有專門(mén)機(jī)構(gòu)的特殊要求時(shí)，按照表3 所述的凈高和凈寬值來(lái)確定構(gòu)筑物的規(guī)模大小。

表3 其他通道限值[4]

1.2 道路與高鐵的交叉情況

本文所研究的高鐵地處俄羅斯經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，各類、各等級(jí)的公路網(wǎng)密集，其中最重要的道路是M-7 公路。M-7 伏爾加聯(lián)邦公路是莫斯科—弗拉基米爾—下諾夫哥羅德—喀山—烏法的國(guó)家公路，是莫斯科與東部地區(qū)之間最短的通道，是連接俄羅斯歐洲部分與西伯利亞和遠(yuǎn)東的主干道，公路總長(zhǎng)度為1 351 km。根據(jù)СП34.13330.2012 標(biāo)準(zhǔn)，M-7 公路的等級(jí)為IБ。M7 公路的走向與高鐵的線路走向相同，很多地帶并行，也不可避免的出現(xiàn)交叉。除M-7 外，還有聯(lián)通M-7 的等級(jí)稍低的（規(guī)劃）快速公路和普通公路與高鐵發(fā)生交叉，共有10 處交叉。

2 解決交叉問(wèn)題的總體思路

在充分借鑒中國(guó)高速鐵路的設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，遵守俄羅斯法律和工程建設(shè)制度體系，盡量尊重現(xiàn)有等級(jí)道路，注重每個(gè)工點(diǎn)的差異性，制定安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的橋梁結(jié)構(gòu)物，提出適合具體工點(diǎn)特點(diǎn)的橋式解決方案。

（1）滿足俄羅斯現(xiàn)行工程建設(shè)規(guī)范[5]，滿足高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《特殊技術(shù)條款》[6]的要求，具備滿足鋪設(shè)無(wú)砟軌道的條件，有助于有效控制線路標(biāo)高和優(yōu)化平面線位，進(jìn)而有效控制總體投資。

（2）滿足高鐵橋梁技術(shù)指標(biāo)，綜合考慮結(jié)構(gòu)與地基的變形，嚴(yán)格控制工后沉降。跨越的橋梁結(jié)構(gòu)物必須具有良好的整體性，較強(qiáng)的豎向、橫向和扭轉(zhuǎn)剛度，滿足對(duì)橋梁剛度和變形提出的限值要求。

（3）結(jié)構(gòu)物須具備足夠的車(chē)—線—橋耦合動(dòng)力響應(yīng)。通過(guò)列車(chē)、軌道和橋梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，來(lái)評(píng)判列車(chē)通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)物時(shí)運(yùn)行的安全性、乘坐的舒適性、車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性、橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）便于施工、減少施工過(guò)程中對(duì)既有各類等級(jí)公路的干擾。必要時(shí)，進(jìn)行交通安全及臨時(shí)交通管制措施的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。注重經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，綜合考慮建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。

（5）考慮俄羅斯公路相關(guān)的新舊規(guī)范更新的影響，并根據(jù)可能的遠(yuǎn)期規(guī)劃行車(chē)強(qiáng)度（流量）、車(chē)道數(shù)目，確定跨越方案的規(guī)模。

3 交叉工點(diǎn)的解決方案

3.1 簡(jiǎn)支梁

在條件成熟時(shí)，采用簡(jiǎn)支梁是最簡(jiǎn)單的跨越方案?；炷梁?jiǎn)支梁具有受力簡(jiǎn)單明確、形式簡(jiǎn)潔、外形美觀、抗扭剛度大、施工速度快、基礎(chǔ)適應(yīng)性強(qiáng)、便于運(yùn)營(yíng)管理以及噪音小等特點(diǎn)，在中國(guó)高速鐵路橋梁中廣泛采用。在高鐵與道路交叉位置中，當(dāng)?shù)缆穼挾容^窄、二者近乎正交、標(biāo)高合適、施工干擾小的時(shí)候，或道路中央隔離帶具備設(shè)墩條件時(shí)，可采用常用跨度簡(jiǎn)支梁跨越，以34.2 m 簡(jiǎn)支梁為主，以23.6 m簡(jiǎn)支梁為輔。采用簡(jiǎn)支梁時(shí)，可使用最常規(guī)的運(yùn)架設(shè)備和施組方案，不受其他因素的干擾。

3.2 連續(xù)梁

連續(xù)梁是跨越方案的采用的主要梁型，因其跨越能力強(qiáng)、線型流暢優(yōu)美、施工技術(shù)成熟而普遍采用。施工方法常采用懸臂澆筑、滿堂支架、轉(zhuǎn)體施工等方法。

3.2.1 變高度連續(xù)梁

中心里程ПК4314+54.2，采用40 m+66 m+40 m連續(xù)梁跨越M-7 公路，類似的連續(xù)梁跨度還有48 m+88 m+48 m、58 m+110 m+58 m，可以在合適的交叉位置選用，見(jiàn)圖1。

圖1 連續(xù)梁跨越總布置圖（單位：mm）

此處，該連續(xù)梁采用懸臂澆筑法施工，連續(xù)梁下方的公路凈空遠(yuǎn)大于5.0 m，富余量較大，該交叉處不是線路標(biāo)高的控制點(diǎn)。

3.2.2 等高連續(xù)梁

25 m+50 m+25 m 等高連續(xù)梁，支座中心線到梁端的距離為 60 cm，梁長(zhǎng)101.2 m，梁高 3.2 m，橋面布置與 34.2 m 簡(jiǎn)支梁相同。在 ПК7497+12、ПК7582+72 等交叉處，采用此種跨度的等高連續(xù)梁，該連續(xù)梁采用支架現(xiàn)澆施工或節(jié)段拼裝方法施工。

3.2.3 帶暗橫梁的等高連續(xù)梁

把簡(jiǎn)支梁+ 門(mén)式墩的上下疊布模式進(jìn)一步優(yōu)化，讓門(mén)式墩的蓋梁與簡(jiǎn)支梁重疊交叉合一，將有效的減低結(jié)構(gòu)高度。在線路標(biāo)高比較苛刻的交叉位置，采用這種帶暗橫梁的連續(xù)梁解決跨越問(wèn)題。在ПК4322+31 交叉處，采用30.3 m+42 m+30.3 m 的連續(xù)梁，見(jiàn)圖2。

圖2 等高連續(xù)梁的典型斷面（單位：cm）

主梁與暗橫梁正交，呈“艸”字形，現(xiàn)澆完成，暗橫梁與下方墩柱之間設(shè)支座，基礎(chǔ)斜置，見(jiàn)圖3。

圖3 國(guó)內(nèi)某類似工點(diǎn)施工時(shí)的照片

3.3 連續(xù)剛構(gòu)

小跨度混凝土連續(xù)梁剛構(gòu)橋的梁板薄、墩壁可以斜作，非常適合斜交跨越道路時(shí)采用，因此在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用。施工方法主要采用支架現(xiàn)澆。采用的16 m+22 m+16 m 連續(xù)剛構(gòu)，支座中心線到梁端0.5 m，總梁長(zhǎng)55.0 m，梁高1.5 m，墩寬1.35 m，墩梁固接處設(shè)2.5 m×0.7 m 的梗腋。墩壁可以根據(jù)需要設(shè)為斜交。

以ПК4249+47.5 處為例，線路方向與公路基本正交，道路等級(jí)不高。采用16 m+22 m+16 m 連續(xù)剛構(gòu)跨越。此種結(jié)構(gòu)受地質(zhì)條件影響較大，溫度應(yīng)力敏感，墩高度不宜太高，見(jiàn)圖4。

圖4 16 m+22 m+16m 剛構(gòu)總布置圖（單位：cm）

3.4 框架橋

在ПК 6410+78 里程處，公路等級(jí)為IV 級(jí)，路面寬度10 m，滿足公路通行要求和控制線路標(biāo)高，采用整孔框架橋，結(jié)構(gòu)凈寬×凈高為13.0×6.5 m，視野開(kāi)闊，結(jié)構(gòu)整體性好[7]，見(jiàn)圖5。

圖5 框架橋效果圖

在IV 級(jí)及以下等級(jí)的道路交叉處，或滿足野外鄉(xiāng)村道路和牲畜通道需求時(shí)，也可以采用類似結(jié)構(gòu)，跨度根據(jù)具體需要確定，如12.0 m×6.5 m、10 m×6.5 m、8 m×5.0 m 等。

3.5 斜交異型剛架橋

在所有的道路交叉工點(diǎn)中，斜交角度越小，解決方案越復(fù)雜，在ПК3750+09、ПК3880+99 處，線路平面因避讓喀斯特地帶，兩次與M-7 公路相交。在設(shè)計(jì)和研究過(guò)程中，對(duì)跨越M-7 公路的橋式方案進(jìn)行了多方案比選：

（1）大跨度連續(xù)梁方案；

（2）門(mén)式墩連續(xù)結(jié)構(gòu)方案；

（3）斜交斜作的剛架方案。

方案一因連續(xù)梁梁部結(jié)構(gòu)高度高，須抬坡導(dǎo)致引橋加長(zhǎng)，增大工程規(guī)模，帶來(lái)投資額度增大，經(jīng)濟(jì)性差、景觀效果差。方案二因斜交角度小，且路中不能設(shè)墩，引起門(mén)式墩跨度過(guò)大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。結(jié)合三方案的工程規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性能和M-7 公路管理部門(mén)的協(xié)商意見(jiàn)，綜合分析決定采用斜交斜作的異型剛架橋方案[8]，見(jiàn)圖6。

圖6 三種解決方案效果圖

該兩處跨越結(jié)構(gòu)方案類似，均采用雙孔鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，每個(gè)公路交通方向都有單獨(dú)的通道，垂直于道路方向結(jié)構(gòu)凈寬17.4 m，橋下凈空高度不小于5.0 m，框架兩端接異形橋臺(tái)，用于放置標(biāo)準(zhǔn)跨度的簡(jiǎn)支梁引橋。剛架橋頂板厚1.5m，中墻和邊墻厚均為1.5 m，并在三墻上開(kāi)洞，用于透光和通風(fēng)[9]。

該型式結(jié)構(gòu)又稱為隧道式公路跨線橋，類似的，可根據(jù)道路路幅情況，將剛架橋設(shè)計(jì)為是單孔結(jié)構(gòu)。

3.6 大跨度系桿拱橋

在跨越道路時(shí)，有時(shí)盡管不是跨越主干道，但由于斜交角度小，同時(shí)受橋下凈空限制，也會(huì)采用大跨度的更低高度的橋梁結(jié)構(gòu)形式。

例如：在ПК7365+59，線路與公路的斜交角度為33.9°，位于既有互通立交匝道上，路面為變寬度，最小路肩寬度18 m，道路兩側(cè)為水溝。進(jìn)行多方案比選后，根據(jù)與公路管理部門(mén)的協(xié)商意見(jiàn)，采用1×110 m 下承式系桿拱橋跨越既有道路，系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土單箱三室箱型截面，箱寬18.4 m，箱高2.5 m，拱肋為鋼管混凝土拱，矢高22 m，矢高與跨度比為1/5，吊桿為尼爾森體系的網(wǎng)狀吊桿，見(jiàn)圖7。

圖7 系桿拱橋（110 m）效果圖

4 結(jié) 論

在進(jìn)行俄羅斯的高鐵項(xiàng)目研究中，不同道路等級(jí)的跨越問(wèn)題，基本囊括了國(guó)內(nèi)同類跨越的常見(jiàn)情形，通過(guò)對(duì)各類跨越點(diǎn)的道路現(xiàn)狀研究和分析，得出如下結(jié)論：

（1）跨越道路的橋式解決方案制約著高鐵線路標(biāo)高，多數(shù)情況是“以橋定線”。須根據(jù)高鐵線路與各等級(jí)公路的斜交角度、地質(zhì)狀況等進(jìn)行“一橋一議”，對(duì)橋式方案綜合分析、慎重決策，提出科學(xué)合理解決方案。

（2）在應(yīng)用中國(guó)高鐵設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，尊重俄方的設(shè)計(jì)理念，對(duì)凈高、凈寬的富余量、施工高度等進(jìn)行最小化研究，更加注重經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，避免不必要的浪費(fèi)。

（3）重視對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的分析。一般情況下，跨越等級(jí)道路的橋式均為特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)物，應(yīng)結(jié)合高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)力要求，進(jìn)行車(chē)—軌—橋動(dòng)力響應(yīng)分析，滿足全線的技術(shù)指標(biāo)。

（4）按照俄羅斯規(guī)定，需要與公路隸屬部門(mén)就涉路跨越方案進(jìn)行協(xié)商，需要對(duì)施組、路面結(jié)構(gòu)、排水、標(biāo)線、安全防護(hù)措施及外部照明及供電等編制專門(mén)的章節(jié)文件。