市政路穿越站場(chǎng)多股道線(xiàn)路設(shè)計(jì)方案研究

邢闖鋒，馮俊迎，朱衛(wèi)威

（1、2、3，中鐵七局集團(tuán)有限公司，工程師，河南 鄭州 460000）

1 工程概況

本工程位于新鄭市薛店鎮(zhèn)，規(guī)劃為雙向四車(chē)道的城市主干路，根據(jù)規(guī)劃，友誼路穿越京廣鐵路建設(shè)工程亟需打通，以完善該區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

擬建道路從東向西依次穿越到發(fā)線(xiàn)3 道、京廣鐵路下行線(xiàn)、京廣鐵路上行線(xiàn)、4 道、6 道、8 道，鐵路線(xiàn)間距沿道路中心線(xiàn)依次為7.55 m、5.08 m、6.18 m、5.32 m、6.56 m，全部為電氣化鐵路，道路與京廣鐵路下行線(xiàn)相交處鐵路里程為K709+970.9，道路中線(xiàn)與鐵路交角為87.2°。軌道標(biāo)高差異較大，軌頂最低處為到發(fā)線(xiàn)8 道，標(biāo)高為155.60 m，最高處為京廣下行線(xiàn)，標(biāo)高156.23 m，相差高達(dá)63 cm。

2 工程地質(zhì)概況及工程難點(diǎn)

2.1 工程地質(zhì)概況

1）地層巖性。沿線(xiàn)地層主要為第四系沖洪積成因的粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土，沿線(xiàn)地層變化不大。

2）地下水。沿線(xiàn)場(chǎng)地水位埋深較大，穩(wěn)定水位埋深在18.0 m 左右，但在勘察時(shí)第3 單元層見(jiàn)上層滯水，水量不大，主要為大氣降水。

2.2 工程難點(diǎn)

1）鄭州航空港區(qū)作為首個(gè)國(guó)家級(jí)航空港經(jīng)濟(jì)綜合試驗(yàn)區(qū)，在“一帶一路”的帶領(lǐng)下，發(fā)展一日千里，薛店站做為航空港區(qū)后勤保障的一部分，即將升為二級(jí)物流基地，貨運(yùn)繁忙，對(duì)工程影響程度要求嚴(yán)、對(duì)工期要求高。

2）經(jīng)調(diào)查查明，鐵路設(shè)備情況復(fù)雜，通信、信號(hào)、電力及電氣化設(shè)施均受影響，增加設(shè)計(jì)和施工難度。

3）包含股道較多，且股道間高差較大，線(xiàn)路架空難度高。

3 方案比選

方案選擇基于以下因素考慮：①立交在施工中對(duì)鐵路路基穩(wěn)定性影響；②盡可能減少鐵路設(shè)施遷改；③穿越方案施工時(shí)的技術(shù)要求；④道路的平面線(xiàn)位、縱斷設(shè)計(jì)高程、道路的通行凈空及一般道路橫斷面布置；⑤預(yù)留規(guī)劃道路后期改擴(kuò)建空間；⑥市政設(shè)施穿越京廣鐵路的安全技術(shù)要求；⑦道路的規(guī)劃紅線(xiàn)；⑧立交的規(guī)模及投資。

在道路與鐵路立交工程中，首先考慮選擇上跨或下穿方式，本項(xiàng)目中根據(jù)規(guī)劃要求，新建路要與東側(cè)薛店大道進(jìn)行平交，從線(xiàn)路縱斷方面無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范要求，故主要從下穿方式進(jìn)行研究。

3.1 設(shè)計(jì)荷載

1）鐵路列車(chē)荷載：采用《鐵路列車(chē)活載圖》（TB/T3466-2016）中ZKH活載，荷載圖式見(jiàn)圖1；

圖1 列車(chē)活載示意圖

2）道路荷載：城-A級(jí)

3）恒載：靜土壓力、結(jié)構(gòu)自重、附屬設(shè)備自重、混凝土收縮徐變以及溫度影響

4）其他：列車(chē)沖擊力、制動(dòng)力以及活載土壓力

3.2 框構(gòu)橋主體方案擬建道路考慮非機(jī)動(dòng)車(chē)道以及人行道，框構(gòu)橋可考慮2 孔16 m+16m 或3 孔8 m+16 m+8 m，從遠(yuǎn)期規(guī)劃看，2 孔16 m+16 m 更有利于后期道路拓寬改造，推薦采用兩孔結(jié)構(gòu)；由于站場(chǎng)車(chē)輛較多，有可能會(huì)駐停在鐵路架空范圍內(nèi)，為了最大降低施工對(duì)鐵路站場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，減少軌下暴露范圍，推薦采用分幅方法進(jìn)行頂進(jìn)?？蚣軜虺叽鐔慰變魧?6.0 m，凈高6.7 m，頂板厚1.1 m，底板厚1.2 m，邊墻厚1.1 m，頂板加腋1.5m×0.5 m，底板加腋0.5 m×0.5 m，框架頂至鐵路軌頂之間距離不小于1.0 m。

3.3 架空方案選擇

方案一：縱橫梁架空。縱橫梁架空鐵路是平改立工程中常用的線(xiàn)路架空方案，本方案采用100 號(hào)工字鋼作為邊縱梁，縱梁接長(zhǎng)必須使用專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)板及高強(qiáng)螺栓可靠連接；橫梁采用50 c號(hào)工字鋼，間距不大于0.6 m，橫梁以最低處8 道為基準(zhǔn)，通穿所有股道，橫梁與鋼軌間必須可靠絕緣，橫梁與縱梁使用U 型螺栓進(jìn)行可靠連接，橫梁與軌底之間孔隙用枕木或墊塊填塞。為保證整體性，在橫梁間須布設(shè)枕木撐為保證線(xiàn)路橫向穩(wěn)定，在鋼軌外側(cè)與縱梁間每隔2 m 須設(shè)木支撐。

上部荷載通過(guò)縱橫梁傳遞到下部架空支點(diǎn)樁上，支點(diǎn)樁采用直徑1.5 m 的人工挖孔樁，縱向布設(shè)間距為8 m，支點(diǎn)處橫梁采用5 片一組作為抬梁，同時(shí)設(shè)置抗橫移樁和防護(hù)樁，抗橫移樁用來(lái)抵抗頂進(jìn)過(guò)程中的橫向力，防護(hù)樁是為了保證框架結(jié)構(gòu)頂進(jìn)過(guò)程中，防止線(xiàn)路路基土體坍塌，保證鐵路路基安全，防護(hù)樁設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)四角處。

本方案所需挖孔支點(diǎn)樁較多，頂進(jìn)過(guò)程中需要進(jìn)行多次支點(diǎn)轉(zhuǎn)換，工藝復(fù)雜，施工要點(diǎn)多，且京廣線(xiàn)處橫梁上墊設(shè)高度達(dá)63 cm 的墊塊，再加上絕緣橡膠板，墊設(shè)高度至少達(dá)65 cm，行車(chē)安全有隱患，不推薦采用。

方案二：橫梁搭接法。本方案是在方案一基礎(chǔ)上變化而成，其內(nèi)容基本相同，區(qū)別在于橫梁分兩部分橫穿所有股道，從各股道的標(biāo)高看，兩部分橫梁搭接位置只能位于京廣上行線(xiàn)處才能有效降低軌道高差，將橫梁1 從西向東開(kāi)始穿越8 道、6 道、4 道到達(dá)京廣鐵路上行線(xiàn)下方，橫梁2 從東向西穿越京廣鐵路上下行和3 道，并在京廣鐵路上行線(xiàn)下落在橫抬梁1上，如圖2所示：

圖2 架空橫斷面圖

由于東側(cè)股道以3 道標(biāo)高最低，橫梁二穿越時(shí)需要以3 道為基準(zhǔn)，橫梁一定位標(biāo)高比橫梁二低一個(gè)橫梁高度，即50 cm，兩部分橫梁搭接部分用U 型螺栓進(jìn)行連接。軌道與橫梁之間的孔隙采用枕木進(jìn)行墊設(shè)，橫梁一上最大墊設(shè)高為25 cm，橫梁二上最大墊設(shè)高為26 cm，遠(yuǎn)低于方案一的墊設(shè)高度。但本方案在橫梁實(shí)施時(shí)比較困難，橫梁一有部分處于懸臂狀態(tài)，兩處橫梁通過(guò)螺栓鉸接在一起，頂進(jìn)施工中不利于橫向力向抗橫移樁傳遞，易使橫梁間產(chǎn)生相對(duì)位移，且搭接位置位于國(guó)家干線(xiàn)京廣線(xiàn)處，對(duì)行車(chē)穩(wěn)定有影響，不推薦采用。

方案三：D 型便梁架空。常用的D 型便梁有D12、D16、D20 和D24 四種類(lèi)型，跨度分別為L(zhǎng)p=12.06 m、16.08 m、20.1 m、24.12 m，長(zhǎng)度分別為12.4 m、16.4 m、20.48 m、24.5 m。便梁的最大優(yōu)點(diǎn)是在不中斷行車(chē)的情況下，利用它進(jìn)行橋涵的開(kāi)挖和施工，并且具有運(yùn)輸和拆裝方便的特點(diǎn)，本方案采用D24 和D12兩種邊梁對(duì)各股道單獨(dú)進(jìn)行架空。

由于分幅頂進(jìn)施工，便梁需要轉(zhuǎn)換，故整個(gè)施工需要兩次架空，架空支點(diǎn)樁采用直徑1.8 m的人工挖孔樁，挖孔樁護(hù)壁厚度為15 cm，同時(shí)在3 道和8 道安裝護(hù)軌，在框架橋就位處的鐵路路基過(guò)渡處設(shè)置直徑1.25 m的路基防護(hù)樁；由于線(xiàn)間距原因，部分線(xiàn)路間橫向只能布設(shè)單個(gè)支點(diǎn)樁，這就導(dǎo)致部分支點(diǎn)樁必須共用，承擔(dān)橫向兩片施工便梁傳遞的荷載。第一次架空設(shè)計(jì)分別見(jiàn)圖3、圖4：

圖3 第一次架空平面布置圖

圖4 第一次架空立面布置圖

從上圖可以看出，整個(gè)架空共布設(shè)48 個(gè)受力支點(diǎn)，其中40個(gè)人工挖孔樁，8個(gè)硬支點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算，樁長(zhǎng)分別有18 m、15 m、8 m、5 m 四種。。第一次架空采用D12+D24+D24三跨組合進(jìn)行架空，在下部用機(jī)械進(jìn)行橋涵開(kāi)挖，用中繼頂將北側(cè)框架頂進(jìn)到位。北側(cè)框架頂進(jìn)后，完成回填道碴及恢復(fù)線(xiàn)路作業(yè)，人工拆除牛腿扣件螺栓，使鋼枕與縱梁分離，通過(guò)縱移架設(shè)方式將D梁縱移到位，開(kāi)始進(jìn)行第二次架空，圖5為第二次架空斷面示意：

圖5 第二次架空斷面圖

第二次架空采用D24+D12 兩跨組合，從圖上可以看出，D24便梁一端落在第四排支點(diǎn)樁上，另一端落在已頂進(jìn)的框架邊墻上，邊墻上墊設(shè)枕木垛來(lái)調(diào)節(jié)控制縱梁高度，在D梁架設(shè)過(guò)程中，第四排支點(diǎn)樁在兩次架空中得到了重復(fù)利用。在架空梁下部用機(jī)械進(jìn)行橋涵開(kāi)挖，并鑿除第三排架空支點(diǎn)樁，用中繼頂將南側(cè)框架頂進(jìn)到設(shè)計(jì)位置。

本方案工藝清晰，施工簡(jiǎn)便，支點(diǎn)樁數(shù)量較少，且不需要設(shè)置抗橫移樁，頂進(jìn)過(guò)程中不需要進(jìn)行支點(diǎn)轉(zhuǎn)換，施工速度快，能明顯減少工期和要點(diǎn)數(shù)，軌道高差通過(guò)階梯承臺(tái)有效地得到解決，使站場(chǎng)列車(chē)安全穩(wěn)定性得能到較好的保障。推薦采用此方案進(jìn)行線(xiàn)路架空加固。

3.4 工作坑設(shè)計(jì)工作坑主要包括基坑、后背及滑板系統(tǒng)。根據(jù)場(chǎng)地條件，預(yù)制工作坑深為10 m，設(shè)置在鐵路西側(cè)。兩側(cè)邊坡坡度按照1：1設(shè)計(jì)，臨近鐵路側(cè)坡度1：1.5，5 m 高度處設(shè)1 m 寬的平臺(tái)；基坑邊坡采用掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土方式防護(hù)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為15 cm×15 cm 的φ10 鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚10 cm；基坑坡頂四周設(shè)置截水溝，坑底順道路兩側(cè)設(shè)置有集水井和排水溝，坡面埋設(shè)φ10 cm泄水孔。

后背形式主要有重力式、板樁式和鋼筋混凝土拼裝式后背，根據(jù)施工計(jì)劃，施工時(shí)先進(jìn)行鐵路節(jié)點(diǎn)施工。

滑板系統(tǒng)應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證框架橋結(jié)構(gòu)在預(yù)制和頂進(jìn)中的順利進(jìn)行，滑板采用C30鋼筋混凝土，厚度20 cm，在滑板下設(shè)置縱橫向的錨梁，并在滑板下鋪設(shè)10 cm的碎石墊層。

3.5 其他附屬設(shè)計(jì)由于本工程水位較深，不必考慮路基浸泡及抗浮風(fēng)險(xiǎn)，所以只需設(shè)置擋墻即可，類(lèi)型原則為6～10 m 為扶壁式擋墻，2～6 m 為懸臂式擋墻，2 m 以下為重力式擋墻，其他附屬可在下階段根據(jù)具體情況選擇設(shè)置。

4 結(jié)論

本文對(duì)友誼路穿越薛店站場(chǎng)鐵路工程方案優(yōu)劣性進(jìn)行了對(duì)比，所推薦方案得到了鐵路局相關(guān)專(zhuān)家及站段領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可，順利通過(guò)了評(píng)審，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）對(duì)具有高差的多股道線(xiàn)路，在線(xiàn)路架空設(shè)計(jì)中，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，可通過(guò)在樁頂設(shè)置階梯承臺(tái)來(lái)有效解決軌道之間的高差問(wèn)題，增加列車(chē)的穩(wěn)定性。

2）在架空范圍內(nèi)通過(guò)合理的平面布置，使部分架空支點(diǎn)樁得到二次利用，能提高施工效率，降低工程成本。

3）根據(jù)施工計(jì)劃及周邊條件，合理選擇工作坑后背形式，最大限度利用天然條件提供頂進(jìn)的反力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。