青島市淮河路上跨膠黃鐵路立交橋方案研究

陳洪濤 郭德才

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,濟(jì)南 250022)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,在交通設(shè)施建設(shè)過程中,公路、鐵路相互交叉的情況越來越多,面臨的工程情況也越來越復(fù)雜。 許多學(xué)者進(jìn)行相關(guān)方面的研究,魏毅強(qiáng)針對(duì)保阜高速公路上跨京廣鐵路提出轉(zhuǎn)體T構(gòu)、獨(dú)塔單索面斜拉橋、T 梁3 種解決方案,認(rèn)為T 構(gòu)能顯著減少對(duì)鐵路的影響,并確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全[1];周國(guó)鋒結(jié)合濟(jì)南市開源路公跨鐵立交橋工程,對(duì)比分析雙塔斜拉橋、矮塔斜拉橋、獨(dú)塔斜拉橋3 種方案,最終選擇施工風(fēng)險(xiǎn)低、施工及運(yùn)營(yíng)期間對(duì)鐵路影響較小的雙塔斜拉橋方案[2];葉長(zhǎng)允針對(duì)濱萊高速公路跨膠濟(jì)客專工程矮塔斜拉橋轉(zhuǎn)體、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁轉(zhuǎn)體和預(yù)應(yīng)力混凝土T 構(gòu)3 個(gè)方案,分別從施工方法、轉(zhuǎn)體噸位以及對(duì)鐵路干擾程度等方面進(jìn)行對(duì)比分析,最終選擇轉(zhuǎn)體連續(xù)梁方案[3]。

綜上所述,對(duì)于公跨鐵橋梁,在保證既有鐵路安全的前提下,應(yīng)從結(jié)構(gòu)形式、施工方法等多方面比較選擇。 以下結(jié)合青島市淮河路上跨膠黃鐵路立交橋工程,分別從整體線形、對(duì)既有鐵路的影響程度、結(jié)構(gòu)形式、施工難度、橋梁景觀性等方面進(jìn)行方案比選。

1 工程概況

青島市淮河路上跨膠黃鐵路立交橋?yàn)檎麄€(gè)淮河路高架橋工程的控制點(diǎn),該處工點(diǎn)位于山東省青島市黃島區(qū),是該區(qū)乃至整個(gè)青島的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。 項(xiàng)目西連淮河西路,北連黃島立交和疏港高速,南連江山北路和黃河路立交,東連劉公島路和第二海底隧道。 其中,第二海底隧道已開工建設(shè),作為主疏解通道,構(gòu)成西海岸新區(qū)快速路網(wǎng)“三橫”中的一橫,項(xiàng)目建成后,對(duì)于加快青島市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

2 現(xiàn)狀條件及控制因素

項(xiàng)目與膠黃鐵路交叉,位于黃島站中部,交叉角度為78°。 橋下共計(jì)21 股鐵路,由西向東分別為存車場(chǎng)線,Ⅱ場(chǎng)線、Ⅲ場(chǎng)線、油專線。 既有淮河路采用框架橋,以下穿方式通過,跨徑為8-16-8 m,凈高5 m,雙向六車道+人非混合。 Ⅱ場(chǎng)線、Ⅲ場(chǎng)線已電化,其中Ⅱ場(chǎng)線電氣化立柱高16 m;Ⅲ場(chǎng)線電氣化立柱高20 m,未掛網(wǎng)。

由工點(diǎn)位置沿淮河路向東約100 m 為規(guī)劃“空鐵”,空鐵頂部設(shè)計(jì)高程為19.42 m,既有淮河路與規(guī)劃淮河路立交橋分別從該貨運(yùn)空鐵上方和下方穿過,這在一定程度上限制規(guī)劃淮河路的縱斷高程。

龍崗山路在工點(diǎn)東側(cè)約700 m 處與既有淮河路平交,新建立交會(huì)影響東側(cè)上下匝道長(zhǎng)度,若縱斷較高,則匝道較長(zhǎng),東側(cè)龍崗山路被匝道阻斷。 橋位平面見圖1。

圖1 橋位平面

3 主要技術(shù)指標(biāo)

道路等級(jí):城市快速路;

設(shè)計(jì)速度:80 km/h;

荷載等級(jí):城-A 級(jí)1.3 倍;

車道布置:雙向六車道;

地震設(shè)防烈度:6 度(0.05g);

涉鐵工程橋梁凈空:運(yùn)營(yíng)階段取8.5 m。

4 總體方案

4.1 南移方案

橋位位于既有淮河路南側(cè),對(duì)既有淮河路影響小,以直線方式布置,采用“轉(zhuǎn)體+頂推+架橋機(jī)”施工工藝組合。 本方案與既有淮河路錯(cuò)開布置,施工及運(yùn)營(yíng)期間對(duì)既有淮河路影響較小。 但受淮河路高架橋西側(cè)互通、空鐵影響,涉鐵橋梁縱斷面受控,需通過遷改鐵路設(shè)備使橋梁縱斷面降低[4]。

4.2 路中方案

橋位位于既有淮河路正上方,以直線方式布置,采用轉(zhuǎn)體施工工藝。 分別于Ⅲ場(chǎng)線東側(cè)、Ⅱ場(chǎng)線與存車場(chǎng)線之間設(shè)置轉(zhuǎn)體主墩,Ⅲ場(chǎng)線與Ⅱ場(chǎng)線間設(shè)置過渡墩,橋墩均采用門式墩[5-6],以保證既有淮河路通行。受淮河路高架橋西側(cè)互通、空鐵及東側(cè)上下匝道影響,涉鐵橋梁縱斷面受控,需通過遷改鐵路設(shè)備使橋梁縱斷面降低。

5 橋梁設(shè)計(jì)方案

5.1 南移斜拉橋方案

(1)橋型布置

采用35 m 小箱梁跨越存車場(chǎng)線,采用65 m 頂推鋼箱梁跨越Ⅱ場(chǎng)線,采用2×126 m 轉(zhuǎn)體斜拉橋跨越Ⅲ場(chǎng)線及空鐵。 橋位平面見圖2、橋型布置見圖3。

圖3 南移斜拉橋方案橋型布置(單位:cm)

(2)2×126 m 轉(zhuǎn)體斜拉橋

主梁采用單箱三室截面箱梁,梁高3.6 m[7],跨高比為35,梁頂頂寬34.4 m,底寬11.5 m,底板厚30～60 cm,頂板厚30～75 cm;采用三向預(yù)應(yīng)力體系[8]。

主塔布置在主梁截面中央,人字形橋塔,塔身采用矩形空心截面,整體塔高82 m,有效塔高70.8 m,塔跨比0.56[9]。 橋梁典型斷面見圖4。

圖4 南移斜拉橋方案典型斷面(單位:cm)

斜拉索采用PESC7 mm 鍍鋅高強(qiáng)度平行鋼絲束[7],其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度不低于1 770 MPa[11]。 斜拉索在梁上的索間距為6.0 m,在塔上的索間距為2.0 m,最外側(cè)斜拉索傾角為30°,全橋共設(shè)置34 對(duì)斜拉索。

橋梁采用塔梁墩固結(jié)體系[12],主梁與過渡墩間設(shè)支座連接。

(3)65 m 頂推鋼箱梁

主梁采用單箱四室等高鋼箱梁,梁高3 m。 受西側(cè)互通匝道影響,橋梁變寬,梁頂頂寬34.4～34.74 m,底寬25.4～25.735 m,懸臂長(zhǎng)4.5 m。 梁體與橋墩采用支座連接。

(4)2×35 m 小箱梁

采用簡(jiǎn)支橋面連續(xù)小箱梁,主梁梁高1.8 m,受西側(cè)互通匝道影響,橋梁變寬(寬34.74～43.89 m),其中西側(cè)橋跨由12 片中梁、2 片邊梁組成,東側(cè)橋跨由10 片中梁、2 片邊梁組成,濕接縫寬度根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。 梁體與橋墩采用支座連接。

(5)下部結(jié)構(gòu)

2×126 m 斜拉橋轉(zhuǎn)體主墩采用Y 形墩。 墩底縱橫向尺寸為11.0 m×11.9 m[13-14]。 主墩承臺(tái)分3 層,承臺(tái)厚度分別為3.0 m、1.8 m、6.8 m。 上層為上轉(zhuǎn)盤,縱橫向尺寸為18.0 m×18.0 m;中層放置轉(zhuǎn)體球鉸支座,縱橫向尺寸為19.0 m×19.0 m;下層為下轉(zhuǎn)盤,縱橫向尺寸為25.7 m×28.4 m。 基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ),采用39 根φ2.0 m 鉆孔灌注樁。

其他橋墩采用花瓶式橋墩,墩頂設(shè)大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁,墩底接承臺(tái),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

(6)施工工藝

2×126 m 斜拉橋擬采用轉(zhuǎn)體法施工[15]。 首先施工橋梁下部結(jié)構(gòu);然后順鐵路線路方向搭設(shè)支架,現(xiàn)澆梁體及橋塔;鐵路要點(diǎn),封鎖線路,采用墩底轉(zhuǎn)體施工工藝,將橋梁轉(zhuǎn)體就位;2×35 m 小箱梁擬采用梁場(chǎng)預(yù)制,架橋機(jī)要點(diǎn)架設(shè)施工工藝;65 m 鋼箱梁擬在西側(cè)小箱梁上拼裝,頂推施工至平面位置后落梁就位[16-18];最后施工橋面附屬,成橋。

(7)方案評(píng)價(jià)

盡管該方案對(duì)既有淮河路影響相對(duì)較小,但從對(duì)既有鐵路線的影響程度來看,Ⅱ場(chǎng)線既有電氣化立柱橫跨5 股道,可將軟橫跨改為硬橫跨,立柱高度由16 m 降為11 m,且平面位于直線,可通過調(diào)整電氣化立柱位置,滿足鐵路部門關(guān)于“立柱距離橋梁邊緣大于5 m”的要求,此時(shí)凈高可按8.5 m 控制。 Ⅲ場(chǎng)線既有電氣化立柱未掛網(wǎng),立柱高20 m。 轉(zhuǎn)體施工時(shí)可將立柱拆除,待轉(zhuǎn)體完成后恢復(fù),轉(zhuǎn)體過程中凈高不受立柱限制。 成橋后,由于鐵路平面為曲線,受立柱縱向跨距影響,無法滿足鐵路部門關(guān)于“立柱距離橋梁邊緣大于5 m”的要求。 為降低橋梁縱斷,通過改動(dòng)Ⅲ場(chǎng)東側(cè)2 股鐵路線路,向東撥移1.5 m,以滿足接觸網(wǎng)立柱遷改為硬橫跨條件,立柱高度可由20 m 降為11 m,凈高可按16 m 控制。 本方案對(duì)鐵路站場(chǎng)影響較大,從整體來看,該方案線形也相對(duì)較差。 另外,因縱斷面較高,東側(cè)龍崗山路需通過既有淮河路進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換。因此,需對(duì)路中方案進(jìn)行詳細(xì)研究。

5.2 路中T 構(gòu)方案

對(duì)于路中方案而言,僅需調(diào)整個(gè)別接觸網(wǎng)立柱,對(duì)既有鐵路影響較小,但需重點(diǎn)解決3 個(gè)方面的問題:①橋梁主跨跨越14 股鐵路,邊跨受油專線、空軌和龍崗山路匝道控制,需采用不平衡大跨轉(zhuǎn)體,考慮通過配重、設(shè)置臨時(shí)撐腿和臨時(shí)索塔的方式解決;②該方案在既有淮河路路中修建,為保證既有淮河路通行,橋梁下部結(jié)構(gòu)采用門式墩;③根據(jù)鐵路部門相關(guān)規(guī)定,為減小對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?應(yīng)優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)體施工方案[19-20],故選擇在門式墩上方設(shè)置轉(zhuǎn)體支座,轉(zhuǎn)體施工。

針對(duì)該線位,結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件,對(duì)(135+80) m跨橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行T 構(gòu)橋型和斜拉橋橋型的比選。 其中,下部結(jié)構(gòu)及(67+78) m 轉(zhuǎn)體T 構(gòu)方案與路中斜拉橋方案一致。 橋位平面見圖5。

圖5 T 構(gòu)方案橋位平面(單位:m)

(135+80) m 轉(zhuǎn)體T 構(gòu)主梁采用單箱三室變截面鋼箱梁,中支點(diǎn)根部梁高8.0 m,135 m 跨邊支點(diǎn)梁高4.0 m,80 m 跨邊支點(diǎn)梁高3.2 m,梁高采用拋物線變化。 橋梁頂寬29.9 m,底寬20.9 m,懸臂長(zhǎng)4.5 m。 梁體與橋墩采用支座連接。 橋型布置見圖6,典型斷面見圖7。

圖6 T 構(gòu)方案橋型布置(單位:cm)

圖7 T 構(gòu)方案典型斷面(單位:cm)

5.3 路中斜拉橋方案

(1)橋型布置

采用(67+78) m 轉(zhuǎn)體T 構(gòu)跨越存車場(chǎng)線及Ⅱ場(chǎng)線,采用(135+80) m 轉(zhuǎn)體斜拉橋跨越Ⅲ場(chǎng)線。 橋位平面見圖8,橋型布置見圖9。

圖8 路中斜拉橋方案橋位平面(單位:m)

圖9 路中斜拉橋方案橋型布置(單位:cm)

(2)(135+80) m 轉(zhuǎn)體斜拉橋

主梁采用單箱五室截面鋼箱梁,梁高3.5 m,跨高比為38.6,頂寬34.4 m,底寬16.0 m。

主塔布置在主梁截面中央,塔身采用矩形鋼箱梁截面,整體塔高66 m,有效塔高55 m,塔跨比0.4。

斜拉索采用PESC 鍍鋅高強(qiáng)度平行鋼絲束(φ7 mm),其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度不低于1770 MPa;135 m 跨上斜拉索索間距為10.0 m, 80 m 跨上為5.0 m,塔上索間距為2.5 m,最外側(cè)斜拉索傾角為23.8°,全橋共設(shè)置24 對(duì)斜拉索。

結(jié)構(gòu)體系為塔梁固結(jié)體系,梁體與橋墩采用支座連接。 橋梁典型斷見圖10。

圖10 路中斜拉橋方案典型斷面(單位:cm)

(3)(67+78) m 轉(zhuǎn)體T 構(gòu)

主梁采用單箱四室變截面鋼箱梁,中支點(diǎn)根部梁高5.2 m,邊支點(diǎn)梁高3.2 m,梁高采用拋物線變化。受西側(cè)互通匝道影響,橋梁變寬,頂寬變化范圍為34.4～43.76 m,底寬變化范圍25.4～34.76 m,懸臂長(zhǎng)4.5 m[22-23]。

(4)下部結(jié)構(gòu)

為避免高架橋橋墩影響既有淮河路通行,橋梁下部結(jié)構(gòu)均采用門式墩,門式墩凈距16 m,與既有淮河路下穿鐵路框架中間孔對(duì)齊,以保證中間孔道路的正常通行。 根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果,為適應(yīng)上部梁體支座反力,墩頂采用預(yù)應(yīng)力蓋梁。 橋墩側(cè)墻厚度定為2 m,由圖10 可知,側(cè)墻侵入兩側(cè)道路1.3 m, 但對(duì)兩側(cè)道路通行影響不大,墩底設(shè)承臺(tái),承臺(tái)厚3.2 m。 基礎(chǔ)采用φ2.0 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[24]。

(5)施工工藝

擬采用轉(zhuǎn)體法施工。 首先施工橋梁下部結(jié)構(gòu),為減少對(duì)既有道路運(yùn)營(yíng)的干擾,門式墩兩側(cè)墻分開施工,施工一側(cè),封閉一側(cè),保證有一側(cè)道路正常通行;然后順鐵路線路方向搭設(shè)支架,拼裝鋼箱梁及橋塔;再采用墩頂轉(zhuǎn)體施工工藝,將橋梁轉(zhuǎn)體就位;最后施工剩余橋跨,成橋。

6 橋梁方案比選

結(jié)合以上論述,分別從工期、結(jié)構(gòu)形式及施工特點(diǎn)等方面對(duì)3 種方案進(jìn)行比較(見表1)。

表1 3 種橋梁方案比較

通過分析,相較于南移斜拉橋方案,路中斜拉橋方案整體線形好,工期短,投資較低;相較于路中T 構(gòu)方案,施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低,且造型能更好滿足景觀性要求。 綜合考慮,路中斜拉橋方案具有較大優(yōu)勢(shì)。

7 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際的建設(shè)條件分別從線路整體線形、上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝以及對(duì)既有線路的影響等方面。對(duì)南移方案、路中斜拉橋方案以及路中T 構(gòu)方案進(jìn)行深入比選,最終采用路中斜拉橋方案。 相較于其他兩個(gè)方案,該方案綜合考慮線路整體線形,合理利用門式墩的特點(diǎn),有效減小對(duì)既有淮河路的影響,結(jié)合孔跨布置,采用墩頂大跨不對(duì)稱轉(zhuǎn)體斜拉橋和轉(zhuǎn)體T 構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)21 股鐵路線的跨越。