京廣鐵路跨線橋拆解與新建工程總體設計

劉詩文LIU Shi-wen

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430000）

0 引言

鄭州市北三環(huán)是鄭州市區(qū)北部一條重要東西向快速路，于1994 年建成通車，至今已運營25 年。其中跨鄭州北編組站及京廣鐵路段高架橋經(jīng)評定為危橋，且現(xiàn)狀車道數(shù)規(guī)模不足，需拆除重建[1-2]。

京廣鐵路跨線橋位于北三環(huán)-京沙快速路互通以東約740m 處，交叉角度75.6°?，F(xiàn)狀跨線橋為大跨度框架式立交橋，孔跨布置為13.44m+34.56m+13.44m，單跨31.5m，橋下最小凈空6.98m。新建京廣鐵路跨線橋為（30+46+30）m連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，受既有鐵路凈空及兩側(cè)地面輔路保通條件限制，采用頂推施工方案跨越京廣鐵路。本工程設計及施工技術特點有：跨干線鐵路既有橋快速拆除工藝[3-5]、新建橋步履式頂推施工工藝[6-7]、超寬連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。

1 主要技術標準

1.1 既有橋主要技術標準

道路等級：雙向4 車道城市主干路。

橋面布置：1.5m（人行道）+22m（機動車道）+1.5m（人行道）=25m。

荷載等級：

機動車道：汽車-超20 級，掛車-120 級；非機動車道：汽車-15 級；人行道：3.5kN/m2。

橋下凈空：上跨京廣鐵路，凈空嚴格限制，現(xiàn)橋下最小凈空6.98m。

1.2 新建橋主要技術標準

道路等級：城市快速路；

設計車道數(shù)：6 主線車道+2 加減速車道；

主體結(jié)構(gòu)設計基準期：100 年；

設計速度：80km/m（主線）；

橋下凈空：梁底最低點至軌面≥8.0m（軌面至承力索7.5m+安全高度0.5m）；

縱橫坡：縱坡≤3.5%，橫坡2.0%；

結(jié)構(gòu)耐久性：按Ⅰ類環(huán)境設計；

橋梁設計荷載：城-A 級×1.3 倍；

抗震要求：抗震設防標準為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.15g。

2 既有橋情況

現(xiàn)狀跨越京廣鐵路橋為大跨度框架式立交橋，布置圖如圖1 所示。橋面寬度25m，橋面布置1.5m 人行道+22m車行道+1.5m 人行道，孔跨布置為13.44m+34.56m+13.44m，單跨31.5m，與鐵路斜交角度75.6°。橋梁邊跨采用框架結(jié)構(gòu)，頂板為C40 鋼筋混凝土板，板寬24m，厚0.8m，靠近中跨加高至1.2m；中墩采用C40 實心板式柔性墩，厚0.5m，寬25m；邊墩采用4 根φ0.9m 柱式墩，墩柱與頂板通過蓋梁固結(jié)。主跨采用后張法預應力混凝土箱形梁，梁體13 片，單片梁寬183cm，梁高120cm，二次澆筑面層10cm與瀝青路面3cm，構(gòu)造高度共133cm，單片梁重約104 噸。架梁施工采用縱橫移方案，縱移以特別設計與專門制造的矮形運梁車在I63C 工字鋼便橋上運行。下部結(jié)構(gòu)中墩為板式墩，交接墩為柱式橋墩，均為φ1.0mC20 鉆孔灌注樁基礎。

圖1 既有鐵路跨線橋布置圖（單位：cm）

3 既有橋拆除設計要點

3.1 拆解總體思路

既有京廣鐵路跨線橋橋下凈空為6.98m，不具備加設防護棚施工的條件?？缇€橋人行道板拆除、箱梁拆除均需要點施工，減少對鐵路的干擾。列車通行時嚴禁在橋面上施工作業(yè)。箱梁利用架橋機拆除，箱梁拆除前先拆除既有橋面系及附屬設施，沿縱縫鑿除二次澆筑層使箱梁分離，然后架設架橋機，采用架橋機將箱梁移除鐵路上方，待箱梁全部拆除后，架橋機退孔出鐵路上方。

3.2 箱梁分離要點

根據(jù)既有橋設計圖紙及現(xiàn)場勘察，箱梁之間僅依靠梁頂10cm 二次澆筑面層連接。為防止大型機械破除橋面現(xiàn)澆層震動影響二次澆筑面層混凝土的完整性，影響鐵路行車安全，采用鑿除梁縫附近的混凝土。先在梁端鑿出通道，在兩片箱梁的腹板之間的空隙內(nèi)沿縱向滿鋪油毛氈，防止鑿除二次澆筑混凝土時渣石掉落。采用人工鑿除法沿縱縫將10cm 厚的二次澆筑層鑿開露出鋼筋。采用手持鋼筋速斷器將二次澆筑層的φ8 鋼筋切斷，各片箱梁完全分離。施工期間對橋下鐵路影響較小，無需中斷鐵路行車。

3.3 箱梁拆除要點

主跨共計13 片箱梁，單片箱梁長31.5m，寬1.83m，梁高1.2m，加10cm 上混凝土現(xiàn)澆后層高1.3m，單片梁重約104t，擬采用160-40 雙導梁架橋機進行吊離拆除。因拆除梁體重量較大，需在架橋機三個支腿對應位置設置臨時支墩。支墩采用φ800×10 鋼管柱，柱上雙拼HM588×300 型鋼，并采用墊塊與梁底或框架牛腿底頂死，基礎為C20 擴大基礎。架橋機起吊前，在兩邊跨框架下方搭設盤扣式滿堂支架，上方與框架底板頂死。架橋機按順序?qū)纹淞合蚝罂v向移動出鐵路范圍后落梁。因單片梁重達104t，市政段橋梁無法承受運梁荷載，因此需平穩(wěn)落于滿鋪方木上，按5m 一段原位切割后再運離施工現(xiàn)場，單趟運載車總重不得超過25t。同時要求將一片梁體完全切割運離后方可進行下一片箱梁起吊拆解，東側(cè)橋面不得同時放置兩片梁體。

4 新建跨線橋設計要點

因橋下凈高較為局促，為減小對鐵路設備影響，降低施工難度，采用梁高更低的鋼箱梁。且承臺基坑鄰近地面道路垂直擋墻，采用較輕的鋼箱梁可減小承臺規(guī)模，進而降低鄰邊開挖風險。此外，鋼箱梁采用工廠預制后現(xiàn)場拼裝，頂推重量輕，施工速度快，對既有地面道路影響小。

新建橋梁采用（30+46+30）m 整幅連續(xù)鋼箱梁，橫斷面布置見圖2。橋梁寬度39.5m，結(jié)合兩側(cè)引橋及場地布置，采用整幅由東側(cè)向西側(cè)頂推施工。

圖2 新建跨線橋橫斷面布置圖（單位：cm）

4.1 上部結(jié)構(gòu)

主梁采用單箱七室斜腹板等高度鋼箱梁截面，橋面寬39.5m，懸臂長5.85m，底板寬26.5m，標準段名義梁高為2.3m。箱梁頂板采用雙面2%橫坡，底板保持水平以方便頂推。主梁采用Q345qD 鋼材。

鋼箱梁一般截面頂板厚度16mm、底板厚度14mm、腹板厚度14mm，在支點附近頂?shù)装寮爸懈拱搴穸燃雍駷?0mm。頂板在箱室范圍采用U 形加勁肋加勁，在懸臂范圍采用板肋加勁；底板采用U 形加勁肋加勁，腹板采用板肋加勁。頂板U 形加勁肋板厚8mm，高度300mm，間距為600mm；頂板板肋加勁肋板厚20mm，高度210mm，間距350mm；底板U 形加勁肋板厚6mm，高度260mm，間距為750mm，在支點附近加厚為10mm；腹板板肋加勁肋厚16mm，高度160mm。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

橋墩構(gòu)造采用雙柱式花瓶墩。墩中心距11m，墩頂支座中心距12m，墩底截面尺寸2.1×2.1m，墩高8.5～11.0m。邊墩承臺采用工字形承臺，中墩承臺采用整體式承臺，厚為2m，埋深約2.0m，樁基采用8 根φ1.2m 鉆孔樁。

4.3 主要計算結(jié)果

采用Midas Civil 2019 計算軟件分別建立梁板模型及縱梁模型[8-9]，由于本橋為單箱七室模型，橫向應力較不均勻，故梁板模型主要驗算各板件應力情況，縱梁模型驗算支反力、抗傾覆等。按實際分別對主梁施加單元荷載模擬一期恒載和二期恒載，按照車道荷載模擬活載作用，并建立若干施工階段計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設計規(guī)范》（JTG D64-2015）對主梁進行詳細計算。鋼箱梁應力計算結(jié)果如表1 所示；車道荷載作用下，主梁跨中最大撓度為18.6mm，小于規(guī)范規(guī)定計算跨徑的1/500，即92mm；按標準值組合計算抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)3.83，滿足規(guī)范不小于2.5 的要求。綜上所述計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表1 鋼箱梁應力計算結(jié)果表

4.4 主要施工步驟

①施工主橋橋墩、臨時墩、擴大基礎、鉆孔樁和鋼箱梁拼裝支架布置步履式頂推系統(tǒng)。

②利用汽車吊將鋼箱梁吊到指定位置，調(diào)整好線型后使節(jié)段落在拼裝支架上，進行節(jié)段間拼焊，在箱梁前端逐節(jié)吊運拼裝前導梁。

③將84m 鋼箱梁及30m 導梁在拼裝支架上完成對接后，整體落至步履式千斤頂上，做好頂推準備工作。

④頂推分兩次進行，第一次頂推距離為50m，至導梁跨過鐵路。

⑤第二次頂推至箱梁前端跨過鐵路，逐節(jié)拆除前端導梁并繼續(xù)頂推至鋼箱梁到達設計位置。

⑥在拼裝平臺上后端繼續(xù)吊裝剩余節(jié)段，與到達設計位置的鋼箱梁拼焊成整體。

⑦采用落梁千斤頂整體落梁，拆除全部輔助臨時措施。

5 結(jié)語

京廣鐵路跨線橋拆解與新建工程按照滿足鐵路運營及安全要求的原則進行設計，既有橋采用架橋機整體吊裝拆解，新建橋采用鋼箱梁頂推跨越鐵路，最大程度適應場地環(huán)境，降低對鐵路以及兩側(cè)輔路影響，取得良好的施工效果，對今后同類工程具有重要參考價值。