某市政工程跨鐵路編組站設(shè)計(jì)方案研究

摘要 某市政工程跨越鐵路編組站，工程位置建筑物環(huán)境復(fù)雜，為減小對(duì)既有鐵路編組站的影響，文章經(jīng)工程方案綜合比選研究，采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案跨越鐵路編組站，主橋采用轉(zhuǎn)體法施工。橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，橋梁各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，橋型方案合理可行，綜合優(yōu)勢(shì)明顯，可為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 鐵路編組站；斜拉橋；隧道；鋼箱梁；轉(zhuǎn)體施工；有限元法

中圖分類號(hào) U442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）22-0032-04

0 引言

某市政工程項(xiàng)目原規(guī)劃起于金馬南路與殷莊路交叉口，向東沿金馬南路與煤港路交叉，再向東沿荊馬河路至徐州電務(wù)段，斜跨編組站后，在荊馬河南側(cè)與之并行，終點(diǎn)在荊山路與三環(huán)東路交叉口，路線全長(zhǎng)約2.62 km。經(jīng)研究，對(duì)規(guī)劃線位做了局部?jī)?yōu)化調(diào)整，線形更加順暢，與鐵路交叉角度優(yōu)化為70°，工程平面位置圖見(jiàn)圖1，避開(kāi)了徐州電務(wù)段，對(duì)淮東家具廣場(chǎng)影響也大幅度較小。

1 工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干道。

（2）設(shè)計(jì)速度：主線為60 km/h，匝道為40 km/h。

（3）車(chē)道數(shù)：主線雙向六車(chē)道。

（4）最小圓曲線半徑如下：

主線（60 km/h）：不設(shè)超高的最小半徑為600 m，設(shè)超高的最小半徑為300 m；

匝道（40 km/h）：不設(shè)超高的最小半徑為80 m，設(shè)超高的最小半徑為55 m。

（5）最小縱坡：0.3%。

（6）最大縱坡：一般值為5%，極限值為6%。

（7）道路限界：

車(chē)道寬度：主線單向2×3.5 m+3.75 m、匝道3.5 m+3.5 m。

2 工程方案選擇

該涉鐵工程方案選擇主要受制于徐州北鐵路編組站、徐州電務(wù)段、淮東家具廣場(chǎng)及道路最大縱坡等控制因素。

2.1 橋梁方案

該鐵路編組站曾是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、亞洲第二大的鐵路編組站，上跨鐵路編組站的主橋方案制約整個(gè)項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，主橋橋型方案的合理性、施工方案的可行性決定著項(xiàng)目能否順利實(shí)施。該橋位于城市核心區(qū)域，景觀要求高；場(chǎng)地附近建筑物密集，施工場(chǎng)地小、地基條件較差；既有京滬鐵路正線通車(chē)密度大，鐵路編組站內(nèi)股道密集，任務(wù)繁忙，應(yīng)盡可能采用施工過(guò)程中對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響小的方案。

線位主橋在橋位處鐵路編組站東西向正寬425 m，金馬路與鐵路編組站斜交（軸線夾角約為70°），斜交區(qū)段的長(zhǎng)度約460 m，考慮斜交影響及路基坡腳施工安全距離的要求，主跨跨度約為500 m。適用500 m跨度的橋型主要有拱橋、斜拉橋、懸索橋及索拱組合等。斜拉橋具有技術(shù)成熟、造型美觀、跨越能力大、與周?chē)h(huán)境比較協(xié)調(diào)等優(yōu)勢(shì)，施工可采用懸拼、懸澆、頂推及轉(zhuǎn)體等多種工法，從對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)干擾相對(duì)較小的角度考慮，上跨編組站的主橋方案推薦斜拉橋[1-2]。

根據(jù)《國(guó)鐵集團(tuán)工電部關(guān)于加強(qiáng)穿（跨）越鐵路營(yíng)業(yè)線和鄰近營(yíng)業(yè)線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函〔2020〕48號(hào)）中“公路、城市軌道交通和道路上跨高速鐵路及其相關(guān)聯(lián)絡(luò)線和動(dòng)車(chē)走行線的路基、橋涵地段，以及上跨開(kāi)行客車(chē)的普速鐵路的路基、橋涵地段，橋梁施工應(yīng)優(yōu)先采用轉(zhuǎn)體施工方案”的要求，轉(zhuǎn)體施工方案為最優(yōu)方案[3]。

考慮大里程主墩承臺(tái)邊緣距編組站外側(cè)路基邊坡最小距離為14 m。在施工期內(nèi)，主梁沿鐵路編組站線路方向懸臂拼裝，主梁外邊緣距離京滬下行線最短距離為10 m，轉(zhuǎn)體區(qū)域內(nèi)橋下凈高均滿足轉(zhuǎn)體施工要求。綜合以上因素，得到主跨跨徑為556 m，主橋平面布置圖如圖2所示：

圖2 主橋平面布置圖

主橋推薦方案采用雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置（80+140+556+140+80）m，每側(cè)邊跨設(shè)一個(gè)輔助墩，半漂浮體系，橋長(zhǎng)996 m，主橋立面圖如圖3所示：

圖3 主橋立面布置圖（m）

2.2 隧道方案

深埋盾構(gòu)方案隧道總長(zhǎng)約2 518 m，其中盾構(gòu)段長(zhǎng)約1 575 m，明挖暗埋段長(zhǎng)約401.7 m，線路縱坡采用V字坡設(shè)計(jì)，鐵路西側(cè)道路分別以4.5%、2.5%下坡到鐵路外邊緣正下方，再以0.4%下坡至最低點(diǎn)后，以0.4%上坡至鐵路外邊緣正下方，鐵路東側(cè)道路再以4.5%上升到地面。線路在徐州北編組站的隧頂埋深不小于36.25 m（2.5倍洞徑），即路面距離地面45.25 m。隧道總長(zhǎng)約2 518 m，其中盾構(gòu)段長(zhǎng)約1 575 m。確定隧道的盾構(gòu)內(nèi)直徑為13.3 m，外徑為14.5 m，管片厚度為0.6 m，明挖暗埋段長(zhǎng)約401.7 m，U形槽段長(zhǎng)約497.3 m[4]。

由表1綜合比選可知，從工程對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)的影響、施工難度及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，該工程跨鐵路編組站采用（80+140+556+140+80）m雙塔斜拉橋方案的綜合優(yōu)勢(shì)明顯。

3 橋梁設(shè)計(jì)

主橋采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案，橋長(zhǎng)996 m，橋面寬40.5 m，索塔采用獨(dú)柱型塔，主梁支撐于索塔下方牛腿，橋梁結(jié)構(gòu)體系為半漂浮體系。

3.1 主梁

主梁采用整體鋼箱梁，為兩側(cè)帶懸臂的單箱三室截面。箱梁頂寬40.5 m（含兩側(cè)懸臂），底寬27 m，梁高3.5 m，懸臂長(zhǎng)4.25 m。斜拉索錨固于兩道中腹板形成的中央腔室內(nèi)，主梁橫斷面布置如圖4所示。橋塔所在位置，去除中央腔室頂?shù)装?，便于索塔從中間穿出。

頂板厚16 mm，頂板在行車(chē)道范圍采用厚8 mm的U形加勁肋，基本間距為600 mm，在中央分隔帶、行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)道等非行車(chē)帶范圍采用高160 mm厚14 mm的直板肋。

底板包括水平底板和斜底板兩部分，兩者交匯彎折處通過(guò)冷彎形成，均采用厚6 mm的梯形肋加勁，梯形肋基本間距為800 mm。

錨固腹板采用30 mm厚的鋼板，設(shè)置了五道全鋼箱梁貫穿的240 mm×24 mm的水平加勁肋。

索梁錨固構(gòu)造采用鋼箱式，錨箱安裝在錨固腹板內(nèi)側(cè)，并與其焊成一體。

3.2 主塔

索塔采用“火炬”造型的獨(dú)柱型橋塔，塔底以上索塔全高為150.7 m，塔身上部113 m采用鋼結(jié)構(gòu)，下部37.7 m采用混凝土結(jié)構(gòu)。梁底設(shè)有變截面混凝土牛腿。

索塔縱橫向采用變截面。斜拉索與主梁間的縱向水平夾角最小約為24.1°，主塔結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：

3.3 斜拉索

斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 770 MPa的鍍鋅平行鋼絲拉索，成品索計(jì)算彈性模量采用1.97×105 MPa，空間雙索面體系，扇形布置，全橋共72對(duì)斜拉索（144根），張拉端設(shè)置在塔內(nèi)。斜拉索在梁上的索距為15 m。

3.4 墩身及基礎(chǔ)

兩索塔承臺(tái)尺寸為26.5 m×26.5 m×5 m（順橋向×橫橋向×厚度），塔座尺寸為21 m×21 m×3 m（順橋向×橫橋向×厚度），承臺(tái)與塔座間設(shè)有1.5 m高的球鉸安裝空間，樁基礎(chǔ)采用2.5 m的鉆孔灌注樁。

3.5 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由承重系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)等組成，轉(zhuǎn)體時(shí)的最大噸位為3萬(wàn)噸，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的立面及平面布置圖見(jiàn)圖6、圖7[5-6]所示。

3.5 施工方案

轉(zhuǎn)體前以平行于鐵路編組站支架拼裝鋼箱梁施工，后采用轉(zhuǎn)體法施工，跨中設(shè)合龍口，轉(zhuǎn)體施工示意圖如圖8[7-8]所示：

3.6 結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

1）恒載：包含自重和二期恒載。

2）活載：汽車(chē)荷載按城-A級(jí)，考慮1.3倍的跨鐵路活載安全系數(shù)。

3）溫度：整體升降溫±30℃，斜拉索與主梁、索塔間的溫差取±10℃，索塔單側(cè)±5℃。

4）沉降：索塔基礎(chǔ)不均勻沉降按3 cm考慮，連接墩及輔助墩的基礎(chǔ)按1 cm考慮[9]。

（2）計(jì)算模型。

采用Midas軟件建立空間有限元模型如圖9所示，主梁及索塔采用梁?jiǎn)卧M，斜拉索采用桁架單元模擬，下部結(jié)構(gòu)樁土作用通過(guò)剛度矩陣模擬。

（3）主要計(jì)算結(jié)果。

考慮最不利荷載工況組合下，主橋活載作用下主梁的最大豎向位移為67.1 cm，撓跨比為1/829，基本組合下混凝土塔的最大組合應(yīng)力為16 MPa，主梁最大組合應(yīng)力為169.4 MPa，鋼塔最大組合應(yīng)力為217 MPa，混凝土塔最大組合應(yīng)力為16 MPa，結(jié)構(gòu)受力均滿足規(guī)范要求[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

該市政工程跨越鐵路編組站采用的橋梁方案對(duì)既有鐵路編組站影響較小、施工工藝成熟，涉鐵安全風(fēng)險(xiǎn)可控。上跨編組站主橋采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案，采用轉(zhuǎn)體法施工，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明該橋型方案受力合理，綜合優(yōu)勢(shì)明顯。

圖10 主橋成橋效果圖

參考文獻(xiàn)

[1]周繼，張曉江，田芳.城市快速通道跨越鐵路大型編組站橋梁方案比選研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2016（5）：59-64.

[2]周繼.鄭州農(nóng)業(yè)路上跨鐵路編組站立交橋方案設(shè)計(jì)[J].世界橋梁，2016（2）：7-11.

[3]史娣.武漢二環(huán)線上跨鐵路立交橋總體設(shè)計(jì)[J].世界橋梁，2015（1） ：7-10.

[4]曹全，郝超，趙輝．秦皇島北環(huán)路上跨鐵路立交橋工程方案設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2013（3）：94-98.

[5]吳帥峰．姑嫂樹(shù)路跨鐵路立交橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2014（4）：80-84.

[6]王富君.跨既有鐵路矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)體施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（3）：58-61.

[7]徐升橋，陳國(guó)立，柳學(xué)發(fā)，等．北京市五環(huán)路曲線斜拉橋轉(zhuǎn)體施工設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003（10）：1-5．

[8]周廣偉，黃龍華．橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].華東公路，2007（3）：8-10.

[9]王新國(guó)，周繼，嚴(yán)定國(guó)，等．武漢市楊泗港快速通道轉(zhuǎn)體斜拉橋設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2019（63）：70-76.

[10]程飛，張琪峰，王景全．我國(guó)橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（6）：67-71.