天津外環線東北部調線工程跨越北環鐵路方案研究

曹全

(北京鐵路局，北京100860)

天津外環線東北部調線工程跨越北環鐵路方案研究

曹全

(北京鐵路局，北京100860)

針對天津外環線東北部調線上跨北環鐵路立交工程，綜合考慮鐵路安全要求和市政道路建設需要，進行了頂推預應力混凝土連續梁、轉體T構和架設簡支梁等多方案論證，確定頂推預應力混凝土連續梁方案為適合工點的推薦方案，并對推薦方案的主體結構、臨時結構、頂推施工等的技術要點進行了研究，可為困難條件下公鐵交叉工程提供參考。

繁忙干線鐵路 公鐵立交 方案研究

1 工程概況

天津外環線東北部調線從南向北跨越既有北環鐵路雙線和三條專用線，跨越位置位于既有北環線大畢莊東側約1.6 km處，道路與北環線交角為79°。三條專用線分別為熱電廠專用線、棉麻庫專用線、全程物流專用線，均為運營鐵路。其中全程物流專用線以250 m半徑逐漸向北偏移。

既有北環鐵路為國鐵Ⅰ級貨運鐵路，電力牽引，每天運行117對車，通行密度極大。北環鐵路規劃在上、下行兩側均預留聯絡線接入條件，線間距5.3 m，專用線在聯絡線接入后相應往外側平移。全程物流專用線北側為華糧道，水泥路面，道路寬7 m，該道路為進出物流區和糧庫的唯一道路。

天津外環線東北部調線道路等級為城市快速路，全寬46 m，分兩幅設計，單幅橋寬20.75 m，路面形式為0.5 m防撞墻+19.75 m行車道+0.5 m防撞墻+ 4.5 m中央隔離帶+0.5 m防撞墻+19.75 m行車道+0.5 m防撞墻。橋梁設計荷載采用城—A級，采用公路Ⅰ級荷載進行檢算。

道路與鐵路交叉平面關系如圖1。

圖1 道路與鐵路交叉平面布置(單位:m)

根據平面圖，公路橋孔跨設計需一跨跨過既有五條鐵路及北側華糧道，同時應為鐵路規劃預留條件，南側按照基礎不侵入既有鐵路坡腳及橋墩邊緣至回流線≥5 m控制，北側按照基礎不侵入公路路面控制，擬定主跨度跨徑應≥50 m。既有線南、北側均有一條規劃路，跨越鐵路橋孔的兩側邊孔應與規劃路結合，滿足規劃路跨越條件。

北環鐵路預留鐵路雙層集裝箱運輸裝載限界條件，橋下凈高≥7.96 m，并預留沉降及既有鐵路抬道要求，與考慮承力索至梁底的距離因施工過程中不斷電＞0.7 m比較，取最不利條件控制，橋下凈高按照8.7 m控制。

2 橋梁跨越方案比選

本工點跨越既有繁忙貨運鐵路，橋式方案的選擇必須滿足鐵路運營安全與鐵路規劃要求，減少由于橋梁建設引起的鐵路運營損失。橋位處地勢平坦，跨越鐵路前后縱坡分別3.5%的上坡和－3.5%的下坡，橋梁段落內坡度已用足;考慮施工過程中的電氣化鐵路絕緣要求和后期橋梁養護維修問題，跨越孔不宜采用鋼結構，結合本工程實際情況，可選用的方案有頂推混凝土連續梁方案、轉體混凝土T構方案和架設混凝土簡支梁方案。

2.1 頂推箱梁方案

頂推的基本施工方法為先在邊跨現澆頂推梁段，在頂推路線的各主體橋墩之間設置臨時墩，各墩上設置滑道，通過千斤頂拽拉牽引索克服滑塊與滑道之間的摩擦來實現梁體向前推進，達到目標梁位。

本案例頂推箱梁方案可采用等高預應力混凝土連續梁結構，分左右幅設計，同步頂推，主跨徑采用50 m，邊跨采用30 m，箱梁截面采用單箱四室截面，梁高2.9 m。下部結構采用矩形擴頭墩和樁基礎，主墩基礎可采用8根φ1.5 m的鉆孔樁。

頂推方案立面布置和施工示意如圖2、圖3所示。

圖2 頂推連續梁立面示意(單位:m)

圖3 頂推施工示意

頂推箱梁方案的主要優點:梁高較小，可有效降低縱斷面以減小全橋橋高;基礎形式簡單，尺寸、基坑開挖深度小，對既有路基邊坡破壞較小;兩側調跨條件較好，對地方道路規劃影響小;施工對既有鐵路運營影響較小;雙幅橋可同時頂推，亦可分幅頂推施工，施工靈活性高;造價較低經濟性強。主要缺點是需設置導梁和臨時墩等臨時設施，臨時墩布置需占用既有棉麻庫專用線鐵路位置，施工期間需要臨時中斷行車。

2.2 轉體T構方案

轉體施工的基本原理為先施工轉體段梁部及下部結構，在轉體墩下設置轉體平臺，可利用樁基礎承臺，在平臺和橋墩之間設置轉體球鉸，利用千斤頂拉動牽引索帶動球鉸以上梁部和橋墩沿一個方向做轉體運動，達到目標梁位。

本案例采用轉體施工橋跨可選56+54 m，根部梁高5.1 m，邊支點梁高1.8 m，梁底線形按二次拋物線變化，下部結構采用雙薄壁橋墩和樁基礎，基礎初擬28根φ1.2 m的鉆孔樁。

轉體T構立面示意如圖4所示。

轉體T構方案主要優點:在鐵路上方施工時間短，要點次數少，對既有鐵路運營影響小;轉體施工安全性高。主要缺點:T構根部梁高較大，需抬高橋面高程、增加橋長;需要沿鐵路線搭設支架，會對鐵路路基邊坡造成一定范圍的破壞;基礎尺寸、基坑深度大，基坑施工對既有鐵路邊坡影響大，防護工作量大;必須保證兩幅橋同步作業，對施工精度要求高，施工靈活性差;采用T構方案調跨條件差，兩側跨越規劃道路難度大，同時轉體方案投資較高。

2.3 架設簡支梁方案

預制架設簡支梁方案可采用的梁型有T梁、箱梁和結合梁等。實施期間需在鐵路上方進行頻繁的無序架梁作業，安全風險大;各片梁之間的濕接縫施工沒有完美的解決辦法，不能杜絕在鐵路上方施工的安全隱患，且濕接縫存在一定的耐久性問題，后期的檢查維修實施起來也很困難。特別是對于本工程而言，由于需要的跨度較大(45～50 m)，梁體重量大，在繁忙貨運干線上架設大跨度簡支梁安全風險大，故不宜采用。

2.4 方案比選

頂推連續梁方案和轉體T構方案主要技術經濟指標及優缺點如表1所示。

圖4 轉體T構立面示意(單位:m)

表1 方案比較

頂推箱梁方案比較T構轉體方案而言，可減低橋面高程、減少引橋長度，從而大大降低了橋梁工程造價，而頂推施工對于貨運鐵路的運營影響在可控范圍之內，綜合經濟技術優勢更明顯，選用頂推箱梁方案作為本工程的推薦方案。

3 推薦方案設計研究

連續梁全聯長度采用(30+50+30)m，結合臨時墩布置和頂進施工流程，頂進梁部節段長取62 m。推薦方案橋型布置參見圖2。

3.1 主體結構設計

頂推梁部一般采用預應力混凝土結構，且為了適合頂推，多采用等高整體箱梁，為滿足頂推過程中不斷體系轉換的受力要求及相關構造要求，采用單箱四室結構，梁高2.9 m，懸臂寬2.5 m。箱梁預應力鋼束布置需考慮體系轉換受力的需要，永久束分批張拉，并適當考慮少量臨時鋼束。箱梁按全預應力混凝土構件計算。

下部結構考慮景觀需要，并和前后段落橋墩樣式統一，采用雙柱花瓶形橋墩，矩形截面，截面尺寸過渡墩采用2.2 m×3.6 m，主墩采用2.5 m×3.6 m，基礎采用鉆孔灌注樁。橋墩均采用右傾10°設計。

跨越既有鐵路的公路橋橋面采用SS級加強型防撞護欄，高度采用1.3 m，并在防撞護欄上按《鐵路工程設計防火規范》的要求安裝防護屏，兩者總高度不小于2.2 m。跨越鐵路上方主跨不設泄水孔，在主墩處設置集中排水，通過泄水管下爬至地面排水;兩側邊跨設置直排式泄水孔。市政公路橋橋面需設置照明、交通標志和智能交通設施，為避免危及鐵路運營安全，原則上跨鐵路主跨范圍內均應避免設置燈柱、交通牌等設施。

3.2 臨時結構設計

1)導梁

導梁作為臨時結構一般采用鋼結構，多為工字形和箱形截面，根據以往工程經驗，導梁剛度取頂推梁部的1/5～1/9。本工程實例橋面較寬，在靠近邊箱的兩個中腹板上各設一處導梁，導梁長20 m，兩片導梁間采用鋼管組合K形支撐，將兩幅導梁焊接成整體。經過計算，導梁各階段最大應力81.6 MPa，最大撓度15.1 mm，滿足規范要求。在施工過程中應加強線形控制，并做好導梁與臨時墩搭接的過渡措施。

導梁與箱梁的連接一直是頂推施工的薄弱點和關鍵點，設計中采用鋼箱梁截面直埋入混凝土梁中的方法，鋼箱梁腹板采用φ60 mm PBL剪力鍵與混凝土梁體連接，鋼箱梁上下翼緣內側設置φ22 mm剪力釘。

2)臨時墩、限位墩布置

現澆頂推段箱梁之前，在各永久墩之間設置臨時支墩，跨度在10 m左右，頂推范圍內每個主墩和臨時墩側均設置限位裝置(圖5)。臨時墩設計根據頂推施工過程模擬，豎向受力根據梁部頂推過程最不利狀態計算，水平力根據頂推中的豎向力乘以滑道梁表面摩擦系數，并考慮結構重力在縱坡方向上的分力得到，頂推啟動時，按靜摩擦系數≤0.08設計，頂推過程中按動摩擦系數≤0.045設計。

圖5 限位裝置示意

3)頂推、牽引及錨固裝置

牽引裝置包括千斤頂及牽引索。千斤頂為ZLD系列千斤頂，單幅橫向共2個，間距3.1 m，布置在反力座之內。牽引索采用15-15預應力鋼絞線及其相應錨具。

在頂推段箱梁后端橫梁上設置拉錨器，拉錨器采用鋼板焊接而成，通過在箱梁內預埋螺桿與箱梁連接，橫向對應于牽引墩置于箱梁底部。

4)滑動裝置

滑動裝置由滑道梁和滑板組成，在每個永久墩及臨時墩上設置滑道梁，橫向間距7.3 m。滑道梁采用鋼板焊接組成，滑板為四氟滑板。施工時要保證滑道梁與滑板之間的動摩擦系數不得＞0.045，靜摩擦系數不得＞0.08。四氟滑板抗壓強度≥10 MPa。

3.3 頂推施工流程及施工要點

頂推施工參見圖3。根據上述結構布置，按導梁行進到既有北環鐵路接觸網立柱位置為在既有北環鐵路上方施工范圍，并列為要點施工時段，共計47 m。可分3次要點:第1次到導梁搭上靠北環鐵路側臨時墩，按12 m/h行進速度計算，北環鐵路上方行進18 m，要點作業時間90 min;第2次到主梁搭上靠北環鐵路側臨時墩，要點作業時間95 min，行進距離19 m;第3次到梁部頂推就位，操作時間50 min，頂推距離10 m。現澆頂推梁段時，需將橋面兩側防撞墻一同澆筑。具體施工流程為:

基礎和橋墩施工→臨時墩施工，搭建滿布支架→現澆梁段，張拉鋼束→安裝導梁及滑道，頂推準備→第1次頂推就位→第2次頂推就位→第3次頂推就位→拆除導梁及頂推設備，張拉頂推段剩余鋼束→現澆邊跨梁段，張拉鋼束→拆除支架，橋面鋪裝及附屬設施施工。

4 結語

隨著城市的發展擴大，新建城市道路與既有運營鐵路交叉往往不可避免，為滿足鐵路特別是繁忙干線鐵路對安全的高要求，跨越鐵路節點工程方案往往控制道路工程設計。本文經過經濟、技術等多方面比選，采用頂推連續梁方案作為推薦方案，既減小鐵路運營風險，又節約了投資，較好地兼顧了道路建設需求和鐵路安全運營要求，可為同類橋梁方案選擇和設計提供參考借鑒。

［1］陳恒山，吳靜，陳湘林．頂推法施工在橋梁工程中的應用［J］．中外公路，2006(3):178-180．

［2］徐化軒．頂推梁橋施工中可能出現的技術問題與對策［J］．鐵道工程學報，2002(2):30-33．

［3］張曉東．橋梁頂推施工技術［J］．公路，2003(9):41-51．

［4］李杰，陳淮，宋洪喜，等．板桁組合公鐵兩用橋主梁頂推施工分析［J］．鐵道建筑，2013(2):12-14．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10002．2—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

(責任審編孟慶伶)

U442．5+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．06

1003-1995(2015)04-0018-04

2014-10-19;

2015-01-20

曹全(1966—)，男，北京人，高級工程師。