京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁工程過渡與防護設計

曹　健

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

?

京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁工程過渡與防護設計

曹健

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐工程的引入通道和施工場地空間狹小，需跨越秦沈客運專線和多條普速鐵路、河流、市政道路與管線等。通過科學、合理、嚴密地編制京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁工程過渡與防護設計解決了橋梁特殊工點多、過渡方案復雜施工難度大；臨近既有設備安全防護壓力大、公鐵立交橋改建交通疏解難；敏感點多、高程要求苛刻、相互干擾大；自動化沉降和變形監測秦沈客運專線標準高等諸多困難。保證了既有設備正常運營和安全，確定了經濟合理的橋梁過渡與防護設計方案，使京沈客運專線在狹小空間成功引入沈陽鐵路樞紐。

京沈客運專線；沈陽樞紐；橋梁工程過渡；安全防護；自動化監測

1　概述

京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐工程[1]有正線雙線特大橋2座；聯絡線單線特大橋3座、大橋1座；改建雙線中橋1座、單線大中橋各1座；便線雙線大中橋各1座；剛架[2]5座；涵洞[3]7座。

主要難點和特點：征地拆遷和四電遷改難度大；施工過渡方案復雜；臨近既有線施工安全壓力大；施工與鐵路運輸相互干擾大；公鐵立交橋改建交通疏解難；施工場地狹小進出場困難。通過縝密的工程過渡與防護設計，確定了經濟合理的橋梁過渡與防護設計方案，使京沈客運專線在狹小空間引入沈陽鐵路樞紐，降低了數億的遷改費用。

丁香湖疏解區北側為丁香湖景區，東側為沈陽市電廠和污水處理設施；南側為高層居民區，既有線從南至北分別為：既有沈山上行線路基、既有沈山下行線路基、秦沈客運專線大橋，其中沈山下行線路基下穿秦沈客運專線大橋的門式墩后跨越新開河。

大成站疏解區既有線兩側為中高層居民區，既有線從南至北為：既有沈山上下行線和多條站線通過框構跨越衛工街、衛工渠，秦沈客運專線大成特大橋跨越衛工街、衛工渠。

2　橋梁布置與結構形式

2.1上部結構

為了滿足鐵路列車安全運行和旅客乘坐舒適度的要求，京沈客運專線正線橋梁結構采用32、24 m簡支箱梁[4]、16 m簡支箱梁+預應力混凝土框架墩、71.5 m簡支拱。丁香特大橋簡支梁采用預制架設[5]法施工，大成特大橋采用預制架設法與滿布支架法施工。

需要先期施工的便線、各改建線和各聯絡線不能對既有秦沈客運專線和既有沈山上下行線行車產生較大干擾，在施工場地狹小的條件下，采用簡支T梁預制架設或吊裝施工，且便線拆除后T梁還用到其他聯絡線上，節約了空間和投資。

2.2下部結構

橋墩采用圓端形實體墩，跨線橋交叉角度較小時采用框架墩跨越。正線橋臺采用一字臺，聯絡線及相關改建線橋臺采用T臺。

根據工程地質與水文地質、最大沖刷深度等條件，選用樁基基礎。樁基采用鉆孔灌注樁[6](φ1.0 m、φ1.25 m鉆孔樁為主)，大跨橋墩采用φ1.5 m的鉆孔樁。考慮東北地區的凍融、凍脹等因素，承臺底面埋深不小于土壤最大凍結深度[7]以下0.25 m。

墩臺基礎的沉降按恒載計算，設計速度目標值160 km/h。對于外靜定結構，有砟橋面工后沉降量不得超過80 mm，相鄰墩臺均勻沉降量之差不得超過40 mm。 對于外超靜定結構，其相鄰墩臺均勻沉降量[8]之差的容許值，應根據沉降對結構產生的附加應力的影響而定。

3　丁香湖疏解區橋梁工程過渡

京沈客運專線丁香特大橋為雙線橋，分別跨越秦沈上行轉京沈上行聯絡線、秦沈客運專線[9]、秦沈下行轉京沈下行聯絡線、新開河。秦沈下行轉京沈下行聯絡線單線特大橋，分別跨越秦沈客運專線、新開河、秦沈上行轉京沈上行聯絡線。秦沈下行線轉京沈下行線聯絡線單線特大橋與既有秦沈客運專線雙線大橋同時起橋跨越秦沈上行轉京沈上行聯絡線(利用了既有沈山下行線)。改建沈山下行線采用剛架結構下穿秦沈客運專線與2條聯絡線和便線。

第一步：本步驟運營線路為雙線秦沈客運專線和沈山上、下行線，如圖1所示。(1)施工秦沈施工便線上的下穿秦沈1-15.5 m小剛架、秦沈便線1號中橋及秦沈便線2號中橋3處工點使之貫通，其中秦沈便線1號中橋及下穿秦沈1-15.5 m小剛架為既有線邊行車中施工，需采取安全的防護措施，并加強監測。(2)施工改沈山上行線大橋使沈山上行線貫通，施工(12+16+12) m改沈山下行線跨新開河連續剛架中橋，提前在秦沈便線和秦沈轉京沈下行線間打入秦沈下行線轉京沈下行線特大橋基礎鉆孔樁防護。(3)施工京沈下行線轉秦沈下行線特大橋的0～21號墩臺基礎。(4)丁香特大橋的0～19號、23號墩臺基礎、24～26號框架墩的左側基礎。(5)秦沈下行線轉京沈下行線特大橋的7～16號墩臺基礎。(6)秦沈上轉京沈上行線大橋的0～6號墩臺基礎。

第二步：本步驟運營線路為秦沈施工便線、既有沈山下行線和改建沈山上行線，如圖2所示。秦沈線便線行車、改沈山上行線貫通后，修建下鉆秦沈線剛架。(1)秦沈下行線轉京沈下行線特大橋的4～6號墩臺基礎、17～18號墩臺基礎、19～27號框架墩左側基礎。(2)丁香特大橋的24～26號框架墩右側基礎及橫梁、27號墩臺基礎、28～35號框架墩左側基礎。(3)京沈上行線轉秦沈上行線特大橋的0～3號墩臺基礎、13～16號墩臺基礎。

圖1　丁香湖疏解區橋梁方案過渡與防護第一步局部示意

圖2　丁香湖疏解區橋梁方案過渡與防護第二步局部示意

第三步：本步驟運營線路為秦沈施工便線和改建沈山上、下行線，如圖3所示。改沈山下行線貫通后，可大面積施工剩余基礎和框架墩。(1)秦沈上行線轉京沈上行線大橋的7～10號墩臺基礎。(2)秦沈下行線轉京沈下行線特大橋的0～3號墩臺基礎、19～27號框架墩右側基礎及橫梁[10]、28～33號框架墩基礎及橫梁、34～50號墩臺基礎。(3)丁香特大橋的20～22號墩基礎防護、28～35號框架墩右側基礎及橫梁、36～43號框架墩基礎及橫梁、44～70號墩臺基礎。(4)京沈上行線轉秦沈上行線大橋的4～12號墩臺基礎。

圖3　丁香湖疏解區橋梁方案過渡與防護第三步局部示意

第四步：本步驟秦沈客運專線恢復既有秦沈線運營。如圖4所示。拆除秦沈施工便線及秦沈施工便線2號橋的0～3號墩臺，施工因便線行車而無法施工的基礎和橋墩。(1)京沈下行線轉秦沈下行線特大橋的22～25號墩臺基礎。(2)丁香特大橋的20號～22號墩臺基礎。(3)京沈下行線轉秦沈下行線特大橋的26號～36號墩臺利用便線2號大橋4號～14號墩臺部分。至此丁香湖疏解區橋梁主體工程全部完成。

圖4　丁香湖疏解區橋梁方案過渡與防護第四步局部示意

4　大成站疏解區橋梁工程過渡

大成特大橋京方臺～46號墩之間簡支箱梁均采用預制架設，47號墩～沈方臺之間簡支箱梁及簡支拱采用滿布支架法施工。小里程側簡支拱橋墩左側為改沈山上下行線，右側為沈山大于聯絡線，凈寬限界控制緊張，縱橫向偏心對限界影響較大，為重要控制點，再往大里程側因與既有大成特大橋距離較近，47號墩～沈方臺之間簡支箱梁均按支架現澆施工。

第一步：衛工街北側接長、衛工渠北側接長，同時對47號墩～沈方臺基礎右側部分進行鉆孔樁防護。如圖5所示。

第二步：新建沈山北道Ⅲ線，將沈山上行線在京方臺小里程側過渡到沈山北道Ⅲ線上對京方臺～46號墩右側進行鉆孔樁防護。如圖6所示。對47號墩～沈方臺基礎左側進行防護，并施工完成部分的基礎及橋墩。

圖5　大成站橋梁方案過渡與防護第一步局部示意

圖6　大成站橋梁方案過渡與防護第二步局部示意

第三步：衛工街、衛工渠接長后，修建沈山下行便線，對37～46號墩進行左側鉆孔樁防護橋墩承臺橫向鋼板樁防護并施工完成剩余基礎及橋墩。如圖7所示。

圖7　大成站橋梁方案過渡與防護第三步局部示意

第四步：修建新的沈山下行線后，對京方臺～36號墩左側進行鉆孔樁防護基礎橫向采用鋼板樁防護施工，施工完成新建沈山線與秦沈客專間剩余的基礎及橋墩，利用京沈客運專線作為秦沈客運專線的便線行車。如圖8所示。

圖8　大成站橋梁方案過渡與防護第四步局部示意

第五步： (1)既有秦沈客運專線大成特大橋臨時斷道。(2)復測既有秦沈客運專線大成特大橋墩臺位置軌面、梁底及墩頂高程。(3)既有沈山上行線改行新建沈山上行線，既有沈山上行線斷道。(4)拆除既有秦沈客運專線大成特大橋40～44號墩之間橋面系，并拆除梁部結構。(5)拆除秦沈客運專線大成特大橋41號橋墩，對42、43號橋墩基礎采用鋼板樁防護后拆除橋墩及承臺基礎。(6)在41號橋墩既有承臺基礎上修建新橋墩，依次修建42、43號墩樁基礎、承臺及墩身，42、43號框架墩墩身及橫梁采用支架現澆法施工。(7)安裝支座，架設同型號新梁。(8)秦沈客運專線恢復至既有秦沈線運營。如圖9所示。至此大成站疏解區橋梁主體工程全部完成。

圖9　大成站橋梁方案過渡與防護第五步局部示意

5　安全防護與監測

5.1安全防護設計

京沈正線、聯絡線大部分橋梁基礎距離既有高速鐵路橋梁基礎和路基較近，地下水位較高，開挖深度較深，對于有水基坑，開挖后因抽水清淤施工時破壞地下承壓土的飽和平衡結構，在運行車載及沖擊力下極易引起此段土體下沉和偏移，給既有線安全運行帶來隱患，制定如下防護設計原則。

(1)橋梁下部結構根據工點具體情況，優化結構尺寸，減小防護高度。

(2)對既有線進行鋼板樁、鉆孔樁等防護設計，應盡量減小對既有線的影響。

(3)對于距離運營的秦沈線較近的基礎施工采用鉆孔樁防護加只打不拔鋼板樁考慮。

(4)地下水位線以下，承臺側及底部采用混凝土[11]封水。

(5)其余基礎施工時均采用鋼板樁全封閉防護。

5.2自動化監測

在鐵路橋梁和路基長期的服役或相鄰結構施工過程中，由于外界環境變化及人為等不利因素對工程的長期影響，結構會發生自然老化、損傷積累，相鄰結構的施工過程會引起鐵路橋涵和路基的沉降和變形，并可能導致災難性事故的發生。因此，對鐵路橋梁的運行狀況進行健康監測，可以有效預防突發性災難、及時控制缺陷的發展、減少損失、避免人員傷亡，確保運營安全。

此外，秦沈客運專線鐵路大多處于封閉狀態，采用傳統人工測量方法很難進行連續監測。所以，要保證結構的安全性，除了嚴格控制施工措施外，應對其進行遠程、實時、在線、自動地監測，從而保證秦沈客運專線的運營安全。因此，建立一套與秦沈客運專線標準相適應的、自動化、實時化、遠程化、可視化的在線監控系統，對秦沈客運專線開展自動化沉降和變形監測具有十分重要的工程意義和應用價值。

監測結果表明，該系統具有較強的穩定性和適用性，為自動化監測秦沈客運專線提供了一套高精度、實用、有效、可靠的監測分析工具，為科學指導京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁工程過渡和主管與運營部門的決策提供了良好的管理平臺。

6　結論

通過科學、合理、嚴密地編制京沈客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁工程過渡和防護設計，解決了多個難題：橋梁孔跨與施工過渡的縝密結合，解決了過渡方案復雜、施工難度大的問題；空間剛架結構形式與公鐵立交橋改建因地制宜的優化設計，解決了臨近既有設備安全防護壓力大、交通疏解難的問題；墩臺基礎結構優化和簡支拱和框架墩的合理應用，解決了敏感點多、高程要求苛刻、相互干擾大的困難；遠程、實時、在線、自動化的沉降和變形監測解決了秦沈客運專線的運營安全。確定了經濟合理的橋梁過渡與防護設計方案，使京沈客運專線在狹小空間成功引入沈陽鐵路樞紐，降低了數億的拆遷和改造費用，并獲得了良好的社會和經濟效益，為今后高速鐵路[12]引入大型鐵路樞紐的建設提供了良好的借鑒。

[1]曹健，田萬俊，龔寶中.京沈客專客運專線引入沈陽鐵路樞紐橋梁方案研究 [J].鐵道標準設計，2015(11)：64-68.

[2]李義兵.鐵路客運專線橋梁設計研究[J].鐵道標準設計，2006(6)：22-24.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]孫樹禮.京滬高速鐵路橋梁工程[J].鐵道標準設計，2008(6)：1-4.

[5]鄭健.中國高速鐵路橋梁[M].北京：高等教育出版社，2008.

[6]馮利波.北京動車段走行線特殊結構橋梁設計[J].鐵道標準設計，2012(3)：50-53.

[7]中華人民共和國鐵道部.TB10005—2010鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

[8]中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[9]王召祜.客運專線橋梁設計研究[J].鐵道標準設計，2005(4)：26-31.

[10]田萬俊.預應力混凝土框架墩設計研究[J].鐵道標準設計，2003(8)：67-69.

[11]中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—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..

[12]國家鐵路局.TB10621—2014高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

Transition and Protection Design of Bridge Project to Lead Beijing-Shenyang Dedicated Passenger Line into Shenyang Railway Junction

CAO Jian

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

As the leading corridor and construction space of the Beijing-Shenyang dedicated passenger railway line leading into Shenyang railway junction is very narrow， the project needs to cross over Qinhuangdao-Shenyang dedicated passenger railway line， several normal speed railway lines， rivers， municipal roads and pipe lines. The precise， scientific and reasonable transition and protection design of bridge project leading Beijing-Shenyang dedicated passenger railway line into Shenyang railway junction has solved such problems as follows: so many special bridge structures， complicated transition options and construction difficulties; challenges in the protection of adjacent existing facilities， traffic organization in upgrading rail/road overpass; so many sensitive points， strict elevation requirement and interference; high standard of automatic subsidence and deformation monitoring required by Qinhuangdao-Shenyang dedicated passenger line and other difficulties. The design ensures normal operation and safety of the existing equipment and is proved reasonable and economical for bridge transition and protection and makes it possible to allow Beijing-Shenyang high-speed railway to be introduced successfully into Shenyang railway junction in such a small space.

Beijing-Shenyang dedicated passenger line; Shenyang railway junction; Bridge transition; Safety protection; Automatic monitoring

2016-01-14；

2016-01-26

曹健(1983—)，男，工程師，2006年畢業于西南交通大學，

工學學士，E-mail：vitamin_cj@163.com。

1004-2954(2016)08-0064-05

U442.4

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.08.014