濟南市開源路公跨鐵立交橋方案研究

周國鋒

(中國鐵路濟南局集團有限公司，山東濟南 250001)

近年來，隨著道路交通建設的快速發(fā)展，新建公路、市政道路與鐵路交叉的項目逐年增多，此類項目的實施會對鐵路的運營安全造成較大挑戰(zhàn)。因此，在項目方案研究階段，應把保證鐵路運營安全放在重要位置，在此前提下，再確定合理、可行的橋梁方案。已有許多學者進行了相關研究，周繼等對鄭州市農業(yè)路快速通道工程上跨鄭州北鐵路編組站及京廣鐵路進行進行研究，從鐵路安全、技術、工期、經濟等方面進行分析比較，最終推選了(126+200+126) m雙塔斜拉橋方案[1]。魏毅強對保阜高速公路跨京廣鐵路的轉體T構、獨塔單索面斜拉橋、T梁3個方案進行研究比選，認為轉體T構方案對鐵路影響最小[2]。郭春榮對鄭州市中心區(qū)鐵路跨線橋的(106+248+106) m雙塔單索面斜拉橋的施工方案進行分析比較，根據(jù)與鐵路距離不同，認為可采用支架現(xiàn)澆、掛籃澆筑、轉體施工3種不同的施工方案[3]。

以下參考前人的對比分析方法，對濟南市開源路上跨膠濟客專、膠濟鐵路立交橋的橋梁方案進行研究，從橋梁跨度、結構體系、施工方案、施工風險、橋梁景觀等方面對橋梁方案進行比選，并進一步考慮橋梁后續(xù)運營、養(yǎng)護對鐵路運營的影響，將立交橋全壽命周期內對鐵路運營的影響降到最低[4]。

1 工程概況

濟南市開源路道路工程北起工業(yè)北路，南至涵源大街，全長約2.67 km，為濟南東部南北向的次干道，自南向北串聯(lián)高新區(qū)、盛福片區(qū)、新東站片區(qū)等。開源路的建設，將打通該片區(qū)鐵路阻隔，優(yōu)化城市干路網體系，拓展城市發(fā)展空間，有利于發(fā)揮新東站城市次中心作用。

2 建設條件

2.1 橋位處鐵路現(xiàn)狀及規(guī)劃

濟南市開源路跨越鐵路橋位處鐵路現(xiàn)狀及道路規(guī)劃如圖1。

圖1 開源路跨越鐵路處平面

(1)膠濟客專

交叉處位于章丘至濟南東區(qū)間，道路中心線與鐵路下行線夾角為80.62°，運營速度為200 km/h，雙線，途經列車86.5對/d，按高速鐵路管理。

(2) 膠濟鐵路

交叉處位于歷城站內西咽喉，道路中心線與鐵路中心線夾角為83.73°，正線速度為120 km/h，7股線路，途經列車72對/d，按普速鐵路管理。

(3)軌道交通

在建軌道交通R2線為雙線，以及姜家莊停車場兩股出入場線。

(4) 規(guī)劃黃臺南路

黃臺南路規(guī)劃建筑紅線寬50 m。

2.2 建設標準

(1)道路等級：城市次干路。

(2)設計速度：50 km/h。

(3)車道寬度：2×11 m。

(4)車道布置：雙向六車道。

(5)設計荷載：主橋采用城-A級的1.3倍[4]。

(6)抗震設防烈度：7度(0.10g)。

3 總體方案

膠濟客專按高速鐵路管理，根據(jù)國家鐵路集團有限公司和中國鐵路濟南局集團有限公司相關規(guī)定[5-6]，在無砟軌道區(qū)段的路基和有可能破壞地基加固效果的有砟軌道區(qū)段禁止框架頂進、管涵下穿。因此，只能選擇上跨鐵路方案，為減小對鐵路運輸?shù)挠绊?，應?yōu)先選擇轉體施工方案。

3.1 橋下凈空

本項目位于鐵路道岔區(qū)，接觸網立柱不具備遷改的條件，故橋梁底面距離接觸網立柱頂應大于5 m[7]，則梁底至軌頂凈高H≥15.35 m=10.35 m(支柱高度)+5 m(安全距離)。

3.2 橋面布置

跨越膠濟客專立交橋應設兩道防撞墻(內側SX級防撞墻、外側SS級防撞墻)，兩道護欄之間應設不小1.5 m的防撞緩沖帶，并在最外側設異物監(jiān)測系統(tǒng)。本項目橋面兩側設置了3.5 m寬的非機動車道、人行道，該空間可以兼作防撞緩沖帶。

4 橋梁設計方案

跨越鐵路立交橋應滿足鐵路部門相關要求，橋墩承臺外緣與鐵路路基坡腳、接觸網回流線應有一定的安全距離。因股道之間沒有橋墩施工條件，需要橋梁跨度較大，轉體T型剛構橋及轉體連續(xù)梁橋難以滿足本項目跨徑要求[8]，因此，主要研究了3種轉體斜拉橋方案：①轉體雙塔斜拉橋；②轉體矮塔斜拉橋；③轉體獨塔斜拉橋。

4.1 轉體雙塔斜拉橋

雙塔單索面斜拉橋跨徑組合為(31+78+181+78+31) m，采用塔墩固結、塔梁分離的半漂浮結構體系[9]，在塔墩主梁下設置承載力為20MN的豎向支座，立面布置見圖2。

圖2 雙塔斜拉橋方案(單位：m)

(1)主梁

主梁采用C55混凝土，橫斷面為等高魚腹式箱梁，中央索梁錨固位置設兩道直立腹板，梁高3.6 m，頂板寬37.2 m，底板寬12.5 m，兩側懸臂長5 m(如圖3)。

圖3 主梁橫斷面(單位：cm)

(2)橋塔

橋塔采用“人”形結構，為矩形空心截面，塔柱橫向寬3.4 m，順橋向在下塔墩至主梁橋面以上15 m位置處設置6～12 m的變化段，塔柱全高(梁頂面至塔頂)為50 m。斜拉索對稱錨固于橋塔內混凝土齒塊上，為了承受斜拉索巨大的拉力，塔柱斜拉索錨固區(qū)設計為預應力混凝土構件。

(3)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔布置19對拉索(共152根拉索)，橋塔上索距為2 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(tǒng)(轉體噸位260MN)、主墩。②爬模法施工主塔[10]，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側各89 m主梁，轉體段總長178 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監(jiān)測基礎、并安裝防拋網。④利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

4.2 轉體矮塔斜拉橋

采用單索面矮塔斜拉橋[11]，跨徑組合為(90+170+90) m，采用塔梁固結、塔墩分離的半漂浮結構體系[12]，主墩上需設置大噸位支座，單個支座噸位100MN，立面布置如圖4。

圖4 矮塔斜拉橋方案(單位：m)

(1)主梁

主梁為采用C55混凝土，主截面為變高度箱梁，中支點梁高為5.5 m，邊支點梁高為3.3 m，頂板寬37.2 m，底板寬18.36 m，兩側懸臂長度為8 m(如圖5)。

圖5 主梁橫斷面(單位：cm)

(2)橋塔

該橋橋塔采用“一”形結構，為矩形實心截面，主塔橫向寬2.5 m，順橋向寬5 m，主塔高度(梁頂面至塔頂)為24.5 m。

(3)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔布置13對拉索(共52根拉索)，橋塔上索距為0.8 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(tǒng)(轉體噸位300MN)、主墩。②爬模法施工主塔，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側各84 m，轉體段總長168 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監(jiān)測基礎、并安裝防拋網。④利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

4.3 轉體獨塔斜拉橋

采用獨塔單索面斜拉橋[13]，跨徑組合為(33+98+151) m，為非對稱獨塔雙索面斜拉橋[14]，采用墩、梁、塔固結的剛構體系[15]，立面布置如圖6。

圖6 獨塔斜拉橋方案(單位：m)

(5)主梁

主梁采用C55混凝土，橫斷面為等高魚腹式箱梁，中央索梁錨固位置設兩道直立腹板，梁高為3.6 m，頂板寬37.2 m，底板寬12.5 m，兩側懸臂寬5 m(如圖7)。

(6)橋塔

該橋橋塔采用“一”形結構，為矩形空心截面，塔柱橫橋向寬度為3.4 m，順橋向寬度為7 m。塔柱全高(梁頂面至塔頂)70.0 m。斜拉索對稱錨固于橋塔內混凝土齒塊上，為了承受斜拉索巨大的拉力，塔柱斜拉索錨固區(qū)設計為預應力混凝土構件[12]。

圖7 主梁橫斷面(單位：cm)

(7)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔設置20對索(共80根索)，橋塔上索距為2 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(8)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(tǒng)(轉體噸位380 MN)、主墩。②爬模法施工主塔，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側118.7 m(邊跨)、141.8 m(中跨)主梁，轉體段總長260.5 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監(jiān)測基礎、并安裝防拋網。④由于主墩兩側轉體段長度不相等，需在邊跨側配重[16]，滿足要求后利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

5 橋梁方案比選

3種轉體斜拉橋方案的施工、運營、養(yǎng)護階段的比選見表1。

表1 三種橋梁方案比較

經綜合比較，(31+78+181+78+31) m雙塔斜拉橋方案采用兩側對稱平衡轉體施工，雖經濟性略差，但轉體段長度小、轉體噸位?。恢鞫罩ё鶉嵨恍?，后續(xù)運營更換支座及斜拉索難度小，施工對鐵路運營的影響??；截面高度相等，橋梁景觀效果好，故推薦該方案。

6 結語

濟南市開源路跨越膠濟客專、膠濟鐵路，因鐵路等級高、鐵路股道多且位于膠濟鐵路歷城站西咽喉區(qū)，橋梁跨度較大，常規(guī)的轉體T型剛構、轉體連續(xù)梁難以滿足要求。因此，在方案研究階段，提出雙塔斜拉橋、矮塔斜拉橋、獨塔斜拉橋3個轉體斜拉橋方案，并對各個方案進行深入研究比選，最終選擇了對鐵路影響最小的雙塔斜拉橋方案。該方案可降低橋梁施工、運營、養(yǎng)護對鐵路的影響，確保鐵路運輸安全。