跨鐵路城市立交橋拆除還建工程經濟性分析及方案優化

李先業

摘 要：結合蘭州市東崗立交橋拆除還建工程，分析了舊橋拆除工程的特點，從安全性、經濟性、工期等方面進行了分析，提出了合理的拆除方案，分析了新建跨鐵路線橋梁的特點和周邊環境，將跨線疊合梁橋優化為鋼桁梁頂推技術，優質高效的完成了建設任務，取得了良好的經濟效益。

關鍵詞：城市跨鐵路橋;拆除還建;優化方案;經濟性分析

0 引言

隨著經濟的快速發展，城市道路與鐵路的立交工程越來越多[1]。目前的立交工程分為三類[2]，一是通過下穿隧道的方式通過鐵路，二是建設跨線立交橋工程跨越鐵道，三是通過平面交叉道口的方式跨越鐵路，從安全和交通工程角度考慮，用的最多的為跨線橋梁和下穿隧道工程，由于鐵路的交通屬性和特點，跨線工程施工不能造成鐵路營業線的中斷，這對跨越鐵路橋梁工程的施工帶來了很高的要求，造成施工成本大，安全風險要求高，雖然部分技術人員研究了跨鐵路橋梁建造的方案和成本問題[2-6]，也提出了好多的方案，但是工程背景不一樣，設計和施工方案要因地制宜，切合實際。因此，合理的設計和施工方案是跨鐵路線建設的核心問題，既要保證安全和質量，又要降低建設成本。本文結合蘭州市東崗立交橋拆除還建工程，對方案如何分析選擇進行了簡單介紹，為類似工程提供參考經驗。

1 工程概況

蘭州市東崗立交橋位于蘭州東崗東路，西起甸子街，東至南山公路，全長約1 000 m，橋梁地處黃河南岸Ⅱ級階地，跨越既有的隴海鐵路和包蘭鐵路，由于建設年代久，設計標準低，在近些年大噸位和大流量車流的運營過程出現橋墩下沉，梁板開裂等質量問題，不能滿足運營的要求，也對既有鐵路安全運營造成威脅，需要拆除重建，消除安全隱患的同時，解決蘭州東大門交通擁堵問題。

新建的蘭州市東崗立交橋工程為雙向六車道，全長595 m，橋面寬度35 m，橋跨結構分為6聯，第一、二、三、五聯跨徑為3×30 m預應力混凝土等截面單箱多室直腹板箱梁，第四聯為3×35 m預應力混凝土等截面單箱多室直腹板箱梁，梁頂板設置橫坡，底板水平，梁頂寬25 m，挑臂端部厚度0.25 m，箱頂板厚度0.25 m，底板厚度0.25 m，腹板厚度0.4 m～0.6 m;第六聯采用23+42+35+30 m連續鋼箱梁上跨既有隴海鐵路和包蘭鐵路，鋼箱梁梁高1.8 m，外形與連續箱梁基本保持一致，頂、底板鋼板厚度均為16 mm，腹板厚度為14 mm。全橋基礎為鉆孔灌注樁，其中跨鐵路橋樁徑為2.5 m，其余部分樁徑為1.5 m;立柱采用矩形截面獨柱墩，截面尺寸2 m×2 m。跨越鐵路既有線拆除和新建工程是本項目施工的難點，也是本項目成本控制的重點。

2 工程經濟性分析

2.1 拆除工程經濟性分析

拆除的東崗立交橋為多跨簡支梁結構，上跨既有包蘭和隴海鐵路，拆除過程中封閉交通，確保鐵路的安全運營和鐵路軌道及電力電氣化設施是拆除工程的最大安全風險，在拆橋過程中如何維持橋梁整體和局部穩定性，如何利用短暫的鐵路天窗點完成跨線段結構拆除是拆除工程的核心問題。結合立交橋特點，參照國內同類工程的施工方法，征求鐵路運營單位意見，分析切割吊裝法、原位破碎法和爆破法拆除施工的安全性、經濟性、工期和對環境的影響程度，選擇最合理的施工方案，在保證安全的同時取得良好的經濟效益。

2.2 新建工程的經濟性分析

上跨既有鐵路橋梁施工主要受到鐵路高敏感區域安全施工影響較大，經過排查對比發現，跨既有線梁體存在設計不合理的情況，設計院的設計理念主要考慮城市立交橋設計方案和施工技術，對跨越既有鐵路線設計經驗不足，采用了疊合梁設計方案，施工難度倍增。沒有從經濟角度、施工風險方面考慮，對鐵路天窗點施工人員、設備、技術的成熟度、安全風險、工期考慮欠佳，需要結合現場情況，進行設計和施工方案的優化，降低安全風險和建造成本。

3 工程經濟性優化

3.1 拆除方案優化

結合拆除工程的實際情況，綜合分析[7]切割吊裝法、原位破碎法和爆破法拆除施工的安全性、經濟性、工期和對環境的影響程度，如表1所示。

原位破碎法在經濟上優于切割吊裝法，主要原因是吊車使用時間短、減少人工切割時間及費用。如：切割吊裝法需兩臺50 t吊車，每臺月租賃價格9萬元左右，兩個月需要36萬元。人工使用神鋸將梁體一片一片切割需要360個工日，需花費10萬元，工期長，安全性低。而原位破碎法將整個梁體與橋墩分割后落地，破碎錘進行原地面破碎，不需將梁體分解吊落，施工工藝相對簡單，安全性較高，主要經濟指標見表2所示。

綜合比選中，優先考慮安全風險低且對鐵路影響小的方案，兼顧其它指標后，認為原位破碎法的指標比較均衡，鐵路運營部門也同意臨近既有線部分采用原位破碎法施工。

3.2 新建工程的經濟性分析

新建東崗立交橋跨越隴海鐵路和包蘭鐵路段設計為簡支疊合梁，大跨度跨線疊合梁橋的施工難點如下：（1）基礎采用Φ1.5 m鉆孔灌注樁，臨近既有鐵路線，場地受限，大型機械無法開展工作;（2）隴海鐵路和包蘭鐵路行車量較大，天窗點不足，疊合梁橋工期較長，不能滿足天窗點要求;（3）因東崗立交橋為城市道路橋梁，連接城市主干道，同時也是蘭州的東大門，周邊施工場地有限，沒有條件設置制梁場，建設成本非常高;（4）疊合梁跨越既有干線鐵路吊裝只能在天窗點施工，鐵路天窗為2小時，不能滿足施工需要，且機械作業半徑大，會影響鐵路電氣化設備，安全風險極大;（5）現澆梁板仍然為既有鐵路天窗點施工，施工功效太低。

經過分析設計方案，綜合考慮技術難度、施工效率、裝備水平及安全風險，采用鋼箱梁頂推施工，可以很大程度上避免疊合梁橋施工的種種弊端。鋼箱梁施工方案特點如下：（1）鋼箱梁采用節段拼裝，可在既有鐵路影響范圍外施工，安全風險低，質量有保障;（2）該方案施工時，僅在天窗點內施工導梁，施工工序簡單，安全風險低，成本較低;（3）頂推技術成熟，使用千斤頂頂推，避免大型機械干擾鐵路電氣化設備，施工工期較短，相對較為經濟;（4）該方案施工避免建設制梁場，節省臨時用地，能夠滿足市政工程綠色施工要求。

經過兩種方案的對比分析，鋼箱梁施工方案的安全風險更低，可以節約制梁場臨時用地2畝，節約工期7個月，減少鐵路天窗點施工180小時，節約直接建設成本98萬元，間接成本約240萬元，安全措施費約60萬元，主要經濟指標對比如下表3所示。

以上論述不難看出，疊合梁與鋼箱梁建設成本的優劣。疊合梁從樁基、支墩及梁體澆筑所花費直接費成本較鋼箱梁高;疊合梁比鋼箱梁施工工期長，間接費用相對增加;由于疊合梁既有線施工，安全措施成本高于鋼箱梁施工。

4 結論

通過對工程實際情況，結合安全、對交通影響程度、既有鐵路影響因素、施工技術水平、方案的合理性、工期、建設成本等因素的綜合分析，優化了原有的設計和施工方案，優質高效的完成蘭州市東崗立交橋拆除還建工程，取得了良好的經濟和社會效益，總結出了以下結論：

（1）跨越鐵路等高風險橋梁工程的拆除工程，首先要考慮安全風險因素，采用原位破碎法拆除橋梁的方法更適合鐵路跨線橋拆除施工需要，節約建設成本約210萬元。

（2）跨越既有鐵路線橋梁建設中，要盡量采用鋼箱梁+頂推的方案，能夠保證鐵路安全的同時，降低施工風險，降低建設成本，本項目采用鋼箱梁頂推方案代替疊合梁方案，節約綜合成本約400萬，節約工期約7個月，取得了最大效益。

（3）在激烈的建筑市場環境中，要重視技術手段，充分發揮專業優勢，綜合分析設計方案的合理性和經濟性，在確保安全的條件下，盡量采用成熟的施工方案，降低建設成本，使得建設工程項目效益最大化。

參考文獻：

[1]陶濤.城市道路下穿鐵路設計方案的比選[J].國防交通工程與技術，2017（5）：20-23+24.

[2]鄧健兒.城市立體交叉規劃與選型方案評價研究[D].成都：西南交通大學，2007.

[3]劉東.跨越既有高速鐵路橋梁施工方案及防護設計研究[J].橋梁建設，2010（6）：70-72+76.

[4]古蘭玉.上跨鐵路營業線橋梁施工技術與施工方案比選方法研究[D].北京：清華大學，2017.

[5]劉彥明.跨越既有鐵路橋梁方案設計研究[J].鐵道標準設計，2016（2）：57-61.

[6]王玉喜.上跨電氣化鐵路連續梁支架拆除施工技術[J].鐵道建筑技術，2014（2）：23-26.

[7]劉新忠，王森林，陳宇.城市立交橋拆除方案比選[J].發展與創新，2019（2）：179-180.