天津外环线东北部调线工程跨越北环铁路方案研究

曹全

(北京铁路局，北京100860)

天津外环线东北部调线工程跨越北环铁路方案研究

曹全

(北京铁路局，北京100860)

针对天津外环线东北部调线上跨北环铁路立交工程，综合考虑铁路安全要求和市政道路建设需要，进行了顶推预应力混凝土连续梁、转体T构和架设简支梁等多方案论证，确定顶推预应力混凝土连续梁方案为适合工点的推荐方案，并对推荐方案的主体结构、临时结构、顶推施工等的技术要点进行了研究，可为困难条件下公铁交叉工程提供参考。

繁忙干线铁路 公铁立交 方案研究

1 工程概况

天津外环线东北部调线从南向北跨越既有北环铁路双线和三条专用线，跨越位置位于既有北环线大毕庄东侧约1.6 km处，道路与北环线交角为79°。三条专用线分别为热电厂专用线、棉麻库专用线、全程物流专用线，均为运营铁路。其中全程物流专用线以250 m半径逐渐向北偏移。

既有北环铁路为国铁Ⅰ级货运铁路，电力牵引，每天运行117对车，通行密度极大。北环铁路规划在上、下行两侧均预留联络线接入条件，线间距5.3 m，专用线在联络线接入后相应往外侧平移。全程物流专用线北侧为华粮道，水泥路面，道路宽7 m，该道路为进出物流区和粮库的唯一道路。

天津外环线东北部调线道路等级为城市快速路，全宽46 m，分两幅设计，单幅桥宽20.75 m，路面形式为0.5 m防撞墙+19.75 m行车道+0.5 m防撞墙+ 4.5 m中央隔离带+0.5 m防撞墙+19.75 m行车道+0.5 m防撞墙。桥梁设计荷载采用城—A级，采用公路Ⅰ级荷载进行检算。

道路与铁路交叉平面关系如图1。

图1 道路与铁路交叉平面布置(单位:m)

根据平面图，公路桥孔跨设计需一跨跨过既有五条铁路及北侧华粮道，同时应为铁路规划预留条件，南侧按照基础不侵入既有铁路坡脚及桥墩边缘至回流线≥5 m控制，北侧按照基础不侵入公路路面控制，拟定主跨度跨径应≥50 m。既有线南、北侧均有一条规划路，跨越铁路桥孔的两侧边孔应与规划路结合，满足规划路跨越条件。

北环铁路预留铁路双层集装箱运输装载限界条件，桥下净高≥7.96 m，并预留沉降及既有铁路抬道要求，与考虑承力索至梁底的距离因施工过程中不断电＞0.7 m比较，取最不利条件控制，桥下净高按照8.7 m控制。

2 桥梁跨越方案比选

本工点跨越既有繁忙货运铁路，桥式方案的选择必须满足铁路运营安全与铁路规划要求，减少由于桥梁建设引起的铁路运营损失。桥位处地势平坦，跨越铁路前后纵坡分别3.5%的上坡和－3.5%的下坡，桥梁段落内坡度已用足;考虑施工过程中的电气化铁路绝缘要求和后期桥梁养护维修问题，跨越孔不宜采用钢结构，结合本工程实际情况，可选用的方案有顶推混凝土连续梁方案、转体混凝土T构方案和架设混凝土简支梁方案。

2.1 顶推箱梁方案

顶推的基本施工方法为先在边跨现浇顶推梁段，在顶推路线的各主体桥墩之间设置临时墩，各墩上设置滑道，通过千斤顶拽拉牵引索克服滑块与滑道之间的摩擦来实现梁体向前推进，达到目标梁位。

本案例顶推箱梁方案可采用等高预应力混凝土连续梁结构，分左右幅设计，同步顶推，主跨径采用50 m，边跨采用30 m，箱梁截面采用单箱四室截面，梁高2.9 m。下部结构采用矩形扩头墩和桩基础，主墩基础可采用8根φ1.5 m的钻孔桩。

顶推方案立面布置和施工示意如图2、图3所示。

图2 顶推连续梁立面示意(单位:m)

图3 顶推施工示意

顶推箱梁方案的主要优点:梁高较小，可有效降低纵断面以减小全桥桥高;基础形式简单，尺寸、基坑开挖深度小，对既有路基边坡破坏较小;两侧调跨条件较好，对地方道路规划影响小;施工对既有铁路运营影响较小;双幅桥可同时顶推，亦可分幅顶推施工，施工灵活性高;造价较低经济性强。主要缺点是需设置导梁和临时墩等临时设施，临时墩布置需占用既有棉麻库专用线铁路位置，施工期间需要临时中断行车。

2.2 转体T构方案

转体施工的基本原理为先施工转体段梁部及下部结构，在转体墩下设置转体平台，可利用桩基础承台，在平台和桥墩之间设置转体球铰，利用千斤顶拉动牵引索带动球铰以上梁部和桥墩沿一个方向做转体运动，达到目标梁位。

本案例采用转体施工桥跨可选56+54 m，根部梁高5.1 m，边支点梁高1.8 m，梁底线形按二次抛物线变化，下部结构采用双薄壁桥墩和桩基础，基础初拟28根φ1.2 m的钻孔桩。

转体T构立面示意如图4所示。

转体T构方案主要优点:在铁路上方施工时间短，要点次数少，对既有铁路运营影响小;转体施工安全性高。主要缺点:T构根部梁高较大，需抬高桥面高程、增加桥长;需要沿铁路线搭设支架，会对铁路路基边坡造成一定范围的破坏;基础尺寸、基坑深度大，基坑施工对既有铁路边坡影响大，防护工作量大;必须保证两幅桥同步作业，对施工精度要求高，施工灵活性差;采用T构方案调跨条件差，两侧跨越规划道路难度大，同时转体方案投资较高。

2.3 架设简支梁方案

预制架设简支梁方案可采用的梁型有T梁、箱梁和结合梁等。实施期间需在铁路上方进行频繁的无序架梁作业，安全风险大;各片梁之间的湿接缝施工没有完美的解决办法，不能杜绝在铁路上方施工的安全隐患，且湿接缝存在一定的耐久性问题，后期的检查维修实施起来也很困难。特别是对于本工程而言，由于需要的跨度较大(45～50 m)，梁体重量大，在繁忙货运干线上架设大跨度简支梁安全风险大，故不宜采用。

2.4 方案比选

顶推连续梁方案和转体T构方案主要技术经济指标及优缺点如表1所示。

图4 转体T构立面示意(单位:m)

表1 方案比较

顶推箱梁方案比较T构转体方案而言，可减低桥面高程、减少引桥长度，从而大大降低了桥梁工程造价，而顶推施工对于货运铁路的运营影响在可控范围之内，综合经济技术优势更明显，选用顶推箱梁方案作为本工程的推荐方案。

3 推荐方案设计研究

连续梁全联长度采用(30+50+30)m，结合临时墩布置和顶进施工流程，顶进梁部节段长取62 m。推荐方案桥型布置参见图2。

3.1 主体结构设计

顶推梁部一般采用预应力混凝土结构，且为了适合顶推，多采用等高整体箱梁，为满足顶推过程中不断体系转换的受力要求及相关构造要求，采用单箱四室结构，梁高2.9 m，悬臂宽2.5 m。箱梁预应力钢束布置需考虑体系转换受力的需要，永久束分批张拉，并适当考虑少量临时钢束。箱梁按全预应力混凝土构件计算。

下部结构考虑景观需要，并和前后段落桥墩样式统一，采用双柱花瓶形桥墩，矩形截面，截面尺寸过渡墩采用2.2 m×3.6 m，主墩采用2.5 m×3.6 m，基础采用钻孔灌注桩。桥墩均采用右倾10°设计。

跨越既有铁路的公路桥桥面采用SS级加强型防撞护栏，高度采用1.3 m，并在防撞护栏上按《铁路工程设计防火规范》的要求安装防护屏，两者总高度不小于2.2 m。跨越铁路上方主跨不设泄水孔，在主墩处设置集中排水，通过泄水管下爬至地面排水;两侧边跨设置直排式泄水孔。市政公路桥桥面需设置照明、交通标志和智能交通设施，为避免危及铁路运营安全，原则上跨铁路主跨范围内均应避免设置灯柱、交通牌等设施。

3.2 临时结构设计

1)导梁

导梁作为临时结构一般采用钢结构，多为工字形和箱形截面，根据以往工程经验，导梁刚度取顶推梁部的1/5～1/9。本工程实例桥面较宽，在靠近边箱的两个中腹板上各设一处导梁，导梁长20 m，两片导梁间采用钢管组合K形支撑，将两幅导梁焊接成整体。经过计算，导梁各阶段最大应力81.6 MPa，最大挠度15.1 mm，满足规范要求。在施工过程中应加强线形控制，并做好导梁与临时墩搭接的过渡措施。

导梁与箱梁的连接一直是顶推施工的薄弱点和关键点，设计中采用钢箱梁截面直埋入混凝土梁中的方法，钢箱梁腹板采用φ60 mm PBL剪力键与混凝土梁体连接，钢箱梁上下翼缘内侧设置φ22 mm剪力钉。

2)临时墩、限位墩布置

现浇顶推段箱梁之前，在各永久墩之间设置临时支墩，跨度在10 m左右，顶推范围内每个主墩和临时墩侧均设置限位装置(图5)。临时墩设计根据顶推施工过程模拟，竖向受力根据梁部顶推过程最不利状态计算，水平力根据顶推中的竖向力乘以滑道梁表面摩擦系数，并考虑结构重力在纵坡方向上的分力得到，顶推启动时，按静摩擦系数≤0.08设计，顶推过程中按动摩擦系数≤0.045设计。

图5 限位装置示意

3)顶推、牵引及锚固装置

牵引装置包括千斤顶及牵引索。千斤顶为ZLD系列千斤顶，单幅横向共2个，间距3.1 m，布置在反力座之内。牵引索采用15-15预应力钢绞线及其相应锚具。

在顶推段箱梁后端横梁上设置拉锚器，拉锚器采用钢板焊接而成，通过在箱梁内预埋螺杆与箱梁连接，横向对应于牵引墩置于箱梁底部。

4)滑动装置

滑动装置由滑道梁和滑板组成，在每个永久墩及临时墩上设置滑道梁，横向间距7.3 m。滑道梁采用钢板焊接组成，滑板为四氟滑板。施工时要保证滑道梁与滑板之间的动摩擦系数不得＞0.045，静摩擦系数不得＞0.08。四氟滑板抗压强度≥10 MPa。

3.3 顶推施工流程及施工要点

顶推施工参见图3。根据上述结构布置，按导梁行进到既有北环铁路接触网立柱位置为在既有北环铁路上方施工范围，并列为要点施工时段，共计47 m。可分3次要点:第1次到导梁搭上靠北环铁路侧临时墩，按12 m/h行进速度计算，北环铁路上方行进18 m，要点作业时间90 min;第2次到主梁搭上靠北环铁路侧临时墩，要点作业时间95 min，行进距离19 m;第3次到梁部顶推就位，操作时间50 min，顶推距离10 m。现浇顶推梁段时，需将桥面两侧防撞墙一同浇筑。具体施工流程为:

基础和桥墩施工→临时墩施工，搭建满布支架→现浇梁段，张拉钢束→安装导梁及滑道，顶推准备→第1次顶推就位→第2次顶推就位→第3次顶推就位→拆除导梁及顶推设备，张拉顶推段剩余钢束→现浇边跨梁段，张拉钢束→拆除支架，桥面铺装及附属设施施工。

4 结语

随着城市的发展扩大，新建城市道路与既有运营铁路交叉往往不可避免，为满足铁路特别是繁忙干线铁路对安全的高要求，跨越铁路节点工程方案往往控制道路工程设计。本文经过经济、技术等多方面比选，采用顶推连续梁方案作为推荐方案，既减小铁路运营风险，又节约了投资，较好地兼顾了道路建设需求和铁路安全运营要求，可为同类桥梁方案选择和设计提供参考借鉴。

［1］陈恒山，吴静，陈湘林．顶推法施工在桥梁工程中的应用［J］．中外公路，2006(3):178-180．

［2］徐化轩．顶推梁桥施工中可能出现的技术问题与对策［J］．铁道工程学报，2002(2):30-33．

［3］张晓东．桥梁顶推施工技术［J］．公路，2003(9):41-51．

［4］李杰，陈淮，宋洪喜，等．板桁组合公铁两用桥主梁顶推施工分析［J］．铁道建筑，2013(2):12-14．

［5］中华人民共和国铁道部．TB 10002．2—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

(责任审编孟庆伶)

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，高级工程师。