京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁工程过渡与防护设计

曹　健

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300142)



京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁工程过渡与防护设计

曹健

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽工程的引入通道和施工场地空间狭小，需跨越秦沈客运专线和多条普速铁路、河流、市政道路与管线等。通过科学、合理、严密地编制京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁工程过渡与防护设计解决了桥梁特殊工点多、过渡方案复杂施工难度大；临近既有设备安全防护压力大、公铁立交桥改建交通疏解难；敏感点多、高程要求苛刻、相互干扰大；自动化沉降和变形监测秦沈客运专线标准高等诸多困难。保证了既有设备正常运营和安全，确定了经济合理的桥梁过渡与防护设计方案，使京沈客运专线在狭小空间成功引入沈阳铁路枢纽。

京沈客运专线；沈阳枢纽；桥梁工程过渡；安全防护；自动化监测

1　概述

京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽工程[1]有正线双线特大桥2座；联络线单线特大桥3座、大桥1座；改建双线中桥1座、单线大中桥各1座；便线双线大中桥各1座；刚架[2]5座；涵洞[3]7座。

主要难点和特点：征地拆迁和四电迁改难度大；施工过渡方案复杂；临近既有线施工安全压力大；施工与铁路运输相互干扰大；公铁立交桥改建交通疏解难；施工场地狭小进出场困难。通过缜密的工程过渡与防护设计，确定了经济合理的桥梁过渡与防护设计方案，使京沈客运专线在狭小空间引入沈阳铁路枢纽，降低了数亿的迁改费用。

丁香湖疏解区北侧为丁香湖景区，东侧为沈阳市电厂和污水处理设施；南侧为高层居民区，既有线从南至北分别为：既有沈山上行线路基、既有沈山下行线路基、秦沈客运专线大桥，其中沈山下行线路基下穿秦沈客运专线大桥的门式墩后跨越新开河。

大成站疏解区既有线两侧为中高层居民区，既有线从南至北为：既有沈山上下行线和多条站线通过框构跨越卫工街、卫工渠，秦沈客运专线大成特大桥跨越卫工街、卫工渠。

2　桥梁布置与结构形式

2.1上部结构

为了满足铁路列车安全运行和旅客乘坐舒适度的要求，京沈客运专线正线桥梁结构采用32、24 m简支箱梁[4]、16 m简支箱梁+预应力混凝土框架墩、71.5 m简支拱。丁香特大桥简支梁采用预制架设[5]法施工，大成特大桥采用预制架设法与满布支架法施工。

需要先期施工的便线、各改建线和各联络线不能对既有秦沈客运专线和既有沈山上下行线行车产生较大干扰，在施工场地狭小的条件下，采用简支T梁预制架设或吊装施工，且便线拆除后T梁还用到其他联络线上，节约了空间和投资。

2.2下部结构

桥墩采用圆端形实体墩，跨线桥交叉角度较小时采用框架墩跨越。正线桥台采用一字台，联络线及相关改建线桥台采用T台。

根据工程地质与水文地质、最大冲刷深度等条件，选用桩基基础。桩基采用钻孔灌注桩[6](φ1.0 m、φ1.25 m钻孔桩为主)，大跨桥墩采用φ1.5 m的钻孔桩。考虑东北地区的冻融、冻胀等因素，承台底面埋深不小于土壤最大冻结深度[7]以下0.25 m。

墩台基础的沉降按恒载计算，设计速度目标值160 km/h。对于外静定结构，有砟桥面工后沉降量不得超过80 mm，相邻墩台均匀沉降量之差不得超过40 mm。 对于外超静定结构，其相邻墩台均匀沉降量[8]之差的容许值，应根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定。

3　丁香湖疏解区桥梁工程过渡

京沈客运专线丁香特大桥为双线桥，分别跨越秦沈上行转京沈上行联络线、秦沈客运专线[9]、秦沈下行转京沈下行联络线、新开河。秦沈下行转京沈下行联络线单线特大桥，分别跨越秦沈客运专线、新开河、秦沈上行转京沈上行联络线。秦沈下行线转京沈下行线联络线单线特大桥与既有秦沈客运专线双线大桥同时起桥跨越秦沈上行转京沈上行联络线(利用了既有沈山下行线)。改建沈山下行线采用刚架结构下穿秦沈客运专线与2条联络线和便线。

第一步：本步骤运营线路为双线秦沈客运专线和沈山上、下行线，如图1所示。(1)施工秦沈施工便线上的下穿秦沈1-15.5 m小刚架、秦沈便线1号中桥及秦沈便线2号中桥3处工点使之贯通，其中秦沈便线1号中桥及下穿秦沈1-15.5 m小刚架为既有线边行车中施工，需采取安全的防护措施，并加强监测。(2)施工改沈山上行线大桥使沈山上行线贯通，施工(12+16+12) m改沈山下行线跨新开河连续刚架中桥，提前在秦沈便线和秦沈转京沈下行线间打入秦沈下行线转京沈下行线特大桥基础钻孔桩防护。(3)施工京沈下行线转秦沈下行线特大桥的0～21号墩台基础。(4)丁香特大桥的0～19号、23号墩台基础、24～26号框架墩的左侧基础。(5)秦沈下行线转京沈下行线特大桥的7～16号墩台基础。(6)秦沈上转京沈上行线大桥的0～6号墩台基础。

第二步：本步骤运营线路为秦沈施工便线、既有沈山下行线和改建沈山上行线，如图2所示。秦沈线便线行车、改沈山上行线贯通后，修建下钻秦沈线刚架。(1)秦沈下行线转京沈下行线特大桥的4～6号墩台基础、17～18号墩台基础、19～27号框架墩左侧基础。(2)丁香特大桥的24～26号框架墩右侧基础及横梁、27号墩台基础、28～35号框架墩左侧基础。(3)京沈上行线转秦沈上行线特大桥的0～3号墩台基础、13～16号墩台基础。

图1　丁香湖疏解区桥梁方案过渡与防护第一步局部示意

图2　丁香湖疏解区桥梁方案过渡与防护第二步局部示意

第三步：本步骤运营线路为秦沈施工便线和改建沈山上、下行线，如图3所示。改沈山下行线贯通后，可大面积施工剩余基础和框架墩。(1)秦沈上行线转京沈上行线大桥的7～10号墩台基础。(2)秦沈下行线转京沈下行线特大桥的0～3号墩台基础、19～27号框架墩右侧基础及横梁[10]、28～33号框架墩基础及横梁、34～50号墩台基础。(3)丁香特大桥的20～22号墩基础防护、28～35号框架墩右侧基础及横梁、36～43号框架墩基础及横梁、44～70号墩台基础。(4)京沈上行线转秦沈上行线大桥的4～12号墩台基础。

图3　丁香湖疏解区桥梁方案过渡与防护第三步局部示意

第四步：本步骤秦沈客运专线恢复既有秦沈线运营。如图4所示。拆除秦沈施工便线及秦沈施工便线2号桥的0～3号墩台，施工因便线行车而无法施工的基础和桥墩。(1)京沈下行线转秦沈下行线特大桥的22～25号墩台基础。(2)丁香特大桥的20号～22号墩台基础。(3)京沈下行线转秦沈下行线特大桥的26号～36号墩台利用便线2号大桥4号～14号墩台部分。至此丁香湖疏解区桥梁主体工程全部完成。

图4　丁香湖疏解区桥梁方案过渡与防护第四步局部示意

4　大成站疏解区桥梁工程过渡

大成特大桥京方台～46号墩之间简支箱梁均采用预制架设，47号墩～沈方台之间简支箱梁及简支拱采用满布支架法施工。小里程侧简支拱桥墩左侧为改沈山上下行线，右侧为沈山大于联络线，净宽限界控制紧张，纵横向偏心对限界影响较大，为重要控制点，再往大里程侧因与既有大成特大桥距离较近，47号墩～沈方台之间简支箱梁均按支架现浇施工。

第一步：卫工街北侧接长、卫工渠北侧接长，同时对47号墩～沈方台基础右侧部分进行钻孔桩防护。如图5所示。

第二步：新建沈山北道Ⅲ线，将沈山上行线在京方台小里程侧过渡到沈山北道Ⅲ线上对京方台～46号墩右侧进行钻孔桩防护。如图6所示。对47号墩～沈方台基础左侧进行防护，并施工完成部分的基础及桥墩。

图5　大成站桥梁方案过渡与防护第一步局部示意

图6　大成站桥梁方案过渡与防护第二步局部示意

第三步：卫工街、卫工渠接长后，修建沈山下行便线，对37～46号墩进行左侧钻孔桩防护桥墩承台横向钢板桩防护并施工完成剩余基础及桥墩。如图7所示。

图7　大成站桥梁方案过渡与防护第三步局部示意

第四步：修建新的沈山下行线后，对京方台～36号墩左侧进行钻孔桩防护基础横向采用钢板桩防护施工，施工完成新建沈山线与秦沈客专间剩余的基础及桥墩，利用京沈客运专线作为秦沈客运专线的便线行车。如图8所示。

图8　大成站桥梁方案过渡与防护第四步局部示意

第五步： (1)既有秦沈客运专线大成特大桥临时断道。(2)复测既有秦沈客运专线大成特大桥墩台位置轨面、梁底及墩顶高程。(3)既有沈山上行线改行新建沈山上行线，既有沈山上行线断道。(4)拆除既有秦沈客运专线大成特大桥40～44号墩之间桥面系，并拆除梁部结构。(5)拆除秦沈客运专线大成特大桥41号桥墩，对42、43号桥墩基础采用钢板桩防护后拆除桥墩及承台基础。(6)在41号桥墩既有承台基础上修建新桥墩，依次修建42、43号墩桩基础、承台及墩身，42、43号框架墩墩身及横梁采用支架现浇法施工。(7)安装支座，架设同型号新梁。(8)秦沈客运专线恢复至既有秦沈线运营。如图9所示。至此大成站疏解区桥梁主体工程全部完成。

图9　大成站桥梁方案过渡与防护第五步局部示意

5　安全防护与监测

5.1安全防护设计

京沈正线、联络线大部分桥梁基础距离既有高速铁路桥梁基础和路基较近，地下水位较高，开挖深度较深，对于有水基坑，开挖后因抽水清淤施工时破坏地下承压土的饱和平衡结构，在运行车载及冲击力下极易引起此段土体下沉和偏移，给既有线安全运行带来隐患，制定如下防护设计原则。

(1)桥梁下部结构根据工点具体情况，优化结构尺寸，减小防护高度。

(2)对既有线进行钢板桩、钻孔桩等防护设计，应尽量减小对既有线的影响。

(3)对于距离运营的秦沈线较近的基础施工采用钻孔桩防护加只打不拔钢板桩考虑。

(4)地下水位线以下，承台侧及底部采用混凝土[11]封水。

(5)其余基础施工时均采用钢板桩全封闭防护。

5.2自动化监测

在铁路桥梁和路基长期的服役或相邻结构施工过程中，由于外界环境变化及人为等不利因素对工程的长期影响，结构会发生自然老化、损伤积累，相邻结构的施工过程会引起铁路桥涵和路基的沉降和变形，并可能导致灾难性事故的发生。因此，对铁路桥梁的运行状况进行健康监测，可以有效预防突发性灾难、及时控制缺陷的发展、减少损失、避免人员伤亡，确保运营安全。

此外，秦沈客运专线铁路大多处于封闭状态，采用传统人工测量方法很难进行连续监测。所以，要保证结构的安全性，除了严格控制施工措施外，应对其进行远程、实时、在线、自动地监测，从而保证秦沈客运专线的运营安全。因此，建立一套与秦沈客运专线标准相适应的、自动化、实时化、远程化、可视化的在线监控系统，对秦沈客运专线开展自动化沉降和变形监测具有十分重要的工程意义和应用价值。

监测结果表明，该系统具有较强的稳定性和适用性，为自动化监测秦沈客运专线提供了一套高精度、实用、有效、可靠的监测分析工具，为科学指导京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁工程过渡和主管与运营部门的决策提供了良好的管理平台。

6　结论

通过科学、合理、严密地编制京沈客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁工程过渡和防护设计，解决了多个难题：桥梁孔跨与施工过渡的缜密结合，解决了过渡方案复杂、施工难度大的问题；空间刚架结构形式与公铁立交桥改建因地制宜的优化设计，解决了临近既有设备安全防护压力大、交通疏解难的问题；墩台基础结构优化和简支拱和框架墩的合理应用，解决了敏感点多、高程要求苛刻、相互干扰大的困难；远程、实时、在线、自动化的沉降和变形监测解决了秦沈客运专线的运营安全。确定了经济合理的桥梁过渡与防护设计方案，使京沈客运专线在狭小空间成功引入沈阳铁路枢纽，降低了数亿的拆迁和改造费用，并获得了良好的社会和经济效益，为今后高速铁路[12]引入大型铁路枢纽的建设提供了良好的借鉴。

[1]曹健，田万俊，龚宝中.京沈客专客运专线引入沈阳铁路枢纽桥梁方案研究 [J].铁道标准设计，2015(11)：64-68.

[2]李义兵.铁路客运专线桥梁设计研究[J].铁道标准设计，2006(6)：22-24.

[3]中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[4]孙树礼.京沪高速铁路桥梁工程[J].铁道标准设计，2008(6)：1-4.

[5]郑健.中国高速铁路桥梁[M].北京：高等教育出版社，2008.

[6]冯利波.北京动车段走行线特殊结构桥梁设计[J].铁道标准设计，2012(3)：50-53.

[7]中华人民共和国铁道部.TB10005—2010铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2011.

[8]中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[9]王召祜.客运专线桥梁设计研究[J].铁道标准设计，2005(4)：26-31.

[10]田万俊.预应力混凝土框架墩设计研究[J].铁道标准设计，2003(8)：67-69.

[11]中华人民共和国铁道部.TB10002.3—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..

[12]国家铁路局.TB10621—2014高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，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，工程师，2006年毕业于西南交通大学，

工学学士，E-mail：vitamin_cj@163.com。

1004-2954(2016)08-0064-05

U442.4

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.08.014