跨越俄罗斯等级道路的高铁桥式解决方案研究

2021-04-08韩国庆郭建勋

城市道桥与防洪 2021年3期

韩国庆，郭建勋，文刚

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

1 研究背景

俄罗斯首都莫斯科及周边地区地处东欧平原，地面起伏不大，以微丘地形、平原地形、河间地带和冰川起源的多丘陵地形为主，是俄罗斯经济最发达的地区，在该区域进行高铁研究有其客观需求。该地区高速公路及其他各类等级道路纵横交错，开展跨越各等级道路的铁路桥梁结构物方案研究是一个现实问题。由于高速铁路的设计标准高，铺设无砟轨道，行车要求高，对桥梁跨越构筑物的要求苛刻。如何满足工程建设需要，又贴合俄罗斯具体国情，设计出经济合理的跨越方案是一个综合性课题。

1.1 俄罗斯公路概况

1.1.1 等级道路净空

按照俄罗斯联邦区域发展部颁布的现行的俄罗斯公路规范汇编СП34.13330.2012[1]，道路分为公路干线、快速公路和普通公路，按照俄罗斯联邦国家标准ΓOCTP52748—2007[2]，桥梁和天桥跨越公路时，公路的净空应不小于表1 的限值。

表1 公路净空值

1.1.2 等级道路宽度

各等级道路的车道数与道路宽度详见表2[3]。

表2 公路行车道和路基横断面的主要参数

1.1.3 非等级道路

除各等级道路外，还有分布其间的乡村道路和牲畜通道，在没有专门机构的特殊要求时，按照表3 所述的净高和净宽值来确定构筑物的规模大小。

表3 其他通道限值[4]

1.2 道路与高铁的交叉情况

本文所研究的高铁地处俄罗斯经济最发达的地区之一，各类、各等级的公路网密集，其中最重要的道路是M-7 公路。M-7 伏尔加联邦公路是莫斯科—弗拉基米尔—下诺夫哥罗德—喀山—乌法的国家公路，是莫斯科与东部地区之间最短的通道，是连接俄罗斯欧洲部分与西伯利亚和远东的主干道，公路总长度为1 351 km。根据СП34.13330.2012 标准，M-7 公路的等级为IБ。M7 公路的走向与高铁的线路走向相同，很多地带并行，也不可避免的出现交叉。除M-7 外，还有联通M-7 的等级稍低的（规划）快速公路和普通公路与高铁发生交叉，共有10 处交叉。

2 解决交叉问题的总体思路

在充分借鉴中国高速铁路的设计和建设经验的基础上，遵守俄罗斯法律和工程建设制度体系，尽量尊重现有等级道路，注重每个工点的差异性，制定安全、实用、经济、美观的桥梁结构物，提出适合具体工点特点的桥式解决方案。

（1）满足俄罗斯现行工程建设规范[5]，满足高铁技术标准《特殊技术条款》[6]的要求，具备满足铺设无砟轨道的条件，有助于有效控制线路标高和优化平面线位，进而有效控制总体投资。

（2）满足高铁桥梁技术指标，综合考虑结构与地基的变形，严格控制工后沉降。跨越的桥梁结构物必须具有良好的整体性，较强的竖向、横向和扭转刚度，满足对桥梁刚度和变形提出的限值要求。

（3）结构物须具备足够的车—线—桥耦合动力响应。通过列车、轨道和桥梁的动态响应，来评判列车通过桥梁结构物时运行的安全性、乘坐的舒适性、车辆运行稳定性、桥梁结构的稳定性。

（4）便于施工、减少施工过程中对既有各类等级公路的干扰。必要时，进行交通安全及临时交通管制措施的专项设计。注重经济性指标，综合考虑建设的经济成本和时间成本。

（5）考虑俄罗斯公路相关的新旧规范更新的影响，并根据可能的远期规划行车强度（流量）、车道数目，确定跨越方案的规模。

3 交叉工点的解决方案

3.1 简支梁

在条件成熟时，采用简支梁是最简单的跨越方案。混凝土简支梁具有受力简单明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大、施工速度快、基础适应性强、便于运营管理以及噪音小等特点，在中国高速铁路桥梁中广泛采用。在高铁与道路交叉位置中，当道路宽度较窄、二者近乎正交、标高合适、施工干扰小的时候，或道路中央隔离带具备设墩条件时，可采用常用跨度简支梁跨越，以34.2 m 简支梁为主，以23.6 m简支梁为辅。采用简支梁时，可使用最常规的运架设备和施组方案，不受其他因素的干扰。

3.2 连续梁

连续梁是跨越方案的采用的主要梁型，因其跨越能力强、线型流畅优美、施工技术成熟而普遍采用。施工方法常采用悬臂浇筑、满堂支架、转体施工等方法。

3.2.1 变高度连续梁

中心里程ПК4314+54.2，采用40 m+66 m+40 m连续梁跨越M-7 公路，类似的连续梁跨度还有48 m+88 m+48 m、58 m+110 m+58 m，可以在合适的交叉位置选用，见图1。

图1 连续梁跨越总布置图（单位：mm）

此处，该连续梁采用悬臂浇筑法施工，连续梁下方的公路净空远大于5.0 m，富余量较大，该交叉处不是线路标高的控制点。

3.2.2 等高连续梁

25 m+50 m+25 m 等高连续梁，支座中心线到梁端的距离为 60 cm，梁长101.2 m，梁高 3.2 m，桥面布置与 34.2 m 简支梁相同。在 ПК7497+12、ПК7582+72 等交叉处，采用此种跨度的等高连续梁，该连续梁采用支架现浇施工或节段拼装方法施工。

3.2.3 带暗横梁的等高连续梁

把简支梁+ 门式墩的上下叠布模式进一步优化，让门式墩的盖梁与简支梁重叠交叉合一，将有效的减低结构高度。在线路标高比较苛刻的交叉位置，采用这种带暗横梁的连续梁解决跨越问题。在ПК4322+31 交叉处，采用30.3 m+42 m+30.3 m 的连续梁，见图2。

图2 等高连续梁的典型断面（单位：cm）

主梁与暗横梁正交，呈“艹”字形，现浇完成，暗横梁与下方墩柱之间设支座，基础斜置，见图3。

图3 国内某类似工点施工时的照片

3.3 连续刚构

小跨度混凝土连续梁刚构桥的梁板薄、墩壁可以斜作，非常适合斜交跨越道路时采用，因此在国内大量推广应用。施工方法主要采用支架现浇。采用的16 m+22 m+16 m 连续刚构，支座中心线到梁端0.5 m，总梁长55.0 m，梁高1.5 m，墩宽1.35 m，墩梁固接处设2.5 m×0.7 m 的梗腋。墩壁可以根据需要设为斜交。

以ПК4249+47.5 处为例，线路方向与公路基本正交，道路等级不高。采用16 m+22 m+16 m 连续刚构跨越。此种结构受地质条件影响较大，温度应力敏感，墩高度不宜太高，见图4。

图4 16 m+22 m+16m 刚构总布置图（单位：cm）

3.4 框架桥

在ПК 6410+78 里程处，公路等级为IV 级，路面宽度10 m，满足公路通行要求和控制线路标高，采用整孔框架桥，结构净宽×净高为13.0×6.5 m，视野开阔，结构整体性好[7]，见图5。

图5 框架桥效果图

在IV 级及以下等级的道路交叉处，或满足野外乡村道路和牲畜通道需求时，也可以采用类似结构，跨度根据具体需要确定，如12.0 m×6.5 m、10 m×6.5 m、8 m×5.0 m 等。

3.5 斜交异型刚架桥

在所有的道路交叉工点中，斜交角度越小，解决方案越复杂，在ПК3750+09、ПК3880+99 处，线路平面因避让喀斯特地带，两次与M-7 公路相交。在设计和研究过程中，对跨越M-7 公路的桥式方案进行了多方案比选：

（1）大跨度连续梁方案；

（2）门式墩连续结构方案；

（3）斜交斜作的刚架方案。

方案一因连续梁梁部结构高度高，须抬坡导致引桥加长，增大工程规模，带来投资额度增大，经济性差、景观效果差。方案二因斜交角度小，且路中不能设墩，引起门式墩跨度过大，结构设计不合理。结合三方案的工程规模、经济性能和M-7 公路管理部门的协商意见，综合分析决定采用斜交斜作的异型刚架桥方案[8]，见图6。

图6 三种解决方案效果图

该两处跨越结构方案类似，均采用双孔钢筋混凝土刚架结构，每个公路交通方向都有单独的通道，垂直于道路方向结构净宽17.4 m，桥下净空高度不小于5.0 m，框架两端接异形桥台，用于放置标准跨度的简支梁引桥。刚架桥顶板厚1.5m，中墙和边墙厚均为1.5 m，并在三墙上开洞，用于透光和通风[9]。

该型式结构又称为隧道式公路跨线桥，类似的，可根据道路路幅情况，将刚架桥设计为是单孔结构。

3.6 大跨度系杆拱桥

在跨越道路时，有时尽管不是跨越主干道，但由于斜交角度小，同时受桥下净空限制，也会采用大跨度的更低高度的桥梁结构形式。

例如：在ПК7365+59，线路与公路的斜交角度为33.9°，位于既有互通立交匝道上，路面为变宽度，最小路肩宽度18 m，道路两侧为水沟。进行多方案比选后，根据与公路管理部门的协商意见，采用1×110 m 下承式系杆拱桥跨越既有道路，系梁为预应力混凝土单箱三室箱型截面，箱宽18.4 m，箱高2.5 m，拱肋为钢管混凝土拱，矢高22 m，矢高与跨度比为1/5，吊杆为尼尔森体系的网状吊杆，见图7。