周國(guó)鋒

(中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250001)

近年來(lái)，隨著道路交通建設(shè)的快速發(fā)展，新建公路、市政道路與鐵路交叉的項(xiàng)目逐年增多，此類項(xiàng)目的實(shí)施會(huì)對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)安全造成較大挑戰(zhàn)。因此，在項(xiàng)目方案研究階段，應(yīng)把保證鐵路運(yùn)營(yíng)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(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，周繼等對(duì)鄭州市農(nóng)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(jìn)行進(jìn)行研究，從鐵路安全、技術(shù)、工期、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)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(qiáng)對(duì)保阜高速公路跨京廣鐵路的轉(zhuǎn)體T構(gòu)、獨(dú)塔單索面斜拉橋、T梁3個(gè)方案進(jìn)行研究比選，認(rèn)為轉(zhuǎn)體T構(gòu)方案對(duì)鐵路影響最小[2]。郭春榮對(duì)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(jìn)行分析比較，根據(jù)與鐵路距離不同，認(rèn)為可采用支架現(xiàn)澆、掛籃澆筑、轉(zhuǎn)體施工3種不同的施工方案[3]。

以下參考前人的對(duì)比分析方法，對(duì)濟(jì)南市開源路上跨膠濟(jì)客專、膠濟(jì)鐵路立交橋的橋梁方案進(jìn)行研究，從橋梁跨度、結(jié)構(gòu)體系、施工方案、施工風(fēng)險(xiǎn)、橋梁景觀等方面對(duì)橋梁方案進(jìn)行比選，并進(jìn)一步考慮橋梁后續(xù)運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，將立交橋全壽命周期內(nèi)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響降到最低[4]。

1 工程概況

濟(jì)南市開源路道路工程北起工業(yè)北路，南至涵源大街，全長(zhǎng)約2.67 km，為濟(jì)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(shè)，將打通該片區(qū)鐵路阻隔，優(yōu)化城市干路網(wǎng)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(shè)條件

2.1 橋位處鐵路現(xiàn)狀及規(guī)劃

濟(jì)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(jì)客專

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

(2) 膠濟(jì)鐵路

交叉處位于歷城站內(nèi)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(jīng)列車72對(duì)/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(chǎng)兩股出入場(chǎng)線。

(4) 規(guī)劃黃臺(tái)南路

黃臺(tái)南路規(guī)劃建筑紅線寬50 m。

2.2 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)：城市次干路。

(2)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)荷載：主橋采用城-A級(jí)的1.3倍[4]。

(6)抗震設(shè)防烈度：7度(0.10g)。

3 總體方案

膠濟(jì)客專按高速鐵路管理，根據(jù)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司和中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司相關(guān)規(guī)定[5-6]，在無(wú)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(jìn)、管涵下穿。因此，只能選擇上跨鐵路方案，為減小對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊懀瑧?yīng)優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)體施工方案。

3.1 橋下凈空

本項(xiàng)目位于鐵路道岔區(qū)，接觸網(wǎng)立柱不具備遷改的條件，故橋梁底面距離接觸網(wǎng)立柱頂應(yīng)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(jì)客專立交橋應(yīng)設(shè)兩道防撞墻(內(nèi)側(cè)SX級(jí)防撞墻、外側(cè)SS級(jí)防撞墻)，兩道護(hù)欄之間應(yīng)設(shè)不小1.5 m的防撞緩沖帶，并在最外側(cè)設(shè)異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本項(xiàng)目橋面兩側(cè)設(shè)置了3.5 m寬的非機(jī)動(dòng)車道、人行道，該空間可以兼作防撞緩沖帶。

4 橋梁設(shè)計(jì)方案

跨越鐵路立交橋應(yīng)滿足鐵路部門相關(guān)要求，橋墩承臺(tái)外緣與鐵路路基坡腳、接觸網(wǎng)回流線應(yīng)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(zhuǎn)體T型剛構(gòu)橋及轉(zhuǎn)體連續(xù)梁橋難以滿足本項(xiàng)目跨徑要求[8]，因此，主要研究了3種轉(zhuǎn)體斜拉橋方案：①轉(zhuǎn)體雙塔斜拉橋；②轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋；③轉(zhuǎn)體獨(dú)塔斜拉橋。

4.1 轉(zhuǎn)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(jié)、塔梁分離的半漂浮結(jié)構(gòu)體系[9]，在塔墩主梁下設(shè)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(shè)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(cè)懸臂長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，為矩形空心截面，塔柱橫向?qū)?.4 m，順橋向在下塔墩至主梁橋面以上15 m位置處設(shè)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(duì)稱錨固于橋塔內(nèi)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(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。

(3)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個(gè)橋塔布置19對(duì)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(nèi)部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護(hù)樁防護(hù)鐵路路基，然后依次施工基礎(chǔ)、承臺(tái)、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)(轉(zhuǎn)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(cè)各89 m主梁，轉(zhuǎn)體段總長(zhǎng)178 m。③施工轉(zhuǎn)體段外側(cè)防撞墻、異物監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)、并安裝防拋網(wǎng)。④利用鐵路天窗點(diǎn)轉(zhuǎn)體就位。⑤利用鐵路天窗點(diǎn)施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設(shè)施。

4.2 轉(zhuǎn)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(jié)、塔墩分離的半漂浮結(jié)構(gòu)體系[12]，主墩上需設(shè)置大噸位支座，單個(gè)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(diǎn)梁高為5.5 m，邊支點(diǎn)梁高為3.3 m，頂板寬37.2 m，底板寬18.36 m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，為矩形實(shí)心截面，主塔橫向?qū)?.5 m，順橋向?qū)? 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(gè)橋塔布置13對(duì)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(nèi)部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護(hù)樁防護(hù)鐵路路基，然后依次施工基礎(chǔ)、承臺(tái)、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)(轉(zhuǎn)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(cè)各84 m，轉(zhuǎn)體段總長(zhǎng)168 m。③施工轉(zhuǎn)體段外側(cè)防撞墻、異物監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)、并安裝防拋網(wǎng)。④利用鐵路天窗點(diǎn)轉(zhuǎn)體就位。⑤利用鐵路天窗點(diǎn)施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設(shè)施。

4.3 轉(zhuǎn)體獨(dú)塔斜拉橋

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

圖6 獨(dú)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(shè)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(cè)懸臂寬5 m(如圖7)。

(6)橋塔

該橋橋塔采用“一”形結(jié)構(gòu)，為矩形空心截面，塔柱橫橋向?qū)挾葹?.4 m，順橋向?qū)挾葹? m。塔柱全高(梁頂面至塔頂)70.0 m。斜拉索對(duì)稱錨固于橋塔內(nèi)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(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)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(gè)橋塔設(shè)置20對(duì)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(nèi)部張拉斜拉索。

(8)施工方案

①基坑開挖前施工防護(hù)樁防護(hù)鐵路路基，然后依次施工基礎(chǔ)、承臺(tái)、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)(轉(zhuǎn)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(cè)118.7 m(邊跨)、141.8 m(中跨)主梁，轉(zhuǎn)體段總長(zhǎng)260.5 m。③施工轉(zhuǎn)體段外側(cè)防撞墻、異物監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)、并安裝防拋網(wǎng)。④由于主墩兩側(cè)轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)度不相等，需在邊跨側(cè)配重[16]，滿足要求后利用鐵路天窗點(diǎn)轉(zhuǎn)體就位。⑤利用鐵路天窗點(diǎn)施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設(shè)施。

5 橋梁方案比選

3種轉(zhuǎn)體斜拉橋方案的施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)階段的比選見表1。

表1 三種橋梁方案比較

經(jīng)綜合比較，(31+78+181+78+31) m雙塔斜拉橋方案采用兩側(cè)對(duì)稱平衡轉(zhuǎn)體施工，雖經(jīng)濟(jì)性略差，但轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)度小、轉(zhuǎn)體噸位??；主墩支座噸位小，后續(xù)運(yùn)營(yíng)更換支座及斜拉索難度小，施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響小；截面高度相等，橋梁景觀效果好，故推薦該方案。

6 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)南市開源路跨越膠濟(jì)客專、膠濟(jì)鐵路，因鐵路等級(jí)高、鐵路股道多且位于膠濟(jì)鐵路歷城站西咽喉區(qū)，橋梁跨度較大，常規(guī)的轉(zhuǎn)體T型剛構(gòu)、轉(zhuǎn)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(dú)塔斜拉橋3個(gè)轉(zhuǎn)體斜拉橋方案，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行深入研究比選，最終選擇了對(duì)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(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)對(duì)鐵路的影響，確保鐵路運(yùn)輸安全。