程 遠(yuǎn) 吳迎辰

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 概述

1.1 項(xiàng)目概況

跨座式單軌是一種城市軌道交通制式,以高架敷設(shè)為主,具有爬坡大、轉(zhuǎn)彎半徑小、地形適應(yīng)能力強(qiáng)和占地少等優(yōu)點(diǎn),具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境適應(yīng)性,適合中等規(guī)模城市交通發(fā)展需求[1-2]。

國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)城市軌道交通選線進(jìn)行研究。管靖利用多因素綜合比選的方法,提出多項(xiàng)線路走向比選的影響因素[3];夏志新等剖析高架線路對(duì)城市景觀的影響,提出與城市景觀協(xié)調(diào)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念和建設(shè)原則[4];羅勁文結(jié)合西安市跨座式單軌旅游示范線,探討了跨座式單軌交通線路方案選擇原則,從工程投資、工程實(shí)施難度、文物保護(hù)遺址的干擾、吸引客流等方面對(duì)局部線路方案進(jìn)行全面分析、綜合比選[5];呂昌明利用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)方法,研究重慶單軌線路設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[6];趙曉娟等采用綜合比選方法研究線路與鐵路交叉的位置及形式[7]。不難看出,單軌選線應(yīng)兼顧旅客出行便利、工程經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響的要求,而交叉位置的選擇應(yīng)與線路選線方案相協(xié)調(diào)。

確定交叉位置后,還需選擇適宜的交叉方式和工法,以滿足對(duì)鐵路運(yùn)輸影響小、工程風(fēng)險(xiǎn)可控、安全性要求高等要求。張瑜明利用案例分析方法,研究城市軌道交通與鐵路交叉方案的影響因素,強(qiáng)調(diào)方案對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響[8];朱君卿采用定性分析法比較隧道下穿方案和上跨橋梁方案,并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究[9];周宏慧研究上跨鐵路橋梁跨度、橋面高程及橋墩結(jié)構(gòu)[10];李鵬等研究立交方案的綜合比選案例[11];吳宇對(duì)轉(zhuǎn)體法上跨鐵路的施工程序和控制要點(diǎn)進(jìn)行介紹[12]。綜上所述,軌道交通與鐵路交叉方案的研究重點(diǎn)是降低工程實(shí)施方案對(duì)鐵路運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行安全的影響。

在前人研究的基礎(chǔ)上,采用綜合分析比選方法,從規(guī)劃、客流、工程、經(jīng)濟(jì)、安全等方面對(duì)濰坊軌道交通1 號(hào)線一期工程鐵路交叉方案進(jìn)行比選[13],以期在建筑密集、空間狹小的復(fù)雜城市環(huán)境下滿足多方面要求,

1.2 研究原則

(1)注重發(fā)揮跨座式單軌制式特點(diǎn),線路敷設(shè)應(yīng)首選高架線。在特殊地段,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,可采用局部地下線或地面線[14]。

(2)注重線路選線的可行性,充分考慮行車組織、站位布置、工程實(shí)施難度與風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)交通和環(huán)境的影響、拆遷、工程造價(jià)、社會(huì)影響等因素,合理確定線站位和敷設(shè)方式。

(3)滿足鐵路行車安全及在施工過(guò)程中不中斷鐵路行車的要求,盡可能減少對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_,不惡化鐵路現(xiàn)狀條件,不影響鐵路在建和擬建項(xiàng)目的實(shí)施。

(4)工程方案應(yīng)保證施工、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)期間不影響鐵路運(yùn)營(yíng),符合鐵路管理部門的有關(guān)要求。

(5)注重景觀協(xié)調(diào)性。合理選擇高架段落線路高度和平縱線形,為軌道交通乘客、道路交通使用者和沿線居民營(yíng)造良好的空間感和景觀協(xié)調(diào)性。

2 線路方案研究

2.1 線路走向

濰坊軌道交通1 號(hào)線一期工程線路呈南北向走行,經(jīng)濰坊火車站,與東西向的膠濟(jì)鐵路通道交叉(見圖1)。

圖1 軌道交通線路與既有鐵路交叉示意

2.2 影響因素分析

(1)鐵路影響因素

鐵路通道內(nèi)有膠濟(jì)鐵路、膠濟(jì)客專和坊子專用線3 條鐵路線,總占地寬度為80～120 m。主要影響因素包括火車站、車站咽喉區(qū)路基、多處跨路框架橋和跨河橋。鐵路北側(cè)為房建車間及工務(wù)段橋梁車間。

(2)非鐵路影響因素

①周邊現(xiàn)狀及規(guī)劃

現(xiàn)狀鐵路以南多處于待開發(fā)區(qū)域,規(guī)劃以居住用地、商業(yè)金融業(yè)用地和公共綠地為主,鐵路以北商業(yè)開發(fā)成熟,局部有密集居住區(qū),規(guī)劃以商業(yè)金融、居住用地為主。

②沿線道路條件

線路可供選擇的南北向通道共有4 條,自西向東分別為向陽(yáng)路、和平路、青年路和白浪河西岸通道。3 條道路均為城市次干道,兩側(cè)客流點(diǎn)較密集。白浪河西岸分布有居住區(qū)、公園和部分商業(yè)區(qū),沿河布設(shè)城市綠帶(見表1)。

表1 沿線道路條件

③周邊地下人防商業(yè)街分布

向陽(yáng)路、和平路、勝利街、V1 購(gòu)物廣場(chǎng)和風(fēng)箏廣場(chǎng)地下均分布有人防商業(yè)街,影響線路敷設(shè)。

④火車站南廣場(chǎng)

火車站南廣場(chǎng)正在建設(shè),其中站前廣場(chǎng)地下空間結(jié)構(gòu)已實(shí)施,地塊西側(cè)為規(guī)劃公交長(zhǎng)途車站,東側(cè)為南大營(yíng)工業(yè)遺跡。

2.3 線路與鐵路交叉方案

綜合沿線規(guī)劃、客流、工程實(shí)施條件,研究了沿向陽(yáng)路方案、沿和平路方案、沿青年路方案和沿白浪河西岸方案(見圖2)。

圖2 線路與鐵路交叉方案平面

沿向陽(yáng)路方案、沿和平路方案拆遷量大,可實(shí)施性差,研究后予以舍棄。沿青年路方案客流吸引條件較好,且繞避地下人防工程,房屋拆遷量小,工程可實(shí)施性強(qiáng);沿白浪河西岸方案客流吸引條件較差,繞避了地下人防工程,且房屋拆遷量較小,工程可實(shí)施性一般。

(1)方案說(shuō)明

結(jié)合青年路通道和白浪河西岸通道,綜合考慮線路與鐵路交叉的敷設(shè)方式,進(jìn)一步研究了3 個(gè)方案。

①方案一(沿青年路西側(cè)上跨鐵路方案)

線路高架敷設(shè),沿青年路西側(cè)采用110 m 大跨度斜拉橋上跨鐵路,車站需設(shè)置為高架站。

②方案二(沿青年路西側(cè)下穿鐵路路基方案)

線路地下敷設(shè),沿青年路西側(cè)盾構(gòu)下穿火車站東咽喉路基段(軌道交通與鐵路跨青年路框架結(jié)構(gòu)凈距保持1 倍洞徑),之后自道路路中設(shè)U 形槽過(guò)渡段轉(zhuǎn)為高架敷設(shè)。車站需設(shè)置為地下站。

③方案三(沿白浪河西岸下穿鐵路方案)

線路地下敷設(shè),受工程實(shí)施條件限制,于白浪河西岸左右線繞行盾構(gòu)下穿鐵路。其中,右線自鐵路橋橋孔下通過(guò)(軌道交通距離鐵路橋承臺(tái)邊緣最近處凈距3 m),左線自火車站東咽喉路基段盾構(gòu)下穿(軌道交通與鐵路跨青年路框架結(jié)構(gòu)凈距保持1 倍洞徑),之后雙線并行自白浪河西岸設(shè)U 形槽轉(zhuǎn)為高架敷設(shè)。車站需設(shè)置為地下站。

(2)方案比選

方案三軌道交通近距離下穿鐵路擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)橋臺(tái),最近處凈距僅3.0 m,工程風(fēng)險(xiǎn)高,且沿白浪河通道設(shè)站客流吸引條件較差。方案一、方案二工程風(fēng)險(xiǎn)較方案三低,沿青年路設(shè)站客流吸引條件較好,更契合軌道交通規(guī)劃建設(shè)的要求,故推薦沿青年路方案[15]。

3 鐵路交叉橋隧方案研究

3.1 橋跨設(shè)計(jì)方案

(1)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①為盡量減少鐵路交叉工程施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全、運(yùn)輸干擾、設(shè)施設(shè)備遷改防護(hù)等構(gòu)成不必要的影響,決定采用橋梁轉(zhuǎn)體法跨越鐵路。轉(zhuǎn)體前,梁部首先平行于鐵路滿堂支架澆筑達(dá)轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度,采用汽車吊將單榀軌道梁架設(shè)就位,于鐵路維修天窗時(shí)段墩底轉(zhuǎn)體就位,先合龍中跨,在轉(zhuǎn)體施工的過(guò)程中,同步澆筑邊跨現(xiàn)澆梁段,再合龍邊跨。

②上跨鐵路的橋梁橋面按要求封閉并設(shè)置防拋網(wǎng),防拋網(wǎng)高度不小于2.5 m。鐵路上方不設(shè)置泄水管,采用縱向排水,將雨水排到鐵路外,然后采用PVC管引入道路排水系統(tǒng)。

③跨鐵路范圍內(nèi),橋上外露金屬應(yīng)設(shè)置可靠的接地措施。

④為防止轉(zhuǎn)體施工時(shí)異物掉落股道,在橋下鐵路線上鋪設(shè)彩條布,待要點(diǎn)結(jié)束前撤出鐵路外。

⑤距離鐵路橋墩較近的承臺(tái)基坑開挖時(shí),應(yīng)采用鉆孔樁或鋼板樁等有效的防護(hù)措施。

(2)設(shè)計(jì)方案

采用(65+110+65) m 轉(zhuǎn)體斜拉橋跨膠濟(jì)鐵路和膠濟(jì)客專,斜拉橋轉(zhuǎn)體梁長(zhǎng)為(54+54) m,轉(zhuǎn)體角度分別為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)84°和逆時(shí)針96°。

斜拉橋上布置的簡(jiǎn)支PC 軌道梁(采用矩形截面),梁體高度為1.4 m,寬度為0.7 m,采用鑄鋼抗拉支座連接斜拉橋主梁和簡(jiǎn)支PC 軌道梁。斜拉橋全長(zhǎng)241.5 m,兩主塔均采用塔、梁固結(jié)體系,索塔高度與中跨跨度之比為0.27(見圖3、圖4)。

圖3 跨膠濟(jì)鐵路、膠濟(jì)客專平面(單位:m)

圖4 跨膠濟(jì)鐵路、膠濟(jì)客專處立面(高程單位:m;其余:cm)

3.2 隧道下穿方案

(1)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①區(qū)間采取盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)管片凈距不小于1 倍洞徑,管片埋深不小于1 倍洞徑。

②下穿既有鐵路必然會(huì)引起上面鐵路路基和軌道產(chǎn)生變形。需對(duì)盾構(gòu)下穿路基段采取地基注漿加固和旋噴樁隔離措施,影響范圍內(nèi)的鐵路軌道和道岔采取扣軌加固措施。

③對(duì)穿越鐵路段的盾構(gòu)管片進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),增加補(bǔ)償注漿孔并適當(dāng)加強(qiáng)配筋。

④車站咽喉區(qū)設(shè)施設(shè)備眾多、地質(zhì)條件復(fù)雜,稍有不當(dāng),就會(huì)使下穿項(xiàng)目范圍內(nèi)的鐵路設(shè)施及管網(wǎng)等因地面沉降而發(fā)生故障,影響其正常使用和安全。其中鐵路道岔區(qū)對(duì)沉降尤為敏感,如不能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,將嚴(yán)重危及鐵路行車的安全。因此,施工前應(yīng)對(duì)鐵路進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,開展檢測(cè)和評(píng)估,確定變形控制值和監(jiān)測(cè)控制值,制定嚴(yán)格的監(jiān)控報(bào)警方案。

⑤下穿鐵路前總結(jié)試掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)參數(shù),并做好施工過(guò)程控制。

⑥加強(qiáng)施工過(guò)程中的信息化管理,根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地層變化情況,及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),避免危及鐵路行車運(yùn)營(yíng)安全。

(2)設(shè)計(jì)方案

采用盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)外徑6.6 m,自火車站始發(fā),在青年路路中設(shè)置盾構(gòu)井接收。穿越鐵路段采取地層加固和鐵路線扣軌加固措施。線路與鐵路線交叉角度為84°～90°,線間距為14.0～15.5 m,采用24‰的上坡穿越鐵路,穿越段的盾構(gòu)管片頂距離地面13.04～13.77 m(見圖5、圖6)。

圖5 下穿膠濟(jì)鐵路、膠濟(jì)客專處平面(單位:m)

圖6 盾構(gòu)側(cè)穿青年路框架橋涵橫斷面(高程單位:m;其余:mm)

3.3 方案比選

兩方案優(yōu)缺點(diǎn)分析見表2。

表2 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.4 推薦意見

沿青年路西側(cè)上跨方案采用轉(zhuǎn)體法施工,并采取相應(yīng)防護(hù)措施可消除施工期間對(duì)鐵路的不利影響,施工技術(shù)難度相對(duì)較小,對(duì)交叉點(diǎn)處的鐵路設(shè)備影響較小,對(duì)待開發(fā)地塊和濰坊橋梁車間主體建筑幾乎無(wú)影響,對(duì)現(xiàn)狀道路和規(guī)劃道路影響較小;下穿鐵路路基方案盾構(gòu)下穿鐵路咽喉區(qū),管片頂埋深13.4～13.77 m,根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料,洞身處于全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化的玄武巖中,拱頂以上地層分別為全風(fēng)化玄武巖、粉質(zhì)黏土和素填土,盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng),若控制不當(dāng)容易引起鐵路結(jié)構(gòu)變形超限,危及行車安全。綜上,推薦青年路西側(cè)上跨鐵路方案。

4 施工組織

橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,現(xiàn)澆承臺(tái)及墩柱,斜拉橋主梁采用滿堂支架澆筑、轉(zhuǎn)體跨越鐵路。

結(jié)合本工程特點(diǎn),安排按照征地拆遷、管線遷改等前期施工準(zhǔn)備時(shí)間為90 d,基礎(chǔ)工程、橋墩工程、轉(zhuǎn)體斜拉橋滿堂支架澆筑工程時(shí)間為216 d,轉(zhuǎn)體施工3 d,斜拉橋合龍施工15 d,PC 軌道梁安裝架設(shè)以及橋面鋪裝和其它附屬工程共需36 d,在無(wú)干擾的情況下,本橋工期為360 d。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)跨座式單軌線路與鐵路交叉位置的選擇,既是線路選線的重要影響因素,又受線路綜合選線的限制。應(yīng)充分發(fā)揮跨座式單軌爬坡大、轉(zhuǎn)彎半徑小、地形適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),結(jié)合交叉處鐵路工點(diǎn)及路內(nèi)建筑、周邊現(xiàn)狀及規(guī)劃、道路條件、地上及地下建構(gòu)筑物分布等情況,應(yīng)采用客流吸引條件好、城市空間及環(huán)境影響小的線路方案,選擇交叉角度大、距離短、工程經(jīng)濟(jì)的交叉位置。

(2)單軌線路與鐵路的交叉方式,結(jié)合單軌自身的特點(diǎn)一般采用橋梁上跨鐵路;若高架條件受限,亦可采用隧道下穿方案。交叉節(jié)點(diǎn)方案應(yīng)考慮工程對(duì)鐵路及附屬設(shè)施的影響、軌道交通車站設(shè)置及樞紐換乘、景觀效果和舒適性、對(duì)市政道路的影響等因素,采用對(duì)鐵路運(yùn)輸影響小、安全風(fēng)險(xiǎn)低的工程方案。