張威振，李麗娜

（湖南中大設計院有限公司，湖南 長沙 410075）

下穿鐵路頂進與現(xiàn)澆相結(jié)合斜交框架橋設計特點

張威振，李麗娜

（湖南中大設計院有限公司，湖南 長沙 410075）

本框架橋位于圓曲線上且斜交角度大，橋址處布設管線密集且類型復雜，施工期間要求既不中斷既有道路交通又要確保老橋拆除和新橋頂進期間的鐵路運輸安全，為此在常規(guī)頂進施工經(jīng)驗的基礎上結(jié)合本工程的特點對頂進方案進行了改進與創(chuàng)新，采用邊孔頂進與中孔現(xiàn)澆相結(jié)合的施工工藝降低施工安全風險，通過增設抗橫移樁等措施增強了架空便梁的橫向穩(wěn)定性，并采取措施實現(xiàn)施工期間及正常運營期間的電氣化柱的安全過渡。實踐證明，該施工工藝操作簡單，適用性強。

斜交；頂進；現(xiàn)澆；抗橫移；安全過渡

0 引言

框架橋下穿鐵路時多采用頂進施工工藝，其工法相對比較成熟[1]。本工程由于位于圓曲線上且斜交角度大、橋址處布設管線密集且類型多樣化、結(jié)構(gòu)受力復雜且施工期間要求既不中斷既有道路交通又要確保老橋拆除和新橋頂進期間的鐵路運輸安全[2]，受上述諸多因素的制約最終采用邊孔頂進與中孔現(xiàn)澆相結(jié)合的施工方案，其工法與常規(guī)的頂進施工相比具有自身的特點。本文通過對該橋設計特點的總結(jié)力爭為今后類似工程的設計提供借鑒與參考。

1 工程概況

書院路鐵路立交橋距長沙市南二環(huán)線約260 m，共有3座橋梁，分別為京廣鐵路上行線橋、京廣鐵路下行線橋、火車南站與新開鋪站聯(lián)絡線橋，其中京廣鐵路上行線橋、京廣鐵路下行線橋平行、線間距5.0 m、錯臺布置，道路與京廣鐵路交叉角為48°；聯(lián)絡線橋單獨設置，與書院路交叉角為51°。既有橋均為2孔16 m鋼筋混凝土梁橋（其中京廣線為π型梁，聯(lián)絡線為T型梁），圓形橋墩、T型橋臺，橋下限高4.5 m。既有橋現(xiàn)狀見圖1所示。鑒于長沙火車南站已拆除且火車南站與新開鋪站聯(lián)絡線已部分拆除（已拆除至聯(lián)絡線火車南站方向一側(cè)橋臺外40 m處），因此書院路拓寬改造時暫考慮拆除既有聯(lián)絡線橋、改建京廣鐵路立交橋。根據(jù)收集到的部分竣工資料及1977年7月15日新開鋪橋墩墩臺加固竣工圖中顯示：左線橋已運營多年，1959年右線墩臺與左線同時修建。既有橋下空間擁擠，交通組織非常混亂，需將此既有立交橋拓寬改造為（6+2×15.5+6）m四孔框架橋。

圖1 既有鐵路橋現(xiàn)狀Fig.1 Current situation of existing railway bridge

2 主要技術標準

2.1書院路

道路等級：城市主干路。

設計時速：40 km/h。

橋址處路基橫斷面：2×[3.5 m（人行道）+11.5 m（2個下層行車道+非機動車道）+2.5 m（綠化帶）+ 16.0/2 m（4個高架上層直行行車道）]=51.0 m。

汽車荷載：城-A級；人群-3.5 kPa。

路面：瀝青路面。

2.2 京廣鐵路

鐵路等級：國鐵I級。

荷載標準：中-活載。

股道數(shù)目：雙線。

牽引種類：電力牽引。

橋址處京廣鐵路為圓曲線，R=1 010 m。

3 結(jié)構(gòu)體系簡介

書院路中心線和鐵路中心線斜交，交叉角約為47.4°，在京廣上（下）行橋址處分別新建（6+2× 15.5+6）m四孔框架橋，其中6 m框架橋頂進，15.5 m框架橋現(xiàn)澆，按斜交47°設計，斜交斜布，兩6 m邊孔框架頂?shù)装搴穸染鶠?0 cm，側(cè)墻厚度60 cm；兩15.5 m中孔框架頂?shù)装搴穸染鶠?25 cm，側(cè)墻厚度120 cm。機動車道內(nèi)凈高不小于5.0 m，人行道內(nèi)凈高不小于3.5 m，框架橋頂板至軌底覆土厚度不小于1.2 m。邊孔6.0 m框架通行人行、非機動車。中孔15.5 m框架通行2個下層的機動車道及2個高架上層的機動車道。

新建框架橋平面布置示意見圖2所示。

圖2 框架橋平面布置示意圖（單位：cm）Fig.2 Schematic diagram offrame bridge layout（cm）

框架橋軸向長度按既有路肩寬度及預留時速200 km/h時對路肩寬度的要求等綜合確定。

4 設計主要控制因素

1）老橋采用2孔16 mπ型梁，墩臺均采用漿砌片石材料，與書院路斜交47°，如何拆除老橋是本項目的難點，下部構(gòu)造采用漿砌片石材料，施工期間墩（臺）的拆除風險極大。書院路是長沙市南北向的一條主干道，施工期間正逢南北向的芙蓉路進行地鐵施工，其南北向的交通壓力非常大。

2）老橋全長約50 m，老橋橋墩墩帽處設有1組鋼制電氣化柱，橋上搭載有10 kV自閉（貫通）高壓電纜以及通信和信號電（光）纜等鐵路運輸設備，拆除老橋期間，橋上的電氣柱需進行過渡遷改，其它鐵路通信（信號）、電（光纜）等相關設備需進行防護。

3）書院路通過鐵路的管線（電力管，截污干管等），橋下既有老管線，又有新增管線，老橋拆除施工，新橋頂進施工等多項工作，在空間高度重疊，如何合理安排施工工序，是保證項目順利實施的前提條件。

4）主跨15.5 m框架橋斜交47°，結(jié)構(gòu)受力極其復雜，在鐵路二期恒載和中活載作用下，對其結(jié)構(gòu)剛度要求高，如何精確分析框架橋的受力特性是保證后期鐵路安全運營的基礎。

5）設計方案既要保證施工期間書院路交通不中斷，又要保證京廣線正常運行，橋梁施工及老橋拆除期間均不能影響鐵路及道路的正常運營。

6）不同于以往在鐵路路基土體中的框架帶土頂進，老橋拆除后，整個鐵路架空鋼梁的橫向剛度非常弱，在列車離心力作用下，確保整個架空體系的橫向穩(wěn)定是線路架空設計的一大難點。

受上述條件的制約，本橋在方案設計階段從安全性、施工方便性、對鐵路運營的干擾性最小的角度出發(fā)，研究切實可行的技術方案保證鐵路運營安全，同時考慮為鐵路的發(fā)展預留條件，并根據(jù)橋位附近的地形、交通規(guī)劃、地質(zhì)、地貌等自然條件、施工難易程度及建設單位意見，充分考慮交通規(guī)劃、特別是施工期間對京廣鐵路的運輸干擾等因素，本著“安全、適用、經(jīng)濟、美觀、有利于環(huán)保，以及地方和鐵路共同協(xié)調(diào)發(fā)展”的原則[3]，最終確定采用邊孔頂進及中孔現(xiàn)澆相結(jié)合的施工方案，盡量減少體系轉(zhuǎn)換的次數(shù)，降低施工安全風險。

5 設計主要特點

由于本橋在施工期間既要保通道路又要顧及工期的合理安排，采用預制頂進邊孔將既有橋下交通逐步過渡到邊孔，然后再拆除既有橋施工中間兩孔框架橋的施工步驟，期間分階段施工既有管線保護涵。與常規(guī)的頂進設計相比本橋具有如下創(chuàng)新點：

1）采用（6+2×15.5+6）m四孔框架橋，其中6 m邊孔框架橋頂進，15.5 m中孔框架現(xiàn)澆。此方案不同于其它全部頂進的框架橋，該方法巧妙的利用了既有鐵路橋π型梁梁底下的空間，最大限度地避免了中孔框架在頂進過程中進行線路架空多次“體系轉(zhuǎn)換”的巨大風險，在項目審批、工程投資等方面更加有利，其綜合效益更好。先施工邊孔框架再施工中孔框架的施工工序合理的解決了新增管線頂進與老橋拆除施工、新橋頂進施工等多項工作的有序銜接問題。同時線路架空樁布置有效的避開了既有橋臺、橋墩、管線的位置，為拆除老橋創(chuàng)造了成熟的條件。同時也預留出框架底下各種管線的穿越空間。由于受到鐵路限界及既有墩臺位置、下設管線等的限制，最終采用D12型便梁，便梁之間的接頭采用鋼板按簡單連續(xù)處理，其目的是加強前后孔D便梁之間的連接，以增強整個架空體系的橫向穩(wěn)定性[4]。

2）框架設計施工過程考慮了鐵路電氣化柱等相關的臨時遷改和永久性遷改，其遷改過程復雜分兩次過渡。接觸網(wǎng)支柱N078、N083在老橋拆除前，臨時過渡至線路架空樁M1、L4的樁基頂部牛腿上，框架就位后在框架側(cè)墻上恢復?？蚣軅?cè)墻上的預埋螺栓等具體措施以電力部門的遷改方案為準。電化柱臨時過渡期間，列車限速45 km/h，在列車恢復正常車速以后，電化柱應永久過渡到框架的頂板側(cè)墻上。臨時過渡布置見圖3。

圖3 電氣化柱臨時過渡示意圖Fig.3 Schematic diagram of temporary transition of electricalcolumn

3）Ⅰ、Ⅳ框架由于頂進過程中與既有橋臺發(fā)生沖突，因此需要事先對既有橋臺進行加固，鑿除沖突部分后對其進行片石混凝土修補，見圖4所示。經(jīng)過對橋臺的受力分析，需要對橋臺前墻及基礎加大截面，減小應力，每側(cè)加厚1 mC25混凝土，通過植入鋼筋與既有橋臺連接，同時錐坡拆除后在橋臺臺身側(cè)面用編織袋盛土碼砌防止臺后土垮塌及確保臺身的橫向穩(wěn)定。

圖4 橋臺加固示意圖Fig.4 Schematic diagram of reinforcement of bridge abutment

4）由于中孔框架現(xiàn)澆時，線路架空長度較長，且鐵路線路位于R=1 010 m的圓曲線上，在離心力及列車搖擺力的作用下，架空便梁的橫向穩(wěn)定性較差，且架空樁由于出露地面高度在10 m左右，受力特點接近于純彎構(gòu)件，在水平力的作用下水平位移超限同時承載力也不滿足規(guī)范要求。經(jīng)過綜合計算分析，為防止D型便梁的縱梁在離心力作用下往外橫移，在D便梁縱梁的梁底下反扣2根I20a工字鋼撐桿（或拉桿）并將其連接到對應相鄰鐵路線路的架空的挖孔樁墩柱上，使之成為一個整體，提高橫向穩(wěn)定性。

下行線便梁通過I20a鋼撐桿（共計3道）與上行線對應的架空樁相連，架空樁之間設置型鋼水平支撐，外側(cè)樁與錨座通過I20a工字鋼斜撐相連。

上行線便梁在邊孔位置通過一道鋼拉桿，和對應下行線的架空樁相連，在中孔位置設置2φ1.3 m抗橫移樁HL，將縱梁底下的水平撐桿I20a直接和抗橫移樁HL相連，防縱梁橫移措施示意見圖5所示。

圖5 防縱梁橫移措施示意圖（單位：cm）Fig.5 Schematic diagram of measures to preventlongitudinalshifting（cm）

5）由于該框架斜交角度達47°，結(jié)構(gòu)受力極其復雜，全橋按實際情況建立板單元模型計算分析，對邊界條件、施加荷載、施工階段等進行了詳細模擬。中孔框架頂板主彎矩分布見圖6所示，由主彎矩分布特點可以看出，荷載有沿最短距離向支承邊傳遞分配的趨勢，且鈍角區(qū)域承受彎矩最大、受力復雜控制配筋（圖中彎矩以頂板頂面受拉為正，受壓為負），跨中和支承邊主彎矩的最大偏角都為43°左右，與支承邊近似垂直，最大負彎矩的大小和偏角在跨中最大，向自由邊遞減，最大正彎矩由鈍角部位向銳角部位減小，偏角從43°減小到水平方向。鋼筋布置時須在鈍角靠近頂板上緣、底板下緣布置垂直于鈍角平分線的加強鋼筋，在靠近頂板下緣、底板上緣布置平行于鈍角平分線的加強鋼筋。

圖6 框架頂板主彎矩向量分布示意圖Fig.6 Sketch map ofthe main bending moment vector distribution ofthe frame roof

6）中孔框架現(xiàn)澆完畢后，按常規(guī)施工方式采用電動風鎬鑿除嵌固在框架頂板內(nèi)的挖孔樁墩柱，鑿除強度大，施工周期長，延長了鐵路運營的慢行時間。本設計考慮在挖孔樁墩（柱）穿過框架頂板時采用型鋼短支墩代替鋼筋混凝土，大大提高了施工效率，具體構(gòu)造見圖7所示。中孔框架現(xiàn)澆完畢并達到設計強度后，在“封鎖點”內(nèi)，將樁柱頂部的型鋼支墩吊離，在框架開洞的頂板上改用短工字鋼縱梁來代替型鋼支墩，D12便梁支點的位置不改變，僅是轉(zhuǎn)換支承在短縱梁上，短縱梁下部支撐在框架頂板上，框架橋內(nèi)對應位置采用鋼管混凝土臨時立柱支承。

圖7 型鋼短支墩構(gòu)造圖Fig.7 Structure diagram ofthe steelshortpier

7）橋址位置需要布設多種管線，空間位置較為復雜，具體管線有：京廣下K1576+621.48增設1-φ1.0 m燃氣管保護涵；京廣下K1576+630.26增設1-φ2.0 m鋼筋混凝土污水保護涵；京廣下K1576+674.25敷設φ60 cm夾砂玻璃管雨水管，外套 φ80 cm鋼筋混凝土保護圓管；京廣下K1576+677.05增設1-3.0×1.5 m框架箱涵截污干管；京廣下K1576+722.88廣州側(cè)邊孔框架橋底部頂進1-φ2.0 m電力管線保護涵；京廣下K1576+ 748.9增設1-φ2.4 m鋼筋混凝土自來水管保護涵。由于管線的密集布置，在臨時架空樁布置的時候要盡量避開上述管線的平面位置。上述管線除自來水管保護涵、污水保護涵、燃氣保護涵采用頂進施工外其余均采用開槽空頂施工。

8）巧妙地利用了小跨徑D型便梁在R=1 010 m的鐵路圓曲線上施工，分別架空京廣上、下行線路，使得某些施工工序可以在“V型天窗點”中進行，減少了垂直天窗點，減少了對京廣鐵路運輸?shù)母蓴_。

6 結(jié)語

長沙市書院路下穿京廣鐵路框架橋設計中采用先頂進施工后現(xiàn)澆的方法下穿既有鐵路大大降低了施工安全風險，架空樁布設充分考慮多種管線的空間位置，通過增設抗橫移樁等措施增強了架空便梁的橫向穩(wěn)定性，并采取措施實現(xiàn)施工期間及正常運營期間的電氣化柱的安全過渡，在挖孔樁墩（柱）穿過框架頂板時采用型鋼短支墩代替鋼筋混凝土，減少了混凝土的鑿除時間提高了施工效率。該設計方案既保證了施工期間書院路南北向的正常交通，又確保了老橋拆除和新橋頂進期間的鐵路運輸安全?？⒐ねㄜ嚭蟮男Ч妶D8所示。

圖8 竣工后照片F(xiàn)ig.8 Photos after completion

該工程安全、經(jīng)濟、適用、美觀，使城市橋梁與既有鐵路友好和睦相處，為類似地方道路下穿既有鐵路橋段拓寬改建工程提供了很好的借鑒和示范。

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Design characteristics of skew frame bridge under crossing railway using the jacking combined with cast-in-place technology

ZHANG Wei-zhen,LILi-na
（Hu'nan Zhongda Design Institute Co.,Ltd.,Changsha,Hu'nan 410075,China）

The frame bridge is locating on the circular curve and has large skew angle,the pipeline layout is intensive and complex on the bridge site,to ensure the existing road traffic flow and the railway transportation safety during the old bridge demolition and new bridge jacking period,we carried out the improvement and innovation of the jacking scheme based on the experience of the conventional jacking construction using the technology of combining the side span jacking and mid-span cast-in-place in order to reduce the risk of construction safety,using adding the anti-sliding pile measures to enhance the lateral stability of beam overhead,and taking measures to make the safety transition of the electric column during the construction period and the normaloperation period.The practice proves thatthe operation is simple and applicable.

skew;jacking;cast-in-place;anti-sliding;safety transition

U655.2；U442.53

A

2095-7874（2017）02-0053-05

10.7640/zggwjs201702011

2016-09-07

大跨、大斜交角鐵路剛架橋空間分析與應用項目（RD05）

張威振 （1979— ），男，山東安丘人，碩士研究生，主要從事公路與橋梁方面的研究。E-mail：linquanzhang@yeah.net