馬 鍇
(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)
由于歷史及規(guī)劃的原因,多數(shù)火車站均位于城區(qū)的中心位置,占地范圍大且狹長,不同規(guī)模的車站加上兩端咽喉區(qū)至少數(shù)百米長。此范圍內(nèi)一般僅有幾座與火車站同期建設的人行地道連通車站兩側。隨著城市的發(fā)展,車流量與日俱增,對路網(wǎng)的要求逐漸提高,但由于火車站兩側的道路無法連通而形成斷頭路,導致車站周邊道路擁堵,從而成為制約道路交通發(fā)展的重要因素。為連通車站范圍的斷頭路,只能通過修建不中斷鐵路行車的頂進式框架地道橋。相對于下穿鐵路區(qū)間段的地道橋,下穿鐵路站場及咽喉區(qū)的地道橋有規(guī)模大、工程條件差,涉及專業(yè)和鐵路主管部門多的特點。結合2個工程實例對同類型工程的重難點做出分析。
維明路地道橋擬在京滬線K252+554處下穿滄州火車站北端,該里程處現(xiàn)有8條鐵路線和3座站臺,均為南北走向,電氣化鐵路。由西向東依次是:1號站臺、6道線、4道線、2號站臺、Ⅱ道線(京滬上行線)、Ⅰ道線(京滬下行線)、3號站臺、3道線、5道線、機走線、7道線,其中7道、機走線鋼軌類型為50 kg/m,其余均為60 kg/m。既有線東側有3條規(guī)劃鐵路站線,線間距為5 m,規(guī)劃鐵路站線距離既有線6.5 m,與既有鐵路并行等高布置。既有線的線間距由西向東依次為4.935、11.619、5.078、11.127、4.977、2.766、3.936 m。股道(Ⅱ道線和7道線)間最大軌底高差0.666 m。
規(guī)劃維明路位置現(xiàn)狀有1座單孔3 m×3 m箱涵下穿滄州火車站,箱涵頂、底板厚0.45 m,邊墻厚0.4 m,結構總高3.9 m,總寬3.8 m,里程為京滬線 K252+572。本次施工需要將既有箱涵拆除。
擬建橋位中線處既有寬5.4 m的平交道口,用于站內(nèi)行李車通過。
維明路地道橋總平面布置見圖1。
東方紅路是靜??h城中心區(qū)一條城市主干道,既有道路寬12 m,既有單孔箱涵寬12 m,東西走向,下穿靜?;疖囌?,位于站臺中部。擬新建5 m-16.5 m-5 m三孔框架地道橋,在原橋位處替代既有箱涵。
靜?;疖囌菊九_全長553 m,現(xiàn)有5條鐵路線和2座站臺,由西向東依次是:1號站臺、4道線、Ⅱ道線(京滬上行線)、Ⅰ道線(京滬下行線)、2號站臺、3道線、5道線。線路呈南北走向,鋼軌類型60 kg/m,鋼筋混凝土枕,最大軌底面高差為0.514 m(Ⅰ道線和5道線)。兩站臺面均為矮站臺,站臺面高于軌面30 cm,1號站臺停車標里程分別為K179+312、K179+797,2號站臺停車標里程分別為K179+311、K179+796,??苛熊囎铋L為516 m。
東方紅路地道橋總平面布置見圖2,站臺平面示意見圖3。
詳細的現(xiàn)場勘察是整個設計工作的基礎,下穿鐵路站場地道橋由于周邊環(huán)境復雜,影響因素較多,現(xiàn)場勘察資料是否齊備,直接影響整個工程方案的可行性,現(xiàn)場勘察應包含常規(guī)地道橋的勘察項目和針對其特點的特殊勘察項目。
常規(guī)地道橋現(xiàn)場勘察[1]的項目主要有鐵路設備及設施、鐵路建(構)筑物和基坑影響范圍內(nèi)建(構)筑物等3方面。
3.1.1 鐵路設備及設施
勘察內(nèi)容包括:線路、道岔、接觸網(wǎng)、信號燈及附屬設施、鐵路管線和路基等方面。
圖1 維明路地道橋總平面布置(單位:m)
圖2 東方紅路地道橋總平面布置(單位:m)
圖3 站臺平面示意(單位:m)
(1)線路
工程所在線路區(qū)間名稱及線路各股道名稱;擬建道路中心線處鐵路(下行線)中心里程、各股道的軌面高程(中線及橋?qū)拑蓚?及線間距、該區(qū)段各股道的設計時速、行車密度、車輛類型、牽引種類、軌道類型、道床類型;橋位處的線路坡度、曲線要素。
(2)道岔
道岔類型、型號(9號、12號、12號提速道岔等)及編號;道岔全長、尖軌長及道岔各組成部分位置。
(3)接觸網(wǎng)、信號燈及輔助設施
接觸網(wǎng)懸掛類型及接觸網(wǎng)桿編號;信號燈、道岔轉轍機位置及編號。
(4)鐵路管線
信號電纜、通信電纜、電力電纜、給排水管線等位置及主要參數(shù)。
(5)路基
路基高度、路肩寬度等路基橫斷面尺寸;路基側向排水溝位置、建筑材料、斷面尺寸及流向;路基填料、基底處理方式;防護網(wǎng)位置及類型。
3.1.2 鐵路建(構)筑物
通過鐵路相關部門搜集既有建(構)筑物的設計圖、竣工圖及相關資料,并經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查獲取以下資料。
(1)橋梁、涵洞、隧道、房屋等建(構)筑物編號、里程。
(2)平面布置、埋深、結構類型、建筑材料、使用年限及狀態(tài)。
3.1.3 基坑影響范圍內(nèi)建(構)筑物
(1)需保護的建(構)筑物平面布置、結構類型、基礎類型、建筑材料、使用年限及狀態(tài)。
(2)受影響市政管線的類型、位置、材料、使用年限及狀態(tài)。
(3)搜集需保護的建(構筑物)及管線的設計圖、竣工圖等相關資料。
特殊勘察項目:機車停車位置標、??空玖熊嚨能囶^與機車停車位置標的相互關系、各站臺端頭位置、??空玖熊嚨能囶^和車尾與站臺端頭的相互關系、各站臺高度、名稱,站臺雨棚位置、站內(nèi)平交道口的寬度和使用情況、??苛熊嚨拈L度、??繒r間及上、下客情況等。
下穿鐵路站場的地道橋穿越股道和站臺較多,長度較大,通常采用分節(jié)施工。以滄州維明路地道橋為例,本橋穿越8股道和3座站臺,分成兩節(jié)施工。
方案一:中繼間[3]頂進方案
中繼間方案即前段橋體利用后段橋體作后背,用前、后段之間設置的中繼間千斤頂進行頂進。中繼間內(nèi)的千斤頂達到最大頂程后,前段橋體暫停前進,而后段橋體頂進。此時,前段中繼間的千斤頂隨著后段橋體的前進而回鎬。
頂進前段長25.241 m,頂進后段長45.649 m。變形縫[4]設置在3號站臺下方。地道橋總投影面積2 744.6 m2。
方案二:對頂[5]方案
對頂方案是在鐵路東西兩側各開挖1個工作坑,分別在兩側工作坑內(nèi)預制橋體,將地道橋?qū)斁臀弧?/p>
西段橋體長31.29 m,東段橋體長45.135 m。變形縫設置在線間距較大的4道線和Ⅱ道線之間。橋體頂進就位前開始對兩橋前懸臂分段切割,切一段頂一段。兩地道橋總投影面積2 957.6 m2。
圖4 地道橋縱剖面(單位:mm)
3.2.1 方案對比
投資估算,方案一總投影面積小,投資較小。
施工精度,由于持力層地基承載力[6]較低,即使通過頂進前注漿加固[7]也很難均勻提高,頂進時容易扎頭,采用方案二精度很難控制。
3.2.2 對鐵路的影響[8]
方案一,頂程77.116 m,按每鎬頂進0.6 m,每天頂進6鎬計算,共需25 d橋體頂進就位。
方案二,頂進速度同方案一,東橋頂程60.719 m,需25 d(包含切割前懸臂2.524 m,需分5次進行,每次按8 h計算)橋體就位;西橋頂程37.877 m(包含切割前懸臂4 m,需分8次進行,每次按8 h計算),破除兩橋之間抗移樁和接長線路加固橫梁的時間約4 d,橋體就位需20 d。兩橋同時頂進時間為10 d,共需35 d橋體才能就位;東橋需要在京滬上行線中線距主框架邊緣2.475 m時開始切割前懸臂,同時西橋需要在4道線中線未上主框架時即開始切割前懸臂,切割過程用水量很大,積水浸泡路基容易引起塌方,風險較大;兩橋就位后需后補部分底板、側墻以及施作變形縫防水,所需時間較長,在兩線間施工時需要對橋體兩側土體進行防護,但11.619 m的線間距僅能做2根防護樁,無法滿足防護要求[9]。
方案二頂進時間長,施工風險大,推薦采用方案一。
地道橋下穿站場時,根據(jù)吊軌縱橫梁線路加固體系的特點,只有將線路中間部分站臺拆除才能進行。施工期間會導致部分旅客無法上、下車。
針對此工況,可依次考慮以下3種方案。
方案一:調(diào)整橋位,避開列車停靠范圍。
維明路、東方紅路均為既有道路,車站兩側道路已形成,橋位無法調(diào)整。
方案二:延長站臺,使列車??课恢帽荛_施工影響范圍。
維明路地道橋工程中,1、2、3號站臺端頭延伸至擬建橋上約9 m,站內(nèi)平交道口位于擬建橋中線附近,所以頂進前需臨時拆除部分站臺(線路加固影響范圍)及道口以施作線路加固系統(tǒng)。為保證施工期間乘客正常上下車,可在車站南端對部分站臺接長,使列車??课恢谜w南移,避開施工影響范圍,并在站臺南端設置臨時平交道口,保證站內(nèi)行李車能在3座站臺之間通行。故方案二可行。
東方紅路地道橋工程中,通過對靜海火車站??苛熊?4 h不間斷的記錄發(fā)現(xiàn),列車停車位置有的不到停車標,有的超出停車標,但所有列車??课恢镁怀^鋼軌絕緣接頭。1號站臺??苛熊囎铋L為516 m,新建框架橋施工影響范圍按55 m計算(含線路加固影響范圍),從施工邊線距北側線路絕緣接頭430.5 m,列車長度約516 m,無法滿足??恳蟆M瑯?,2號站臺也無法滿足。如果延長站臺,需將2座站臺各加長100 m才能滿足施工期間列車??恳?,工程量較大且場地不滿足。故方案二不可行。
方案三:橋位、站臺都不變,施工期間設臨時站臺供旅客上、下車。
以東方紅路地道橋為例。在方案階段,臨時站臺設計主要采用木結構,具體做法是:在線路加固縱梁上放置10 cm×10 cm的方木作為臨時站臺橫梁,用單根長度為4 m的方木接長而成。方木與工字鋼縱梁之間墊木塊用以調(diào)整站臺高度,方木上滿鋪厚5 cm,寬20 cm,長4 m的木板,縱梁、方木、木板通過鐵絲固定。本做法無法滿足原矮站臺的要求,需將站臺面高程調(diào)整至相鄰軌面高程以上1.1 m,使臨時站臺形成高站臺。在方案設計審查會中,鐵路主管部門認為,這種臨時站臺的做法雖然輕便、可調(diào)性較高,但由于在地道橋頂進期間,線路加固縱梁變形較大,使臨時站臺存在較多安全隱患,容易傷及乘客。
在施工圖設計中,將臨時站臺改為鋼便橋形式,在地道橋兩側分別做樁及冠梁,作為鋼便橋基礎,在冠梁上搭設I63b型鋼,間距1 m,作為便橋鋼梁,鋼梁上滿鋪5 mm厚防滑鋼板與鋼梁焊接牢固,為減小便橋撓度,在跨中設支點作用于線路加固體系的縱梁上,在臨時高站臺和既有矮站臺相接的地方設置了2種過渡方式,臺階過渡供乘客使用,坡道過渡供站臺上行李車通行。如圖5所示。
圖5 鋼便橋臨時站臺橫斷面(單位:mm)
采用鋼便橋作為臨時站臺的優(yōu)點是:臨時站臺與線路加固系統(tǒng)僅通過一個點連接,無論線路加固系統(tǒng)變形大小,都不影響臨時站臺的使用,整體剛度和穩(wěn)定性較好。在鐵路主管部門組織的審查會中,鋼便橋臨時站臺的做法得到了專家們的認可。
站場內(nèi)股道數(shù)較多,股道間高差較大,以維明路地道橋為例,本工程下穿8股道中最大軌底高差0.666 m,若按常規(guī)線路加固方式軌底至地道橋頂面0.8 m考慮,當最低的股道滿足0.8 m時,最高的股道下方將有1.466 m的高度,施工期間需在線路加固橫梁上墊多層枕木[10]調(diào)整高度,穩(wěn)定性較差。
遇到這種工況可通過2種方案減小高差:
(1)對最低的股道進行抬道,此方案影響范圍較大,在岔區(qū)時不適用;(2)最低軌底面至橋頂面高度按最小值H控制。H=5 cm(絕緣板)+40 cm(I40b型鋼橫梁)+5 cm(調(diào)整空間)+10 cm(小滑車)=60 cm[11]。
由于維明路地道橋北側已經(jīng)進入岔區(qū),抬道影響范圍太大,所以采用第二種方案。
圖6 新橋頂進、舊橋拆除循環(huán)示意(單位:cm)
以維明路地道橋為例。既有箱涵與擬建地道橋夾角為6°。由于部分既有橋位于擬建橋范圍內(nèi),部分位于擬建橋范圍外,所以既有箱涵拆除時無法按常規(guī)做法隨頂隨拆。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定拆除方案如下。
既有箱涵在擬建橋體范圍內(nèi)時,采用繩鋸切割頂板,采用片鋸切割墻體,采用破碎炮破碎墻體與底板連接處,使墻體與頂板混凝土滑落。既有箱涵拆除1.0 m,新建橋體向前頂進1.0 m,以此循環(huán),墻體與頂板切割可超前擬建橋體3.0~4.0m,底板破碎可錯后墻體1.0~2.0 m。
既有箱涵與擬建橋體相交時,采用繩鋸切割頂板,采用片鋸切割墻體與部分底板,待擬建橋體頂距既有箱涵0.5 m處,用片鋸縱向切割底板,分段移出橋內(nèi)。及時回填既有箱涵剩余部分與擬建橋體之間土體。擬建橋體每次頂進1.0 m,以此循環(huán)。新橋就位后對剩余既有箱涵填充段進行二次注漿回填。
此拆除方案已通過了鐵路主管部門的審查。
京滬線K252+554滄州市維明路地道橋和京滬線K179+538靜??h東方紅路地道橋兩個工程設計涵蓋了地道橋設計中幾乎所有的重、難點,包含:拆舊橋、多組接觸網(wǎng)桿改移、地基承載力不足、地下水位高、拆除及恢復站臺和平交道口、分節(jié)頂進、穿越鐵路站場或咽喉區(qū)、臨時站臺設置等,通過對兩個項目設計過程的分析總結,可以對類似工程設計起指導作用。
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