新建公路（道路）上跨高速鐵路立交橋橋式結(jié)構(gòu)和施工方法比選研究

唐紹貴

【摘 要】公路（城市道路）上跨高速鐵路立交橋宜采用整體結(jié)構(gòu)，盡量采用養(yǎng)護(hù)工作量小的混凝土梁結(jié)構(gòu)。在施工方法的選擇上，預(yù)制架設(shè)、縱向頂推、轉(zhuǎn)體施工方法對(duì)高速列車運(yùn)營(yíng)影響小，安全風(fēng)險(xiǎn)亦較小，能較好地適用于公路上跨高鐵立交橋的建設(shè)，且在架梁、頂推、轉(zhuǎn)體過(guò)程中，由于作業(yè)時(shí)間較短，一般利用高鐵的“天窗”時(shí)段。對(duì)于上跨在建高速鐵路的立交橋梁施工，還可以因地制宜選用支架現(xiàn)澆法和懸臂澆筑法施工。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路；公鐵立交橋；施工方法

隨著高速鐵路大面積運(yùn)營(yíng)和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新建等級(jí)公路（城市主干道路）上跨高速鐵路的立交橋，將成為涉鐵公路（市政）工程的主要內(nèi)容。高速鐵路具有速度快、行車密度大等特點(diǎn)，結(jié)合高速鐵路運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，研究上跨高速鐵路立交橋的橋式結(jié)構(gòu)和施工方法，確保高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

1.橋梁跨度和橋式結(jié)構(gòu)

1.1橋梁跨度

跨線立交的橋墩一般要求路塹地段設(shè)在側(cè)溝外側(cè)，路堤地段不應(yīng)侵占路基邊坡，且應(yīng)確保排水系統(tǒng)的暢通和路基邊坡的穩(wěn)定性。橋墩設(shè)置除滿足限界要求外，尚應(yīng)考慮橋墩及其基礎(chǔ)施工影響范圍，對(duì)于上跨高速鐵路立交橋，如果正交通過(guò)，主孔橋墩邊至相鄰線路中心的距離，一般應(yīng)不小于15m，因此，主孔橋梁跨徑L=15×2+線間距+橋墩縱向尺寸，一般應(yīng)不小于40m。

1.2橋式結(jié)構(gòu)

1.2.1不得采用裝配式空心板及組合式T梁結(jié)構(gòu)

上海市城市道路和公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)（試行）規(guī)定：高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、城市主干路和專用重車線路上的大中橋應(yīng)采用行車舒適、耐久性好、養(yǎng)護(hù)方便的結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)先選用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，一般不得采用預(yù)制裝配式空心板結(jié)構(gòu)。

組合式簡(jiǎn)支T梁采用分片預(yù)制架設(shè)，跨越能力較大，施工簡(jiǎn)便，但由于橫隔梁數(shù)量較多，橋位現(xiàn)澆的濕接縫圬工量大，如出現(xiàn)問(wèn)題，將造成混凝土塊體下墜，對(duì)高速鐵路運(yùn)營(yíng)危害較大，另外，T梁的橫向連接是薄弱環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)病害。

1.2.2可采用組合式簡(jiǎn)支小箱梁

組合式簡(jiǎn)支小箱梁與T梁相比，由于橫隔板數(shù)目少，現(xiàn)澆濕接縫工作量小，通過(guò)在箱梁內(nèi)預(yù)埋不銹鋼板作為濕接縫底模，減小了對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)的干擾。在中橫隔板能避開(kāi)高鐵線路上方的情況下可以采用。

1.2.3采用整體結(jié)構(gòu)

鑒綜電〔2010〕455號(hào)要求：必須新建上跨立交橋時(shí)，在設(shè)計(jì)上橋面要形成整體。

因此，對(duì)于上跨高速鐵路的立交橋橋式結(jié)構(gòu)，要求整體性好，即使采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，也應(yīng)采用連續(xù)橋面。跨區(qū)間線路立交橋梁宜優(yōu)先采用箱梁，當(dāng)采用多片式箱梁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)橋面板的連接，使其具有較好的整體性。

1.2.4盡量采用養(yǎng)護(hù)工作量小的混凝土梁結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)合梁等，養(yǎng)護(hù)工作量較大，拱橋及斜拉橋等結(jié)構(gòu)，吊桿和拉索易銹蝕失效，造成結(jié)構(gòu)承載能力降低，均應(yīng)謹(jǐn)慎采用；盡量選擇混凝土梁結(jié)構(gòu)，對(duì)于大跨度橋梁，可采用變截面連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)等。

2.上跨既有高速鐵路立交橋施工中的主要安全風(fēng)險(xiǎn)

2.1施工對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)的影響

（1）距既有高鐵較近的橋梁基礎(chǔ)開(kāi)挖可能影響到既有高鐵的基礎(chǔ)設(shè)施。

（2）施工過(guò)程中使用的機(jī)械設(shè)備可能會(huì)傾覆等侵入既有高鐵限界。

（3）跨線上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中可能會(huì)有垮塌、橋上施工機(jī)械翻落、物件墜落或液體（水、油）下流等威脅列車安全。

2.2高速列車行駛對(duì)施工的影響

前述可知，施工影響范圍至少需在線路中心5.8m以外。

對(duì)于跨高鐵橋梁施工方案時(shí)，應(yīng)考慮盡量減少在高鐵上空及附近的作業(yè)時(shí)間，不在線路間設(shè)置結(jié)構(gòu)；施工作業(yè)與線路間應(yīng)有一定的安全距離，施工防護(hù)結(jié)構(gòu)檢算應(yīng)充分考慮高速列車通過(guò)所產(chǎn)生的氣動(dòng)力作用。

3.公路上跨鐵路立交橋常用施工方法介紹

3.1預(yù)制架設(shè)法

預(yù)制架設(shè)施工是在工廠或現(xiàn)場(chǎng)專門(mén)辟出橋梁的制作場(chǎng)地，集中制作預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼梁。通過(guò)場(chǎng)內(nèi)或場(chǎng)外運(yùn)輸至吊裝工地，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同情況采用相應(yīng)的起重機(jī)械和吊裝工藝，將梁按設(shè)計(jì)的順序吊放安裝至墩柱的支座上，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，形成簡(jiǎn)支梁或經(jīng)過(guò)力系轉(zhuǎn)換形成連續(xù)梁。

預(yù)制架設(shè)常采用起重機(jī)和架橋機(jī)等設(shè)備架設(shè)預(yù)制梁體。采用起重機(jī)架設(shè)，要求的吊裝設(shè)備比較簡(jiǎn)單，但起吊能力有限，且占用施工場(chǎng)地，如圖3-1，一般適用于架設(shè)中、小跨度梁。

采用架橋機(jī)架設(shè)梁體，可不受橋下凈空限制，對(duì)橋下鐵路干擾小，但所需架橋設(shè)備較復(fù)雜。一般也用于中、小跨度梁的架設(shè)。如圖3-2。

因此，預(yù)制架設(shè)法適用于跨鐵路的中、小跨度梁。

3.2懸臂灌筑法

懸臂灌筑法又稱掛籃法（如圖3-3）。在墩柱兩側(cè)常采用托架支撐，灌筑一定長(zhǎng)度的梁段，稱為起步長(zhǎng)度。以此節(jié)段為起點(diǎn)，通過(guò)掛籃的前移，對(duì)稱地向兩側(cè)跨中逐段灌筑混凝土，并施加預(yù)應(yīng)力，如此循環(huán)作業(yè)，每個(gè)節(jié)段一般2～6m。我國(guó)已建成的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)體系橋梁，大多數(shù)都采用這種方法施工。如錢(qián)塘江二橋、虎門(mén)大橋副航道橋混凝土剛構(gòu)橋等的施工中采用了懸臂灌筑法。

懸臂灌筑法施工的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）修建過(guò)程中，不需要繁重費(fèi)工的支架工程；

（2）梁的跨度可做得較大；

（3）工序簡(jiǎn)單，施工設(shè)備少；

（4）施工時(shí)可以采用多工作面施工，縮短總工期。

其缺點(diǎn)是：在線路上方作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，需要設(shè)置防護(hù)棚。防護(hù)棚的施工與線路運(yùn)營(yíng)相互干擾，存在不確定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3頂推法

頂推法是沿橋軸線方向的墩臺(tái)后開(kāi)辟預(yù)制場(chǎng)地，通過(guò)水平液壓千斤頂施力，借助不銹鋼板與聚四氟乙烯模壓板特制的滑動(dòng)裝置，將預(yù)制梁逐段向?qū)Π俄斖?，就位后落架，更換正式支座完成橋梁施工，如圖3-4。根據(jù)頂推裝置布置不同，可有單點(diǎn)頂推與多點(diǎn)頂推。集中設(shè)在一處的為單點(diǎn)頂推，將總的頂推力分散到多個(gè)橋墩上的為多點(diǎn)頂推。

頂推法的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）適用于中等跨徑、等截面、多跨連續(xù)梁橋施工；

（2）適于施工場(chǎng)地狹小，橋下空間不能利用的施工現(xiàn)場(chǎng)；

（3）混凝土的澆筑和頂進(jìn)工作面始終不變，適于工廠化生產(chǎn)。

（4）當(dāng)孔徑小于50～60m時(shí)可不設(shè)臨時(shí)支墩，對(duì)既有線干擾小。

（5）跨線作業(yè)時(shí)間較短（頂推速度可以大于10m/h）。

其缺點(diǎn)是：

（1）不適應(yīng)變截面橋梁等橋型施工；

（2）通常全橋只能有兩個(gè)工作面，不能多孔同時(shí)施工；

（3）對(duì)于大跨度橋梁施工時(shí)，要設(shè)置臨時(shí)墩，對(duì)既有線造成干擾，線內(nèi)作業(yè)較多，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)采用頂推法施工的部分跨鐵路橋梁見(jiàn)表3-1。

3.4 轉(zhuǎn)體施工

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過(guò)轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。它可以將在障礙物上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，它可分為豎向轉(zhuǎn)體施工法、水平轉(zhuǎn)體施工法（簡(jiǎn)稱豎轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)法）以及平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法，其中以平轉(zhuǎn)法應(yīng)用最多。如圖3-5。

圖3-5 黑龍江綏芬河新華街斜拉橋轉(zhuǎn)體施工中

豎轉(zhuǎn)法主要用于肋式拱橋中，當(dāng)跨徑增大以后，拱肋過(guò)長(zhǎng)，豎向塔架過(guò)高，轉(zhuǎn)動(dòng)也不易控制，因此一般只在中小跨徑中應(yīng)用。

采用平轉(zhuǎn)法施工的橋梁除斜拉橋外，還有T構(gòu)橋、鋼桁梁橋、預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和拱橋。

大量跨線橋的施工非常適合采用轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，同時(shí)轉(zhuǎn)體橋梁也在朝著大噸位、大跨度的方向發(fā)展、具有廣泛的應(yīng)用前景。

其優(yōu)點(diǎn)是：

（1）適合連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋和拱橋橋型施工。

（2）可在跨中或梁端合龍.施工跨越能力大，對(duì)既有線干擾小。跨線作業(yè)時(shí)間短 （對(duì)于高鐵，可利用0～4小時(shí)的天窗時(shí)間轉(zhuǎn)體到位），安全風(fēng)險(xiǎn)小。

（3）轉(zhuǎn)體施工法用橋梁結(jié)構(gòu)本身做成轉(zhuǎn)動(dòng)體系，充分利用結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)用鋼作施工設(shè)備，大大減少了鋼管等周轉(zhuǎn)性材料的投入。

（4）改變了施工環(huán)境和施工條件，施工安全得到了保證。

（5）施工簡(jiǎn)單快速，有利于加快工程進(jìn)度，縮短施工周期。

其缺點(diǎn)是：

（1）施工中鋼筋混凝土球鉸（上、下轉(zhuǎn)盤(pán)）的加工支座、磨合等工藝都很繁瑣復(fù)雜，精度控制對(duì)于土建施工而言難度較大。

（2）轉(zhuǎn)體施工結(jié)構(gòu)為了減輕質(zhì)量、增大跨度，盡量采用輕型結(jié)構(gòu)或勁性骨架，這樣很容易使得結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，所以轉(zhuǎn)體階段容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象，必須予以關(guān)注。

（3）轉(zhuǎn)體階段結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫，給結(jié)構(gòu)埋下了安全隱患。

（4）設(shè)計(jì)較復(fù)雜，施工費(fèi)用相對(duì)較高。

國(guó)內(nèi)采用轉(zhuǎn)體法施工的部分跨鐵路橋梁見(jiàn)表3-2。

3.5整體支架澆筑法

該方法包括滿堂支架施工和組合支架施工。整體支架澆筑法因?yàn)樾枰跇蛳聺M布膺架或者搭設(shè)大量臨時(shí)支墩再在其上方搭設(shè)支架，阻礙或?qū)Ω咚勹F路行車有很大影響，對(duì)于上跨高鐵既有線的橋梁不宜采用，可用于上跨新建鐵路的橋梁。如圖3-6～圖3-7。

4.施工方法比選

跨越高速鐵路各種施工方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表4-1。

跨高鐵立交橋設(shè)計(jì)的首要出發(fā)點(diǎn)是要保證鐵路的正常安全運(yùn)營(yíng)，而合理的施工方法是實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的關(guān)鍵所在。在選擇跨越高速鐵路的橋梁施工方案時(shí)，應(yīng)盡量減少在高速鐵路上空及附近的作業(yè)時(shí)間及工作量，盡量不在線路內(nèi)設(shè)置結(jié)構(gòu)物。

根據(jù)以上分析，對(duì)于上跨既有高速鐵路的立交橋梁施工，整體支架澆筑法和懸臂澆筑法施工對(duì)既有線列車運(yùn)營(yíng)有較大影響，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，故一般僅用于上跨在建高鐵的立交橋施工。

預(yù)制架設(shè)、縱向頂推、轉(zhuǎn)體施工方法對(duì)高速列車運(yùn)營(yíng)影響小，安全風(fēng)險(xiǎn)亦較小，能較好地適用于上跨高鐵立交橋的建設(shè)，且在架梁、頂推、轉(zhuǎn)體過(guò)程中，由于作業(yè)時(shí)間較短，一般利用高鐵的“天窗”時(shí)段。對(duì)于上跨在建高速鐵路的立交橋梁施工，上述幾種施工方法也可因地制宜選用。

5.結(jié)論

綜合前述分析，上跨既有高速鐵路橋梁不同橋式結(jié)構(gòu)及施工方案建議如下：

（1）不得采用裝配式空心板及T梁結(jié)構(gòu)，盡量采用混凝土梁。

（2）跨度L≤50m時(shí)，采用整體箱梁或組合式箱梁。采用等截面連續(xù)梁，整體結(jié)構(gòu)，縱向頂推法施工。對(duì)于40m左右中小跨徑，也可采用組合式箱梁，施工方法推薦采用預(yù)制架設(shè)法，待吊裝完畢后施工橋面接縫，形成整體橋面。

（3）跨度L>50m，適合采用連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、鋼-混結(jié)合梁、斜拉橋等結(jié)構(gòu)。可因地制宜選用縱向頂推法、水平轉(zhuǎn)體法施工?？v向頂推法適用于等截面鋼結(jié)構(gòu)、連續(xù)梁，且以不需要設(shè)置臨時(shí)支墩為宜，以減少對(duì)既有線的干擾；水平轉(zhuǎn)體法可適用于各種常用的橋型，具有跨越能力大，對(duì)既有線干擾小、跨線作業(yè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，是跨越高速鐵路橋梁比較安全的施工方法。

對(duì)于上跨在建高速鐵路立交橋的橋式結(jié)構(gòu)及施工方法，考慮到后期運(yùn)營(yíng)對(duì)高速鐵路安全的影響，按照以上推薦的橋式結(jié)構(gòu)選用，施工方法根據(jù)具體橋式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)因地制宜采用。

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