城市復(fù)雜地段小半徑匝道跨越客專鐵路方案研究

董李軍

（中鐵六局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司，山西 晉中 030600）

0 工程概況

北中環(huán)澗河立交互通工程為太原市擬建中環(huán)線與澗河路相交處的互通工程，包括北中環(huán)和建設(shè)路五條主線及六條匝道。其中SE匝道為整個(gè)立交工程從南到東的匝道，沿道路走向，自西向東需依次跨越石太下行、石太客專上行、石太客專下行、石太下行等鐵路。上跨的四條鐵路均為電氣化鐵路，線間距分別為5.32m，5.08m，5.31m。橋址位于太原東站和太原北站之間，距離太原東站約1.6km。石太客專和石太線行車間隔小，最長(zhǎng)間隔為20分鐘?？蛯Ａ熊囈话阍诎滋焱ㄟ^，每晚有90分鐘的天窗點(diǎn)。施工時(shí)若中斷列車運(yùn)行、封鎖客專線的可能性較小，只能利用天窗點(diǎn)進(jìn)行施工。

SE橋東南角有一18層高層住宅樓，橋下有一座市政泵站，仍在利用中。SE北側(cè)為已通車的東西走向北中環(huán)橋WE和EW。受東南角高層無法拆遷所限制，SE線路位于曲線上，曲線半徑55m。為滿足鐵路限界要求橋梁孔跨較大，因此梁部宜采用鋼箱梁。根據(jù)以往橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及所跨越鐵路運(yùn)營(yíng)繁忙的特點(diǎn)，考慮橋跨在經(jīng)濟(jì)合理?xiàng)l件下盡可能做到對(duì)鐵路影響最小，本次跨鐵路處主橋設(shè)計(jì)為整孔吊裝架設(shè)鋼箱梁與轉(zhuǎn)體剛構(gòu)兩套方案進(jìn)行對(duì)比。

1 擬定的吊裝和轉(zhuǎn)體兩套設(shè)計(jì)方案

1.1 方案一：整孔吊裝架設(shè)鋼箱梁

本方案上部結(jié)構(gòu)為 （21.996+28+40）m等梁高混凝土-鋼混合箱梁，中跨T3墩小里程側(cè)5m為混合梁的連接處，其中（21.996+23）m段為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，（5+40）m段為鋼箱梁，全橋長(zhǎng)89.996m。橋梁為整幅設(shè)橋，橋面寬8.0m。

1.1.1 橋梁主體結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱雙室截面，下部結(jié)構(gòu)墩柱采用花瓶形墩，墩柱下接承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

1.1.2 橋梁與鐵路的相對(duì)關(guān)系

施工及運(yùn)營(yíng)階段梁底高于接觸網(wǎng)硬橫梁頂約3.73m，墩柱至石太鐵路最小距離11.2m，為既有石太預(yù)留了足夠的空間。

1.1.3 施工方案

由工廠預(yù)制焊接45m鋼箱梁，待與鐵路部門溝通協(xié)商后，確定吊裝時(shí)間，將鋼箱梁用200T的運(yùn)梁車，行走在WE主線上，在SE匝道旁側(cè)停靠。吊裝時(shí)采用一臺(tái)500t汽車吊及一臺(tái)350t履帶式起重機(jī)，500t汽車吊位于橋下小里程側(cè)，350t履帶式起重機(jī)置于大里程側(cè)主線橋上。吊裝整體重量約為200t，從主線橋面上提升3.5m，平移至橋位，確保一次吊裝準(zhǔn)確就位。

1.2 方案二：轉(zhuǎn)體施工T型剛構(gòu)

轉(zhuǎn)體施工T型剛構(gòu)具體布置如下：（45+44.996）m轉(zhuǎn)體施工T型剛構(gòu)，轉(zhuǎn)體墩位于既有鐵路西側(cè)。上部結(jié)構(gòu)為（45+44.996）m變高度鋼結(jié)構(gòu)箱梁轉(zhuǎn)體T構(gòu)，梁全長(zhǎng)89.996m，轉(zhuǎn)體部分跨徑組合為（42.5+42.5)m，預(yù)留后拼段2.5（2.496）m；橋梁為整幅設(shè)橋，橋面寬8.0m。墩梁固結(jié)，完成預(yù)制后向鐵路部門要點(diǎn)90分鐘，一次轉(zhuǎn)體就位，再現(xiàn)場(chǎng)拼接邊跨2.5m后拼段。

1.2.1 橋梁主體結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱雙室截面，下部結(jié)構(gòu)主墩采用矩形墩，墩柱下接轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)組成。

1.2.2 橋梁與鐵路的相對(duì)關(guān)系

鋼箱梁預(yù)拼時(shí)梁邊緣距既有鐵路中線最小距離9.7m；轉(zhuǎn)體過程中梁底高于接觸網(wǎng)硬橫梁頂約3.26m，預(yù)留了足夠的空間；轉(zhuǎn)體后鋼箱梁后拼段邊緣距鐵路中心6.8m；成橋后橋墩到石太下行鐵路最小距離為14.2m。

表1

1.2.3 轉(zhuǎn)體剛構(gòu)指導(dǎo)性施工方案

（1）改移或改造與施工相干擾的光纜、電線等設(shè)施，場(chǎng)地整平，施工中墩樁基，開挖基坑，施工下轉(zhuǎn)盤。

（2）施工中墩上轉(zhuǎn)盤及墩身，順鐵路兩側(cè)施工支架基礎(chǔ)，搭設(shè)支架，采用1.2倍主梁重預(yù)壓支架。

（3）支架上拼裝鋼箱梁，澆筑橋面外側(cè)防撞護(hù)欄，安裝防護(hù)屏。

（4）拆除支架，使T構(gòu)處于懸臂狀態(tài)。

（5）對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，實(shí)測(cè)其重心位置，必要時(shí)進(jìn)行配重。

（6）對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行試轉(zhuǎn)，確定轉(zhuǎn)體的各項(xiàng)參數(shù)。

（7）向鐵路部門申請(qǐng)要點(diǎn)，暫時(shí)性中斷鐵路運(yùn)營(yíng)。進(jìn)行轉(zhuǎn)體，速度0.018～0.02rad/min，一次轉(zhuǎn)體就位，轉(zhuǎn)體94o轉(zhuǎn)體作業(yè)時(shí)間約90分鐘。

（8）鎖定上下轉(zhuǎn)盤，對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行固封。

（9）搭設(shè)支架施工后拼段，橋面系施工，成橋。

2 整孔吊裝架設(shè)鋼梁與轉(zhuǎn)體剛構(gòu)的方案比選

2.1 兩種方案各方面的比較

2.2 整體架設(shè)鋼梁方案行走在WE主線時(shí)的檢算

采用整體架設(shè)鋼梁時(shí)，采用200T的運(yùn)梁炮車運(yùn)梁。行走路線為在澗河立交東區(qū)WE主線上上橋，從WE—U10聯(lián)上橋，經(jīng)過WE—U9和WE—U8，停留在WE主線轉(zhuǎn)體橋上，用吊車將梁體吊裝到位。以運(yùn)梁車行走在WE—U8為例，檢算運(yùn)梁車在WE主線橋上行走的可能性。

本模型取WE-U08第一跨跨中處梁段。橋面板橫向框架按照一次落架的施工方法采用平面桿系理論進(jìn)行計(jì)算，沿主梁縱向取出1m寬度，將車輪荷載按縱向有效分布寬度計(jì)算出作用在縱向每延米橋面板的荷載值，在其實(shí)際作用范圍按最不利加載，根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行極限承載力、應(yīng)力和裂縫寬度計(jì)算。橋面板按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)構(gòu)極限承載力及在使用階段應(yīng)力是否符合規(guī)范要求；腹板及底板按照鋼筋混凝土構(gòu)件驗(yàn)算裂縫寬度是否滿足規(guī)范要求。本聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁跨中斷面為計(jì)算對(duì)象，該斷面位置頂、底板厚220mm，腹板厚450m。頂、底、腹板均采用平面桿系單元，箱梁框架計(jì)算模型見圖1。

圖1 箱梁框架計(jì)算模型

恒載包括橋梁縱向1m節(jié)段自重、防撞護(hù)欄、中央分隔帶、橋面鋪裝及收縮徐變，活載僅計(jì)入起吊機(jī)特種荷載，溫度荷載按照內(nèi)外溫差0.8m。

履帶吊車縱橋向?yàn)榫己奢d，按照最大起重350t計(jì)算其最大均布力計(jì)算如下：

吊車總重=280t（吊車自重）+350t（起吊重量）+125t（配重）+50（車身壓重）=805t=8050kN

最大彎矩：350t*5m*sin（18°）=540tm=5400kNm

最 大 均 布 力 =（8050kN/11.55m+5400kNm/11.5m/11.5m*12）/2=593.5kN/m

取1m的計(jì)算模型，特種荷載按照首輪重593.5kN，第二輪重593.5kN，進(jìn)行加載；

此箱梁節(jié)段位置底板上層配筋：Φ16@150，下層配筋：Φ16@150。經(jīng)計(jì)算，得短期效應(yīng)組合下箱梁框架裂縫寬度如下圖所示。圖中裂縫寬度單位以mm計(jì)。

圖2 在短期效應(yīng)組合下裂縫寬度

根據(jù) 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）中第6.4.2條，鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算的最大裂縫寬度不應(yīng)超過下列規(guī)定的限值：

Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境：0.20mm

由以上計(jì)算結(jié)果可知，箱梁頂?shù)装遄畲罅芽p寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范限制，不可行。

綜上，通過對(duì)比，可以得知，采用吊裝方案時(shí)，橋梁的施工及設(shè)計(jì)均屬常規(guī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，難度較小。但受制因素較多，一是受制于橋梁運(yùn)輸通道，二是施工中容易受制于大型設(shè)備。另外施工時(shí)向鐵路部門要點(diǎn)多，對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)影響較大。吊裝時(shí)，在鐵路上方施工，狀況復(fù)雜，不穩(wěn)定，安全保障小。采用T構(gòu)轉(zhuǎn)體方案時(shí)，橋梁的受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但受制因素較小，對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)也較小。經(jīng)過專家會(huì)議評(píng)審，最終確定采取T構(gòu)轉(zhuǎn)體方案。

3 T構(gòu)轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)情況及施工工序

3.1 SE匝道T構(gòu)轉(zhuǎn)體最終設(shè)計(jì)情況

確定為T構(gòu)轉(zhuǎn)體方案后，由鐵三院對(duì)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基本按照原方案執(zhí)行。

SE匝道轉(zhuǎn)體主墩位于四條鐵路線西側(cè)，基礎(chǔ)采用5根樁徑為1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)65m。承臺(tái)基坑采用鉆孔樁全封閉防護(hù)護(hù)護(hù)樁外側(cè)設(shè)置雙排高壓旋噴樁止水帷幕，防止基坑開挖降水造成鐵路下路基沉降。

承臺(tái)分為下承臺(tái)、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、上轉(zhuǎn)盤、上承臺(tái)四個(gè)部分。墩身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外包一層3cm厚鋼板。承臺(tái)、墩身及箱梁連接采用40根Φ25mm精軋螺紋鋼連接，底端預(yù)埋進(jìn)上承臺(tái)內(nèi)1.2m，頂端預(yù)埋進(jìn)鋼箱梁內(nèi)2m，鋼箱梁中間段拼裝完畢后進(jìn)行張拉，保證墩梁連接。

上部結(jié)構(gòu)為45+44.996m鋼箱梁T構(gòu)，全長(zhǎng)89.996m；轉(zhuǎn)體部分跨徑組合為42.5+42.496m，預(yù)留后拼裝段2.5m。上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁，單箱雙室箱形截面。在外側(cè)預(yù)留異物侵線裝置。鋼箱梁采用Q345qD鋼板拼裝，鋼梁及墩身外表面采用鐵路第七套涂裝體系防腐。

3.2 T構(gòu)轉(zhuǎn)體橋施工工序

3.2.1 施工準(zhǔn)備

主要進(jìn)行了技術(shù)準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備、材料及機(jī)械準(zhǔn)備，重點(diǎn)是同鐵路部門做好前期配合，審批施工方案，簽訂安全協(xié)議等。

3.2.2 護(hù)樁施工

3.2.3 樁基施工、止水帷幕施工

樁基和止水帷幕施工工藝按照一般的工藝進(jìn)行施工，施工時(shí)要做好對(duì)大型機(jī)械的加固，防止機(jī)械失穩(wěn)倒向既有線，危及行車安全。本次施工主要采取的措施有兩個(gè)，一是將鉆機(jī)等大型機(jī)械施工時(shí)停留的原地面整平碾壓，進(jìn)行硬化，并做好遠(yuǎn)離鐵路方向的2%排水坡。二是鉆機(jī)作業(yè)時(shí)用風(fēng)纜將鉆機(jī)拉向遠(yuǎn)離鐵路側(cè)。

3.2.4 基坑開挖及支護(hù)

3.2.5 下承臺(tái)施工

3.2.6 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)組成。涉及到以下幾個(gè)工序，按照先后順序排列為：澆注下轉(zhuǎn)盤第一步砼→安裝滑道支架、下球鉸支架→澆注下轉(zhuǎn)盤第二步砼→安裝滑道、下球鉸→澆注下轉(zhuǎn)盤第三步砼→安裝四氟乙烯滑塊、上球鉸→澆注上球鉸內(nèi)砼→上轉(zhuǎn)盤砼施工。

3.2.7 上承臺(tái)施工

3.2.8 轉(zhuǎn)體主墩墩身施工

墩身為實(shí)心矩形墩，高12m，外包一層3cm厚鋼板，內(nèi)部采用鋼筋混凝土壓重，并在上轉(zhuǎn)盤內(nèi)預(yù)埋豎向Φ25mm精軋螺紋鋼與鋼箱梁連接，外包鋼板與上轉(zhuǎn)盤連接采用預(yù)埋法蘭盤和錨栓進(jìn)行連接，上轉(zhuǎn)盤預(yù)埋法蘭厚度為10mm，墩身外包鋼板焊接法蘭厚度為60mm，錨栓型號(hào)為M45。

由于墩身內(nèi)的豎向精軋螺紋鋼、墩身鋼筋及外包鋼板內(nèi)的剪力釘互相交錯(cuò)，整體施工困難，所以采用分段方法進(jìn)行施工：墩身鋼筋分為3節(jié)即兩次連接；墩身預(yù)埋精軋螺紋鋼分兩節(jié)即一次連接；墩身外包鋼板分為四節(jié)安裝，每節(jié)高度為3米；混凝土澆筑分兩次澆筑。

3.2.9 鋼箱梁拼裝

（1）鋼箱梁拼裝

鋼箱梁在工廠內(nèi)加工成18個(gè)拼裝小段，運(yùn)輸?shù)焦さ仄囱b場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行二次拼裝成吊裝段。箱梁總體拼裝成A、B、C三個(gè)大段共7個(gè)吊裝段。

A大段分為3個(gè)吊裝段進(jìn)行拼裝，B大段分為2個(gè)吊裝段進(jìn)行拼裝，C大段分為2個(gè)吊裝段進(jìn)行拼裝。為保證箱梁線型拼裝時(shí)將A、B、C三個(gè)大段進(jìn)行總拼，總拼胎具設(shè)置2套，一套用于A大段總體拼裝，另一套用于B、C大段的總體拼裝。后拼段直接由工廠加工成型后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。

（2）臨時(shí)支架制作

在吊裝前在分段部位搭設(shè)臨時(shí)支架，以確保鋼箱梁吊裝就位后的整體穩(wěn)定性，并提供節(jié)段對(duì)接焊縫的作業(yè)平臺(tái)。鋼箱梁拼裝期間共設(shè)置6個(gè)臨時(shí)支架。

臨時(shí)支架基礎(chǔ)為混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，每個(gè)支架下每個(gè)鋼立柱下分別有一個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)。鋼立柱為Φ630mm鋼管柱，每個(gè)臨時(shí)支架設(shè)置4根，由6m、3m、1m、0.5m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段組成，縱向采用法蘭螺栓形式進(jìn)行連接。柱間支撐采用Φ325直縫焊管制作，支撐之間用等邊角鋼∠75*8呈十字交叉狀加固。柱頂橫梁為兩根I56a工字鋼雙拼組成。橫梁頂設(shè)置墊塊和50T千斤頂調(diào)節(jié)標(biāo)高。主墩兩側(cè)的三個(gè)支架分別用角鋼聯(lián)接成一個(gè)整體。架基礎(chǔ)安裝前采用原地面碾壓+換填30cm三七灰土20cm厚C20硬化層的方式進(jìn)行基底處理。

圖3 臨時(shí)支架布置立面示意圖

圖4 臨時(shí)支架斷面圖

（3）鋼箱梁吊裝

鋼箱梁拼裝成大吊裝段后，由拼裝場(chǎng)內(nèi)運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行吊裝。將鋼箱梁分為7個(gè)吊裝段，采用2臺(tái)500T吊車進(jìn)行吊裝，吊裝順序?yàn)椋篈-1→A-2→A-3→B-1→B-2→C-1→C-2→轉(zhuǎn)體后的后拼段。 吊裝前將吊車站立范圍內(nèi)的進(jìn)行處理，原地面碾壓，換填30cm厚三七灰土，并檢驗(yàn)地基承載力達(dá)到174kPa后在硬化20cm厚C20混凝土。

3.2.10 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體前，做好對(duì)既有線的防護(hù)工作，將東西兩側(cè)的回流線及四條鐵路線的承力索安裝絕緣套。完成轉(zhuǎn)體部分橋面附屬結(jié)構(gòu)工程，并將現(xiàn)場(chǎng)拼裝完的鋼箱梁整體防腐涂裝施工完畢。拆除砂箱，清理滑道，進(jìn)行稱重配重。由于梁結(jié)構(gòu)的特殊性，配重在墩臺(tái)上橫向設(shè)置。墩身外包鋼板的錨固法蘭安裝完畢后需澆筑封固混凝土，因此配重由三部分組成，一是先行澆筑配重側(cè)的封錨混凝土，另一部分是稱重后用配重塊進(jìn)行調(diào)整。配重塊是規(guī)格為1.2m*0.6m*0.5m的預(yù)制混凝土配重塊，每塊重1.8T。第三部分是轉(zhuǎn)體前對(duì)橋頂防撞護(hù)欄的澆筑范圍進(jìn)行明確，曲線內(nèi)側(cè)的護(hù)欄預(yù)留20米在轉(zhuǎn)體完成后澆筑，以起到平衡的作用。

3.2.11 承臺(tái)封固

3.2.12 后拼段施工

后拼段同梁拼裝一樣，下方設(shè)置支撐支架，用130T的吊車將后拼段吊裝到位焊接好后才拆除支架。支架結(jié)構(gòu)同主梁的支架相同。

4 總結(jié)

本工程的實(shí)踐表明，在城市困難地段，受各種條件限制，需要跨越已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的公路、鐵路時(shí)，可以采用小半徑鋼箱梁T構(gòu)轉(zhuǎn)體的方式進(jìn)行跨越。這種方案有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，地形適應(yīng)條件強(qiáng)，對(duì)鐵路或公路的運(yùn)營(yíng)很小，施工方法相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)施工設(shè)備的要求也較小。有同類需求的地段，可以作為借鑒。

［1］鄔曉光.剛架橋[M].北京：人民交通出版社，2001.

［2］孫廣華.曲線梁橋計(jì)算[M].北京：人民交通出版社，1995.

［3］周念先.橋梁方案比選[J].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

［4］JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2004.