蘭合鐵路與蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路聯(lián)絡(luò)線方案研究

解新福

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司蘭州院,甘肅 蘭州 730000)

2008年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》中,蘭州至合作鐵路作為成蘭鐵路的組成部分,是蘭州至成都間的客貨通道[1]。當(dāng)時(shí)對(duì)本線的功能定位是以服務(wù)國(guó)土資源開(kāi)發(fā)為目的,以貨為主、兼顧沿線少量客運(yùn)的區(qū)域性單線鐵路。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和產(chǎn)業(yè)政策、鐵路運(yùn)量發(fā)展態(tài)勢(shì)的變化,2016年新的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中對(duì)國(guó)家鐵路網(wǎng)格局進(jìn)行了重大調(diào)整。根據(jù)規(guī)劃,西北至西南區(qū)域間客運(yùn)通道以蘭州(西寧)經(jīng)合作至成都為主,貨運(yùn)通道以蘭渝鐵路為主,原成蘭線川主寺至哈達(dá)鋪段的客流轉(zhuǎn)由本線承擔(dān),通過(guò)貨流轉(zhuǎn)由蘭渝線承擔(dān)。據(jù)此,本線的功能分工也發(fā)生了巨大變化,其與西寧至成都鐵路共同構(gòu)成西北與西南地區(qū)的客運(yùn)主通道,是國(guó)家高速鐵路網(wǎng)中蘭(西)廣通道的重要組成部分[2]，其中本線主要承擔(dān)甘肅省中西部金昌、武威、張掖及寧夏北部、蒙西地區(qū)與四川省中西部地區(qū)及以云南為主的西南地區(qū)間的旅客交流,兼顧蘭州與臨夏、甘南等少數(shù)民族地區(qū)的城際客流和沿線旅游客流,是一條以客運(yùn)為主并兼顧沿線輕快貨物運(yùn)輸?shù)碾p線國(guó)鐵干線[3]。

1 聯(lián)絡(luò)線方案簡(jiǎn)述

區(qū)域路網(wǎng)示意圖如圖1所示。由于功能定位的調(diào)整,故對(duì)本線運(yùn)量構(gòu)成重新進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè),并對(duì)線路方案進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后,研究年度客車對(duì)數(shù)由3對(duì)/日、6對(duì)/日、10對(duì)/日增加至32對(duì)/日、43對(duì)/日、53對(duì)/日,貨運(yùn)量由325萬(wàn)噸、750萬(wàn)噸、1 210萬(wàn)噸縮減至63萬(wàn)噸、91萬(wàn)噸、104萬(wàn)噸,接軌點(diǎn)由蘭青鐵路八盤(pán)峽站調(diào)整至蘭新鐵路西固城站。根據(jù)重新預(yù)測(cè)的客運(yùn)量,研究年度銀川、嘉峪關(guān)兩方向客車對(duì)數(shù)合計(jì)分別為12對(duì)/日、15對(duì)/日、16對(duì)/日,約占全線客運(yùn)量的1/3。為直接將本線與銀川、河西走廊方向連通,減少蘭州樞紐內(nèi)折角車流,提高運(yùn)輸質(zhì)量,應(yīng)同步建設(shè)本線與蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路的聯(lián)絡(luò)線?；诖吮尘?經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,最終確定采用于蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路西固黃河特大橋區(qū)間設(shè)線路所的接軌方案[4]。

圖1 區(qū)域路網(wǎng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the regional railway network

根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè),并結(jié)合蘭州樞紐內(nèi)各車站分工,聯(lián)絡(luò)線采用客車直通蘭州西站、貨車直通蘭州北的方案。聯(lián)絡(luò)線方案示意如圖2所示。聯(lián)絡(luò)線上、下行線分別自蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路西固黃河特大橋區(qū)間以18號(hào)道岔引出,接軌點(diǎn)處采用(16.2+4×32.7+16.2) m連續(xù)鋼箱梁替換既有5～32 m簡(jiǎn)支T梁,上行聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)4.12 km,下行聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)3.94 km。上行聯(lián)絡(luò)線沿既有蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路西側(cè)并占用南濱河西路東側(cè)輔道高架前行;下行聯(lián)絡(luò)線沿既有蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路東側(cè)、蘭新鐵路石崗站西側(cè)間的通道高架前行,為爭(zhēng)取高程采用30‰坡度以(3×30+2×35) m鋼箱梁上跨既有蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路,后與上行聯(lián)絡(luò)線并線;并線后以(72+120+72) m連續(xù)梁上跨西柳溝互通立交和既有蘭新鐵路,采用30‰坡度迅速降低高程并在柳泉隧道內(nèi)逐步分線;下行聯(lián)絡(luò)線于西固隧道進(jìn)口前路基段接入蘭合鐵路下行線,上行聯(lián)絡(luò)線采用2～50 m連續(xù)鋼箱梁配門(mén)式墩結(jié)構(gòu)相繼跨越蘭合鐵路下行線、改建蘭新鐵路下行線后于西固隧道外路基段接入蘭合鐵路上行線。

2 影響方案的主要控制因素

聯(lián)絡(luò)線接軌端場(chǎng)地局促,線路左側(cè)為蘭新鐵路北環(huán)線石崗站,蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路西固黃河特大橋緊鄰石崗站布設(shè),橋下為石崗站信號(hào)樓、貨運(yùn)辦公樓及工務(wù)工區(qū);線路右側(cè)為蘭州市供水集團(tuán)第一水廠(也是蘭州市岸門(mén)橋水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)陸域范圍),西柳溝立交右轉(zhuǎn)匝道及南濱河西路位于既有鐵路與水廠之間;線路南側(cè)為西柳溝立交橋(三層互通立交)、蘭新鐵路西固城牽引變電所。受上述因素限制,加之接軌點(diǎn)位于既有橋上,為盡量減少對(duì)既有鐵路和地面、地下構(gòu)筑物的影響,可供線路選擇的余地非常小,線路選線須克服各種不利條件,采用合理的工程設(shè)置方案予以解決。聯(lián)絡(luò)線周邊控制因素如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡(luò)線周邊控制因素示意圖Fig.3 Schematic diagram of controlling factors in the vicinity of the connection line

3 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

3.1 接軌點(diǎn)連續(xù)鋼箱梁換梁方案

技術(shù)難點(diǎn):西固黃河特大橋?yàn)殡p線高架橋,聯(lián)絡(luò)線于該橋第141號(hào)墩與第142號(hào)墩之間采用18號(hào)道岔接軌,該段位于直線上,上部結(jié)構(gòu)為32 m簡(jiǎn)支T梁。由于道岔區(qū)由雙線變?yōu)樗木€且不能設(shè)置梁縫,故需將道岔區(qū)影響范圍內(nèi)5孔簡(jiǎn)支T梁更換為(16.2+4×32.7+16.2) m等高變寬連續(xù)鋼箱梁。連續(xù)鋼箱梁采用整體橫移頂推方案,為盡量減小對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)的影響,避免與既有橋墩基礎(chǔ)產(chǎn)生干擾,新梁橋墩布置于既有橋跨中。由于該段橋址處場(chǎng)地局促,多條鐵路和公路交錯(cuò)布置,涉及征拆的范圍廣、數(shù)量多、周期長(zhǎng),且多線、多跨橋梁一次頂推換梁的施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大,對(duì)施工單位的施工組織能力和鄰近營(yíng)業(yè)線施工經(jīng)驗(yàn)的要求極高。故結(jié)合目前國(guó)內(nèi)橋梁施工實(shí)際,綜合考慮舊梁拆除、新梁項(xiàng)推、軌道鋪設(shè)、接觸網(wǎng)施工、四電過(guò)渡及調(diào)試等因素,對(duì)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)化,盡可能為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。

換梁施工方案:采用橫向水平頂推施工。換梁方案如圖4、圖5所示。先在既有橋梁跨中搭建新梁基礎(chǔ)及墩臺(tái);后在既有橋梁外側(cè)搭設(shè)制梁平臺(tái)焊接拼裝鋼箱梁,安裝軌道;待新梁基礎(chǔ)和墩臺(tái)施工完成后,搭設(shè)貝雷梁支架,安裝導(dǎo)向和滑移系統(tǒng);再通過(guò)液壓頂推橫移換梁,移出后的舊梁拖至既有鐵路外分段鑿除;最后調(diào)整新梁支座,接觸網(wǎng)掛網(wǎng)后恢復(fù)既有線路。

圖4 接軌點(diǎn)新梁頂推方案示意圖(單位:cm)Fig.4 Schematic diagram of the new beam jacking scheme at the junction site (unit:cm)

圖5 接軌點(diǎn)舊梁移出方案示意圖(單位:cm)Fig.5 Schematic diagram of the scheme for removing the old beam at the junction site (unit:cm)

換梁施工周期180 d，其中新梁橋墩及基礎(chǔ)施工90 d,搭設(shè)換梁貝雷梁支架及工作平臺(tái)20 d,焊接拼裝鋼箱梁及鋪設(shè)橋面混凝土板、防水層30 d,吊裝并鋪設(shè)鋼軌、軌枕及道岔各部件6 d,安裝接觸網(wǎng)支柱、腕臂裝置2 d,頂推橫移前準(zhǔn)備工作7 d,頂推橫移換梁及恢復(fù)線路5 d,拆除舊梁20 d。通信、信號(hào)、電力等在換梁周期內(nèi)提前完成設(shè)備安裝調(diào)試。

封鎖線路時(shí)間120 h,其中設(shè)置防護(hù)2 h,切割鋼軌、拆除舊橋面及接觸網(wǎng)支柱14 h,頂起舊梁鋪設(shè)滑道14 h,橫移舊梁至拆梁平臺(tái)16 h,頂推新梁到位16 h,頂起新梁、拆除滑道并落梁10 h,制梁檢查2 h,鋪?lái)恼?、軌道精調(diào)、無(wú)縫線路鋼軌焊接及應(yīng)力放散和鎖定24 h,接觸網(wǎng)掛網(wǎng)、石崗線路所、福利區(qū)車站、黃羊頭線路所信號(hào)全系統(tǒng)調(diào)試20 h,撤除防護(hù)、開(kāi)通線路2 h。封鎖施工前48 h開(kāi)始線路慢行,封鎖施工完畢后慢行72 h,慢行期間日夜限速45 km/h。

3.2 下行聯(lián)絡(luò)線跨蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路方案

技術(shù)難點(diǎn):下行聯(lián)絡(luò)線須跨越既有蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路,既有鐵路該段為雙線橋,橋?qū)?2 m,橋跨為32 m簡(jiǎn)支T梁,位于曲線上,既有鐵路與本線斜交角度為169°,既有橋軌底至本線軌底高度為15.96 m。由于交叉角度較小,且受凈空高度控制,采用常規(guī)跨度簡(jiǎn)支梁或連續(xù)梁無(wú)法跨越,故采用30 m簡(jiǎn)支鋼箱梁配門(mén)式墩形式跨越。

橋梁施工方案:27號(hào)墩蓋梁采用頂推滑移方法施工;28、29號(hào)墩蓋梁采用550 t履帶吊整體吊裝。施工方案如圖6、圖7所示。施工時(shí)上行線27～30號(hào)墩柱暫不施工,待下行線鋼蓋梁施工完成后再施工。28、29號(hào)墩蓋梁吊裝時(shí),先吊裝28號(hào)墩蓋梁,再施工29號(hào)墩身,之后再吊裝29號(hào)墩蓋梁。28號(hào)墩蓋梁吊裝時(shí)履帶吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑22 m,臂長(zhǎng)84 m,吊重221 t,大于蓋梁自重178 t;29號(hào)墩蓋梁吊裝時(shí)履帶吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑24 m,臂長(zhǎng)84 m,吊重220 t,大于蓋梁自重178 t。

圖6 27號(hào)墩蓋梁頂推方案示意圖(單位:cm)Fig.6 Schematic diagram of the capping beam jacking scheme on Pier 27 (unit:cm)

3.3 聯(lián)絡(luò)線跨西柳溝立交、蘭新鐵路方案

上、下行聯(lián)絡(luò)線并線后須跨越西柳溝立交和蘭新鐵路。西柳溝為三層互通式立交,該立交位于蘭州市西出口,連接西新線、西固西路、南山路和南濱河路4條城市主干路,起著溝通城市內(nèi)部路網(wǎng)和外圍公路網(wǎng)絡(luò)的作用,地理位置極為重要。立交范圍內(nèi)與蘭新線、北環(huán)線、西固環(huán)線形成三角疏解區(qū)。橋跨區(qū)蘭新下行線為路堤,上行線為橋梁。采用常規(guī)跨度橋梁無(wú)法跨越,故采用(72+120+72)m連續(xù)梁跨越。該橋下為西固城牽引變電所,無(wú)法避讓,須拆除進(jìn)行異地還建。受該處地形條件限制,主跨無(wú)法采用轉(zhuǎn)體施工,為保證連續(xù)梁懸澆施工期間下方道路通行安全,采用全封閉式掛籃施工。掛籃施工方案如圖8、圖9所示。

圖7 28、29號(hào)墩蓋梁吊裝方案示意圖(單位:cm)Fig.7 Schematic diagram of the capping beam liftingscheme on Pier 28 and 29 (unit:cm)

由于120 m連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)慣性力較大,導(dǎo)致傳統(tǒng)延性抗震設(shè)計(jì)方法很難滿足橋梁抗震性能需求[5],故采用液體黏滯阻尼器配合雙曲面球型支座的抗震設(shè)計(jì)新技術(shù)。該技術(shù)在液體黏滯阻尼器的減震作用下,固定墩所受地震力明顯減小,其余墩較均勻地分擔(dān)了地震荷載,墩身抗震性能充分發(fā)揮,且雙曲面球型支座具備一定的自復(fù)位功能,震后修復(fù)難度較低。同時(shí),將黏滯阻尼器按一定傾斜角度布置,可有效減少水平及豎向地震動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

圖8 封閉式掛籃施工方案立面圖Fig.8 Construction scheme elevation of enclosed hanging basket

圖9 封閉式掛籃施工方案橫斷面圖(單位:cm)Fig.9 Construction scheme cross section of enclosedhanging basket (unit:cm)

3.4 改移南濱河西路方案

受既有蘭新鐵路北環(huán)線、自來(lái)水廠、城市道路等地面構(gòu)筑物影響,上行聯(lián)絡(luò)線占用南濱河西路東側(cè)輔道,須對(duì)其進(jìn)行改移。道路改移方案為:將東側(cè)輔道改移至西側(cè),從而占用西側(cè)輔道,同時(shí)將西側(cè)輔道并行還建至水廠側(cè),為避免拆除蘭州市供水集團(tuán)第一水廠沉淀池,在水廠東南側(cè)沉淀池前局部280 m范圍內(nèi)將改移后的原東側(cè)輔道抬起設(shè)雙層框架橋,原西側(cè)輔道在其下方穿行敷設(shè)。在道路施工和聯(lián)絡(luò)線橋墩施工過(guò)程中,還需結(jié)合施工次序進(jìn)行必要的交通疏導(dǎo),以避免道路封鎖時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

3.5 大坡度段行車性能及電分相檢算

聯(lián)絡(luò)線為爭(zhēng)取凈空跨越蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路和西柳溝立交,自接軌點(diǎn)引出后采用30‰坡度足坡爬行[6],繼而采用870 m長(zhǎng)7.6‰緩坡設(shè)置電分相,后再采用30‰坡度迅速下降高程至西固隧道進(jìn)口前路基段與蘭合鐵路正線相接。大坡度段縱斷面如圖10所示。受立交條件及橋梁工程設(shè)置方案控制,線路坡度唯一,故在大坡度段需進(jìn)行牽引、制動(dòng)性能檢算;同時(shí),該處還需設(shè)置1處電分相,受縱斷面條件限制,電分相無(wú)法采用錨段關(guān)節(jié)式,只能采用器件式,故還需對(duì)過(guò)分相速度進(jìn)行檢算,以保證行車安全。

圖10 聯(lián)絡(luò)線采用大坡度段縱斷面示意圖Fig.10 Schematic diagram of the longitudinal section of the connection line at a large slope

行車性能檢算:聯(lián)絡(luò)線僅運(yùn)行包頭、銀川、張掖方向至成都、昆明、重慶方向的動(dòng)車組列車(無(wú)普速車)。聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)速度為80 km/h,按CRH5動(dòng)車組進(jìn)行檢算。從牽引性能分析,在30‰上坡地段坡頂速度為70 km/h和77 km/h;從制動(dòng)性能分析,在30‰下坡地段使用約65%電制動(dòng)力不需要施加空氣制動(dòng)力即可保證勻速運(yùn)行。因此,采用30‰最大坡度能滿足運(yùn)營(yíng)需求。

聯(lián)絡(luò)線電分相檢算:根據(jù)規(guī)范要求,電分相應(yīng)盡量避免設(shè)置在大坡道及列車出站加速區(qū)段和線路限速低速區(qū)段[7],受西固牽引變電所供電臂長(zhǎng)度控制,電分相僅能設(shè)置于870 m長(zhǎng)7.6‰緩坡地段。為保證行車安全,對(duì)錨段關(guān)節(jié)式電分相(長(zhǎng)度210 m)及器件式電分相(長(zhǎng)度30 m)進(jìn)行了模擬牽引計(jì)算。經(jīng)檢算,錨段關(guān)節(jié)式電分相,列車在分相前信號(hào)機(jī)起車,下行線在限速80 km/h、40 km/h條件下均無(wú)法通過(guò)分相,上行線在限速40 km/h條件下無(wú)法通過(guò)分相。而器件式電分相可滿足動(dòng)車組列車通過(guò)需求。

4 結(jié)論

由于蘭州至合作鐵路功能定位的調(diào)整,導(dǎo)致蘭州樞紐內(nèi)需修建蘭合鐵路與蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路聯(lián)絡(luò)線。受制于接軌點(diǎn)處場(chǎng)地局促、各類構(gòu)筑物分布密集的影響,聯(lián)絡(luò)線選線在貫徹環(huán)保理念、節(jié)省投資、降低施工及運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)的前提下[8],對(duì)工程設(shè)置方案的選擇難度極大。通過(guò)對(duì)接軌點(diǎn)處將既有雙線5～32 m簡(jiǎn)支T梁拆換為(16.2+4×32.7+16.2) m等高變寬雙線變四線連續(xù)鋼箱梁的橫向水平頂推施工方案、換梁周期和封鎖線路時(shí)間的研究,對(duì)既有蘭州至中川機(jī)場(chǎng)鐵路采用30 m簡(jiǎn)支鋼箱梁配門(mén)式墩跨越,并對(duì)27號(hào)墩蓋梁采用頂推滑移方法施工,28、29號(hào)墩蓋梁采用履帶吊整體吊裝施工方案的研究,對(duì)西柳溝立交和既有蘭新鐵路采用(72+120+72)m連續(xù)梁跨越,并采用封閉式掛籃施工方案的研究,對(duì)聯(lián)絡(luò)線占用既有南濱河西路而引起道路改移方案的研究,對(duì)大坡度段行車性能檢算和采用器件式電分相設(shè)置方案的研究進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,克服各種不利條件,提出了可實(shí)施性強(qiáng)并經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)解決方案,為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件。特別是接軌點(diǎn)處頂推換梁施工方案目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)類似跨度和多線路一次頂推到位的施工先例,該橋的建成也為今后類似項(xiàng)目的方案研究和施工提供了一定的借鑒作用。