濟南市齊魯大道跨京滬鐵路高架橋設計

朱建方，王建光，任 文，賈 棟

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東濟南 250101）

1 概述

鐵路是國民經濟的命脈，是國家交通運輸的重要組成部分，鐵路運輸的安全是鐵路工作的重中之重，一旦鐵路安全受到威脅，將會影響到整條鐵路的正常運行，造成重大損失。因此，鐵路方面在自身全面保證安全的同時，十分重視可能對鐵路造成影響的新建跨鐵路橋梁的建設，對橋梁的橋型、跨徑、材料、施工等嚴格審查，盡可能降低對鐵路的影響。因此，跨越鐵路部分的橋梁設計十分復雜，要通過各種措施確保鐵路的安全，除了保證工程竣工后的鐵路正常運營安全外，施工過程中的安全尤其重要。橋梁設計既要考慮既有鐵路的情況，同時要兼顧規劃鐵路，為鐵路發展預留空間。

隨著城市現代化建設的高度發展，城市高架橋的建設速度也越來越快，高架橋梁與既有鐵路之間的相交結構也相應的增多，特別是鐵路重點城市，原有的下穿鐵路交通已遠遠滿足不了城市快速發展的要求，尤其是近幾年來，全國各大城市的下穿鐵路橋汛期排水問題日益突出。隨著鐵路的全面提速，較多的鐵路干線已改建成電氣化鐵路，對上跨高架的設計、施工影響較大，跨鐵路高架的設計要求也越來越高。

下文以工程實例，具體闡述跨鐵路高架橋設計的方法。

2 工程概況

（1）規劃概況

濟南市齊魯大道是連接濱河新區與主城區、西客站片區的重要交通主干道。根據總體設計，齊魯大道穿越京滬鐵路節點采用高架橋方式跨越京滬電氣化鐵路，為重要的跨鐵路結構工程，該處鐵路為全國重要的鐵路命脈、電氣化繁忙干線鐵路，對在其上施工的結構工程要求極高。

高架橋南起德州路，經清源路、濱河南路、濱河北路、京滬鐵路至濟齊路落地，跨越小清河、南太平河兩條現狀河流及南水北調暗涵，全長1 187 m，設計速度60 km/h，雙向六車道，橋梁總寬29 m，見圖1。

（2）現狀概況

齊魯大道高架與京滬鐵路線相交處交點里程為京滬三線K472+225.80，鐵路為北京至上海的京滬鐵路，走向為東西走向，共2股道，道路與京滬三線夾角為87.27°。京滬三、四線均位于曲線上，曲線半徑R=4 000 m。鐵路路基高度約3.0 m，鐵路線間距4.13 m。鐵路兩側有電氣化接觸網，南側為電力的貫通線。現狀鐵路南側125 m為小清河，北側85 m為南太平河，小清河南、北兩岸為新建的濱河南路及濱河北路現狀路，國家重點工程的南水北調輸水暗涵位于小清河與濱河北路之間；與鐵路交叉點處上方有電力高壓線跨越。

（3）結構凈空

根據鐵路部門規劃及現場實測數據，跨鐵路橋孔橋下所對應的接觸網跨間既有接觸網最高帶電體距軌面得高度為8.0 m，綜合考慮安全高度、施工防護高度及預留京滬線抬道高度等因素，結構凈空選擇采用8.7 m。城市道路機動車道凈空不小于4.5 m。

3 總體設計原則及設計理念

（1）總體設計原則

a.安全性原則：設計方案綜合考慮工程安全、施工安全、行車安全、交通參與者安全，消除安全隱患，最大程度上減少施工及后期運營過程中對鐵路的影響。

b.服務社會原則：設計功能滿足交通功能需求，為交通出行者提供便捷、安全、通暢的環境，服務于社會發展和人民的生產、生活。

c.標準化原則：橋梁設計考慮施工的可實施性，采用技術成熟、合理的施工方法，結構型式盡量模數化、標準化，且可機械化施工，縮短施工周期，降低工程造價。

（2）設計理念

安全舒適、環境融合、資源節約。

4 跨京滬鐵路高架橋總體設計方案

（1）齊魯大道跨京滬鐵路橋引橋段跨越節點多，總體布置要綜合考慮鐵路交通系統、地面道路交通系統、排水及設施管線系統的影響。重點對3處節點進行深化。

a.跨鐵路節點：采用一跨35 m簡支梁，橋墩設置蓋梁與相鄰引橋段共用。

b.跨小清河、南水北調輸水暗涵節點：采用一聯34 m+45 m+45 m+34 m變截面預應力混凝土連續箱梁。該聯跨徑的布置綜合考慮了橋下小清河河道的景觀、已建小清河地面輔道橋的跨徑布置、濱河北路南側南水北調輸水暗涵、濱河南路及濱河北路的地面交通。

c.跨清源路節點：根據交叉口管線物探資料，路口北側及南側現狀分別有一2 m、5 m寬東西向電力溝，為避免破壞已經投入運行的電力設施，結合地面交叉口的交通渠化設計，本處采用跨徑組合為30 m+35 m+30 m預應力混凝土連續箱梁。

其余位置標準跨徑為30m，高架橋總長866m，南引道長148 m，北引道長173 m，見圖2。

（2）跨線橋橫斷面設計

根據規劃，齊魯大道跨鐵路位置為雙向6車道，兩側各設2 m寬的人行道，跨線橋橋梁總寬29 m，見圖3。

鑒于橋梁寬度大，下部結構布設考慮如下兩個方案。

單幅橋三柱方案：橋下視覺通透較開闊，結構整體穩定性較好，橫梁不需設置預應力，橫梁梁高比雙柱方案小，道路縱斷面線型最優，施工時僅張拉縱向預應力鋼束，施工周期短，節約工程造價。

單幅橋雙柱方案：橋面較寬，結構整體穩定性不易控制，橋梁結構受橫向控制，梁高高度需比三柱方案增大0.4 m，跨線橋縱坡局部需加大至4.5%，線型較差，且橫梁須設置預應力，經計算雙柱間距為15 m時橫梁配束最優，需14束Φ15.2-17鋼束，施工時需縱、橫梁鋼束交替張拉，施工周期增長、造價較高。

高架橋橫斷面方案比選見圖4。

推薦采用單幅橋三柱方案。

4 跨京滬鐵路節點設計

4.1 跨鐵路結構方案比選

根據橋梁結構設計經驗，跨鐵路節點35 m跨徑可采用簡支結構，滿足鐵路部門要求的快速、經濟、安全的結構特性，進一步考慮結構鐵路的安全要求和施工要求，為避免與鐵路電氣化接觸網相互影響，可選擇采用預制結構，根據經驗，該跨徑中可選擇的結構形式有多種，如預應力簡支“T”型梁結構、簡支鋼箱梁結構及預應力簡支箱形梁結構，本文提出兩種方案進行比選。

（1）方案一：后張預應力混凝土小箱梁

小箱梁設計高2.0 m，全橋共設計10片小箱梁，每片寬2.4 m，相鄰兩箱之間通過濕接縫連接，濕接縫共計9道。每片箱梁僅需設3塊現澆橫隔板，全橋共需30塊，見圖5。

（2）方案二：主梁結構采用鋼—混凝土疊合梁

鋼—混凝土疊合梁設計高1.8 m，全橋共設計7片鋼箱梁，每片鋼箱梁梁寬2.5 m，重約80 t，相鄰兩箱之間凈距1.8 m，通過橫向連接鋼板鉚接及焊接，見圖6。

（3）方案比選

a.方案一：后張預應力混凝土小箱梁

優點：預制小箱梁具有跨徑大，可靠度高且無需搭設臨時支架的特點。小箱梁安裝完成進行濕接后，即可進行橋面鋪裝層及附屬設施的施工。施工對鐵路影響小，后期運營維護成本低，工程造價低。

缺點：單片箱梁重約130 t，吊裝重量較鋼箱梁大；梁體吊裝片數較多，安裝周期長。

b.方案二：鋼—混凝土疊合梁

優點：采用鋼－混凝土組合箱型截面，能夠充分發揮混凝土材料抗壓及鋼結構的抗拉性能。結構自重較輕，吊裝較方便。

缺點：鋼箱梁需在工廠內進行加工，現場拼接吊裝；開口鋼箱梁截面頂板混凝土先預制后澆筑。

施工對鐵路影響大；鋼箱梁橫向需進行鉚接及焊接，箱梁頂部多處焊接剪力釘，混凝土預制板需進行濕接。鋼構件的焊接、鉚接操作以及橋面預制板的濕接操作，均需要現場綁扎鋼筋、支模板、澆注混凝土，焊接構件越多，對列車運營影響就越大。

鋼梁的防腐及耐久性是一個世界性的課題，橋梁在建成運營后，需要長期的防腐維護操作，對鐵路的交通影響大，后期運營維護成本高。

經綜合比較分析，推薦跨鐵路橋位置方案采用造價較低的后張預應力混凝土小箱梁方案。

4.2 施工方案

預應力混凝土箱梁結構的施工，可采用預制吊裝法施工，由于受京滬鐵路電氣化、梁長及周圍環境的限制，采用吊機施工有較大難度和風險，為確保施工時對鐵路影響降低到最小，選擇采用架橋機進行安裝施工。

跨鐵路橋下部結構施工時，必須先做好防護，必要情況下采用拉森IV型鋼板樁對承臺開挖面進行加固，起到對鐵路路基的防護作用。避免對既有鐵路路基造成影響。

4.3 成橋后保護措施

跨鐵路橋的設計，必須考慮橋梁建成后對鐵路的影響，應采用有效措施，確保橋下鐵路運營的安全。

（1）防拋網設置

成橋后，跨鐵路范圍及相鄰連續梁橋邊跨欄桿上設置防拋網，防拋網高度需達到2.8 m，防止運營階段橋面上有物品拋入。

（2）全橋接地

整個高架橋采用預應力混凝土結構，跨鐵路位置梁底距電氣化接觸網比較接近，會存在較大的感應電流，因此必須把上部結構鋼筋連接成一體，連接至接地極，使其滿足電阻小于4Ω要求。

5 跨鐵路橋設計要點總結

（1）橋梁跨徑選擇注意事項

橋梁跨徑的選擇要根據鐵路軌道實際情況來確定，最好選擇大跨度橋梁一跨跨越，橋梁墩位與軌道的安全距離需要根據軌道性質、橋梁形式、施工方法等多方面因素來確定。在橋梁施工過程中，設計上還必須根據上、下部結構的施工工藝，預留施工時的機具和支架等的位置，以保證施工安全。

跨越處于彎道上的鐵路，橋梁修建后的墩位應保證鐵路機車具有安全瞭望距離和安全制動距離，距離的長短根據鐵路機車運行的速度確定。因此，處于鐵路內弧側的橋梁墩位應盡可能遠離鐵路。

（2）新建橋梁要與周邊環境協調。

緊鄰既有橋梁等構筑物的跨鐵路橋梁設計較復雜，除滿足鐵路的各種要求外，還要在跨徑、高程上盡量和既有構筑物保持協調統一，為橋下鐵路預留發展空間，鐵路范圍內橋梁新建墩柱位置要根據既有鐵路分布情況和地形確定，且兼顧與原橋墩柱的對齊、協調。

當橋梁與鐵路既有構筑物比較近時，新建基礎邊緣距離原有建筑要盡量遠，垂直距離保持2 m以上，保證構筑物在施工及后期使用上的安全。

（3）施工工藝要成熟、可靠

修建跨鐵路橋梁，鐵路不能中斷行車，因此施工的安全性是最重要的。鐵路安全一旦出現問題，將影響整個鐵路大動脈的正常運轉。特別是跨越鐵路重要干線，可行的鐵路施工方案制約橋型的選擇。一般情況下，要選擇安全快捷的施工方案。

由于現澆結構需要在鐵路上方搭設支撐，鐵路上面施工時間要長達數月，對鐵路的影響在此時間段內長期存在，再加上凈空等因素，很難達到鐵路的滿意度。預制混凝土結構小箱梁或板梁，一般采用吊機或架橋機架梁，架梁時間短，對鐵路影響比較小，對于較小跨徑采用比較多。而大跨度梁的施工，要首先確定臨時墩位置和鐵路的給點時間，根據過鐵路施工的最短時間選擇施工方案。

6 結語

本文以濟南市齊魯大道跨京滬電氣化鐵路工程設計實例，闡述了在跨越鐵路的結構設計中，應注意的跨徑、凈空、結構形式等因素，選擇最佳的結構形式，以滿足鐵路部門的要求，減少施工時對鐵路的影響，保障鐵路后期運營的安全。結合工程經驗，總結了設計與施工方案緊密結合的思路，并提出跨鐵路設計、施工時的注意事項，為同類工程提供經驗。

[1]吳云.天津市中心城區快速路工程跨鐵路橋梁設計特點[J].城市道橋與防洪,2007(9):28-30.

[2]鐵路技術管理規程[S].北京:中華人民共和國鐵道部,2007.

[3]谷國宏.石家莊跨電氣化鐵路橋梁設計 [J].城市道橋與防洪,2007(9):35-39.