廊坊光明道立交上跨高鐵橋梁方案研究與設計

龐元志

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

我國已成為目前世界領先的大跨度橋梁設計和建設國家，國內學者針對大跨度橋梁設計的研究主要集中在以下兩類：

一類是大跨度橋梁的設計要點和優化策略。林元培[1]總結分析了9種橋型設計，并從材料、結構、施工工藝以及大跨度的推進和美學等方面對其發展方向進行了探討；詹建輝等[2]為優化大跨度組合梁斜拉橋的結構性能，從主梁的斷面型式、主梁參數、橋塔高度等角度進行了對比分析；任征[3]以福廈高鐵烏龍江特大橋為例(國內首次設計高速鐵路大跨度四線鐵路高低塔混合梁斜拉橋)，總結了超大跨度斜拉橋設計應考慮的因素，并對其設計思路、方法等進行了總結，提出了大跨度橋梁在橋塔塔形、剛度、塔高匹配等方面的優化策略。

另一類是大跨度橋梁施工的關鍵技術。周勇政等[4]立足我國高速鐵路橋梁建設，分析大跨度混凝土梁式橋的設計參數以及大跨度上承式拱橋的結構形式、施工方法等關鍵技術；宋子威[5]在總結分析已建斜拉橋基礎上，結合福平鐵路烏龍江特大橋主橋部分，對支承體系、斜拉索加勁效果、合理邊中跨比等關鍵技術進行了分析研究；趙會東[6]提出了連續梁(剛構)—拱橋、部分斜拉橋的理論極限跨徑，并給出工程實用極限跨徑的建議值；劉彥明[7]以國內首次采用新型拱橋結構的哈爾濱—大連高速鐵路跨越長春市富民大街設計為背景，對其關鍵技術實體圓鋼吊桿的連接，以及拱腳的合理構造和局部應力、車橋耦合動力效應等進行了分析研究；鐘繼衛等[8]對大跨度橋的結構受力性能進行了實時監測，建立了施工過程基礎數據采集和監測系統，實現實時在線的橋梁施工監測，并驗證了監測系統的有效性及實用性；單德山等[9]以瀘州泰安長江大橋為例，提出了大跨度斜拉橋人工管養和健康監測系統相融合的新型管養方式。

1 工程概況

光明道為廊坊市城區東西向中軸線，由于京滬鐵路及京滬高鐵對城區的劃分，使整個廊坊市區一分為二，光明道也被分割為光明西道和光明東道兩部分。

光明道與京滬高鐵和既有京滬鐵路斜交，斜交角度分別為32.9°和31.4°。京滬高鐵四股道，路基段，交點處位于京滬鐵路廊坊站站臺；既有京滬鐵路六股道，路基段，電氣化鐵路(均為硬橫梁)，鋼筋混凝土枕，60 kg/m鋼軌。

此外，在工程建設條件方面，工程區地層巖性主要為第四系人工堆積層填筑土，第四系全新統新近沉積層淤泥質粉質黏土、粉質黏土及粉土，第四系全新統沖積層粉質黏土、粉土、粉砂，第四系上更新統沖積層粉質黏土、粉土、粉砂、細砂。

同時，根據場區內地層巖性組合及地下水賦存條件，地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水，主要含水層為粉土、粉砂，水量受季節影響大，主要受大氣降水的補給，水量豐富，滲透性較好。勘察期間水位埋深約1.8～3.7 m，水位高程約8.38～10.51 m，水位年變化幅度1～3 m。

2 橋梁設計關鍵技術

2.1 結構形式的選取

廊坊光明道立交橋跨越鐵路股道數多(含規劃有14條)，且與鐵路斜交角度小，僅為31.4°。由于鐵路線間距較小，線間無法設置橋墩，跨越鐵路最小主跨為248 m。考慮采用大跨橋梁結構，可以選取的橋型有懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續鋼桁梁[10,11]，橋型方案如圖1所示。

圖1 橋型方案

(1)對于斜拉及懸索方案，因均需設置橋塔及拉索結構，橋塔施工時靠近京滬高鐵，施工高度高，施工及后期維修養護對高鐵運營存在較大的安全風險，橋墩距離京滬高速鐵路最小距離22 m。根據北京鐵路局京鐵師[2016]408號文《營業線施工安全管理實施細則》第五十五條，橋塔施工需要B類施工，而京滬高鐵列車行車密度大，白天列車間隔時間很短，白天B類施工無法實施，只能夜間施工，工期無形加長1 a之久，無法滿足建設單位需求。同時，斜拉橋方案轉體單墩重量達4萬t，對京滬高鐵沉降影響遠超過2 mm，不能夠滿足高鐵工務段及規范的相關要求。

(2)考慮到橋下鐵路列車運營的安全，道路在上跨鐵路時，不宜采用長時間中斷鐵路行車的施工方案，故該段不宜采用掛籃或滿堂支架現澆施工，采用對鐵路干擾較少的轉體法、頂推法較為可行。采用頂推施工，線間需設置臨時墩，且頂進距離長，向鐵路要點時間多；若采用轉體施工，線間不需設置臨時墩，且轉體角度小，向鐵路要點時間少。考慮橋下京滬高鐵運營安全的重要性，主橋采用對高鐵運營影響最小的轉體法施工。

(3)對于拱橋方案，由于距橋址700 m處的“銀河大橋”采用拱橋形式，從景觀性上考慮，應盡量避免在同一地點采用相同的橋型；另該橋式很難采用對鐵路運營影響較小的轉體施工，因此本次研究未考慮拱橋方案。

(4)鋼結構梁式橋重量輕，轉體重量僅1.6萬t，對高鐵沉降影響小，上加勁弦體系更有利于長懸臂轉體施工。成橋后，梁底距離京滬高鐵接觸網桿頂3.3 m，滿足接觸網最小3 m的養護維修空間要求。

運用苗頭預測法是目前解決勞動爭議糾紛的一種非常重要、有效的方法。由于我國用人單位利益和要求日趨多元化，使得我國目前勞資糾紛表現為易激化的特點。糾紛不斷增多，新的、復雜的糾紛不斷出現，有些糾紛極易出現反復，難以調解。成功地運用苗頭預測法能夠主動地掌握這些糾紛的發展態勢，面對可能發生的復雜情況可以及時采取措施并解決，從而預防復雜、激化、嚴重態勢的發生。

結合施工方法，并綜合考慮轉體重量、結構剛度、橋面高度、對京滬高鐵的影響等因素，本橋推薦采用鋼桁梁方案，如圖2所示。

圖2 橋型布置(單位：m)

2.2 施工方案制定

主橋為跨越京滬高鐵和京滬鐵路橋梁，為了盡量少的影響鐵路線正常運營，橋梁的施工方法成為本橋設計所必須注意的一個重點。結合橋位處現場實際情況及鄰近鐵路施工管理辦法，本橋高鐵側拼梁位置向遠離高鐵側預偏15 m，達到主桁拼裝不需要B類施工的要求，拼裝到位后，將高鐵側鋼梁向主墩側橫推15 m，然后進行鋼桁梁轉體。橋梁轉體系統由轉體球鉸及輔助支撐系統組成，轉體球鉸為橋梁轉體中心，輔助支撐系統設置弧形軌道梁。轉體球鉸和輔助支撐系統同時承力，承擔梁體的載荷[12-14]。

為了保證高鐵安全，合龍段盡量避開高速鐵路，本橋采用非對稱轉體方案，高鐵側和西牽出線側的拼裝長度分別為(118+138.5)m、(129.5+118)m。鋼梁轉體以及牽引系統位于主墩上承臺底，轉體過程在邊跨側距離主墩5個節間節點位置設轉體輔助墩和輔助滑道系統。普鐵側鋼桁梁逆時針轉體29.0°至設計位置，轉體噸位約16 000 t；高鐵側鋼桁梁逆時針轉體33.4°至設計位置，轉體噸位約16 000 t。在跨中合龍前，調整橋梁線形，按照合龍方案進行跨中合龍，轉體總時間約95 min。轉體平面位置關系如圖3所示。

圖3 轉體平面位置關系

2.3 臨近高鐵深基坑設計

基坑開挖深度約8.8 m，17號主墩(高鐵側)墩高16.5 m，樁長85 m。墩身邊緣距既有京滬高鐵四道線中心最小距離為22.4 m；承臺邊緣距京滬高鐵用地界最小距離為6.5 m，距京滬高鐵路基坡腳線最小距離為17.1 m；止水帷幕距京滬高鐵四道線路中心線18.6 m。臨近高鐵基坑設計采用止水帷幕使基坑開挖時處于全封閉狀態，四周地下水和基底地下水均無法進入基坑，排水范圍只是局限在圍堰內部地下水，嚴格保證京滬鐵路和京滬高鐵地下水位的穩定，確保不會因為施工給鐵路運營帶來影響。

2.4 鐵路上方合龍設計

合龍段設置在京滬鐵路上方，跨中鋼橋面連續焊接時間要求較長，不具備要點施工條件。主桁弦桿合龍采用要點施工，橋面板合龍采用全封閉防護施工。轉體到位、主梁調整至合龍狀態后，先進行主桁合龍螺栓拼裝，然后安裝合龍防護小車軌道。采用全封閉防護小車進行2 m合龍段橋面板焊接施工。合龍段防護小車為合龍段的施工提供施工平臺。施工平臺采用懸掛式吊車方案，即驅動機構通過鋼輪倒置于H型鋼軌道上。施工平臺主要由桁架[15]、行走機構和電氣系統等組成。桁架主要承受自重、檢修人員和維護檢查器具物品等載荷。防護小車結構如圖4所示，施工平臺在橋梁合龍前，懸掛在軌道上，隨橋梁一起旋轉，待兩段鋼梁旋轉到位后，施工人員首先通過吊籠將合龍段軌道連接好，然后施工平臺自力運行到位，制動器自動制動，手動制動器制動，然后安裝好施工平臺安全鎖固銷軸、臨時限位擋塊，兩側爬梯與鋼梁焊接。

圖4 鋼梁合龍用防護小車

3 高鐵防護設計

3.1 高鐵防異物侵限設計

按“關于印發《高速鐵路防災安全監控系統——公跨鐵立交橋異物侵限監測方案》的通知”，為確保高速鐵路行車安全，在橋梁兩側安裝異物侵限裝置，監測機動車、大型貨物因故越過欄桿、護網而侵入鐵路限界[16]；兩側異物侵限裝置各設置91 m長范圍，設計中考慮在此范圍內按文件要求預留裝置接口。防異物侵限系統包括鐵路局中心系統、現場監測設備及系統網絡等。異物侵限現場監測裝置采用雙電網傳感器，設置于上跨鐵路的道路橋梁兩側。

3.2 防拋網設計

《鐵路工程設計防火規范》(TB 10063-2007)第6.4.3條對上跨鐵路立交橋防拋網的規定：公路、道路上跨鐵路的立交橋或人行天橋，應在橋梁外側防撞墻欄桿上設置防護網。路堤地段防護網范圍延至距最外鐵路線路6.0 m以外。

與鐵路貼鄰的立交橋或人行天橋，應在橋梁的鐵路側設置防護網。鐵路站場范圍的天橋，防護網應延至橋下。防護網的高度不應小于2.2 m，網眼不應大于0.25 cm2。

3.3 橋梁防撞設計

根據《高速鐵路設計規范》(TB 10621-2014)的規定，主橋采用兩道防護，內側為SX級防護欄，護欄高1.4 m，外側為HA級防護欄，護欄高1.3 m，防護欄外側設0.75 m檢修通道以及0.25 m監測網[14],防撞設計如圖5所示。

圖5 跨越高鐵防撞設計斷面(單位:cm)

4 主橋施工及運營階段對高鐵路基變形的影響分析

根據《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》(鐵運[2012]83號)規定，250(不含)～350 km/h線路軌道靜態幾何尺寸，高低和軌向偏差為10 m及以下弦測的最大矢度值為2 mm。如圖6所示建立有限元模型，主橋施工過程中對京滬高鐵路基變形的影響較小，路基豎向位移最大值為1.8 mm，水平位移最大值1.26 mm，京滬高鐵沉降曲線如圖7所示，滿足規范要求。

圖6 臨近高鐵施工全過程分析有限元模型

圖7 京滬高鐵四道沉降曲線

5 結束語

實踐結果表明本文所提方法能夠滿足設計、施工和運營安全要求。