濟南市開源路公跨鐵立交橋方案研究

周國鋒

(中國鐵路濟南局集團有限公司，山東濟南 250001)

近年來，隨著道路交通建設的快速發展，新建公路、市政道路與鐵路交叉的項目逐年增多，此類項目的實施會對鐵路的運營安全造成較大挑戰。因此，在項目方案研究階段，應把保證鐵路運營安全放在重要位置，在此前提下，再確定合理、可行的橋梁方案。已有許多學者進行了相關研究，周繼等對鄭州市農業路快速通道工程上跨鄭州北鐵路編組站及京廣鐵路進行進行研究，從鐵路安全、技術、工期、經濟等方面進行分析比較，最終推選了(126+200+126) m雙塔斜拉橋方案[1]。魏毅強對保阜高速公路跨京廣鐵路的轉體T構、獨塔單索面斜拉橋、T梁3個方案進行研究比選，認為轉體T構方案對鐵路影響最小[2]。郭春榮對鄭州市中心區鐵路跨線橋的(106+248+106) m雙塔單索面斜拉橋的施工方案進行分析比較，根據與鐵路距離不同，認為可采用支架現澆、掛籃澆筑、轉體施工3種不同的施工方案[3]。

以下參考前人的對比分析方法，對濟南市開源路上跨膠濟客專、膠濟鐵路立交橋的橋梁方案進行研究，從橋梁跨度、結構體系、施工方案、施工風險、橋梁景觀等方面對橋梁方案進行比選，并進一步考慮橋梁后續運營、養護對鐵路運營的影響，將立交橋全壽命周期內對鐵路運營的影響降到最低[4]。

1 工程概況

濟南市開源路道路工程北起工業北路，南至涵源大街，全長約2.67 km，為濟南東部南北向的次干道，自南向北串聯高新區、盛福片區、新東站片區等。開源路的建設，將打通該片區鐵路阻隔，優化城市干路網體系，拓展城市發展空間，有利于發揮新東站城市次中心作用。

2 建設條件

2.1 橋位處鐵路現狀及規劃

濟南市開源路跨越鐵路橋位處鐵路現狀及道路規劃如圖1。

圖1 開源路跨越鐵路處平面

(1)膠濟客專

交叉處位于章丘至濟南東區間，道路中心線與鐵路下行線夾角為80.62°，運營速度為200 km/h，雙線，途經列車86.5對/d，按高速鐵路管理。

(2) 膠濟鐵路

交叉處位于歷城站內西咽喉，道路中心線與鐵路中心線夾角為83.73°，正線速度為120 km/h，7股線路，途經列車72對/d，按普速鐵路管理。

(3)軌道交通

在建軌道交通R2線為雙線，以及姜家莊停車場兩股出入場線。

(4) 規劃黃臺南路

黃臺南路規劃建筑紅線寬50 m。

2.2 建設標準

(1)道路等級：城市次干路。

(2)設計速度：50 km/h。

(3)車道寬度：2×11 m。

(4)車道布置：雙向六車道。

(5)設計荷載：主橋采用城-A級的1.3倍[4]。

(6)抗震設防烈度：7度(0.10g)。

3 總體方案

膠濟客專按高速鐵路管理，根據國家鐵路集團有限公司和中國鐵路濟南局集團有限公司相關規定[5-6]，在無砟軌道區段的路基和有可能破壞地基加固效果的有砟軌道區段禁止框架頂進、管涵下穿。因此，只能選擇上跨鐵路方案，為減小對鐵路運輸的影響，應優先選擇轉體施工方案。

3.1 橋下凈空

本項目位于鐵路道岔區，接觸網立柱不具備遷改的條件，故橋梁底面距離接觸網立柱頂應大于5 m[7]，則梁底至軌頂凈高H≥15.35 m=10.35 m(支柱高度)+5 m(安全距離)。

3.2 橋面布置

跨越膠濟客專立交橋應設兩道防撞墻(內側SX級防撞墻、外側SS級防撞墻)，兩道護欄之間應設不小1.5 m的防撞緩沖帶，并在最外側設異物監測系統。本項目橋面兩側設置了3.5 m寬的非機動車道、人行道，該空間可以兼作防撞緩沖帶。

4 橋梁設計方案

跨越鐵路立交橋應滿足鐵路部門相關要求，橋墩承臺外緣與鐵路路基坡腳、接觸網回流線應有一定的安全距離。因股道之間沒有橋墩施工條件，需要橋梁跨度較大，轉體T型剛構橋及轉體連續梁橋難以滿足本項目跨徑要求[8]，因此，主要研究了3種轉體斜拉橋方案：①轉體雙塔斜拉橋；②轉體矮塔斜拉橋；③轉體獨塔斜拉橋。

4.1 轉體雙塔斜拉橋

雙塔單索面斜拉橋跨徑組合為(31+78+181+78+31) m，采用塔墩固結、塔梁分離的半漂浮結構體系[9]，在塔墩主梁下設置承載力為20MN的豎向支座，立面布置見圖2。

圖2 雙塔斜拉橋方案(單位：m)

(1)主梁

主梁采用C55混凝土，橫斷面為等高魚腹式箱梁，中央索梁錨固位置設兩道直立腹板，梁高3.6 m，頂板寬37.2 m，底板寬12.5 m，兩側懸臂長5 m(如圖3)。

圖3 主梁橫斷面(單位：cm)

(2)橋塔

橋塔采用“人”形結構，為矩形空心截面，塔柱橫向寬3.4 m，順橋向在下塔墩至主梁橋面以上15 m位置處設置6～12 m的變化段，塔柱全高(梁頂面至塔頂)為50 m。斜拉索對稱錨固于橋塔內混凝土齒塊上，為了承受斜拉索巨大的拉力，塔柱斜拉索錨固區設計為預應力混凝土構件。

(3)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔布置19對拉索(共152根拉索)，橋塔上索距為2 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(轉體噸位260MN)、主墩。②爬模法施工主塔[10]，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側各89 m主梁，轉體段總長178 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監測基礎、并安裝防拋網。④利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

4.2 轉體矮塔斜拉橋

采用單索面矮塔斜拉橋[11]，跨徑組合為(90+170+90) m，采用塔梁固結、塔墩分離的半漂浮結構體系[12]，主墩上需設置大噸位支座，單個支座噸位100MN，立面布置如圖4。

圖4 矮塔斜拉橋方案(單位：m)

(1)主梁

主梁為采用C55混凝土，主截面為變高度箱梁，中支點梁高為5.5 m，邊支點梁高為3.3 m，頂板寬37.2 m，底板寬18.36 m，兩側懸臂長度為8 m(如圖5)。

圖5 主梁橫斷面(單位：cm)

(2)橋塔

該橋橋塔采用“一”形結構，為矩形實心截面，主塔橫向寬2.5 m，順橋向寬5 m，主塔高度(梁頂面至塔頂)為24.5 m。

(3)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔布置13對拉索(共52根拉索)，橋塔上索距為0.8 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(4)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(轉體噸位300MN)、主墩。②爬模法施工主塔，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側各84 m，轉體段總長168 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監測基礎、并安裝防拋網。④利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

4.3 轉體獨塔斜拉橋

采用獨塔單索面斜拉橋[13]，跨徑組合為(33+98+151) m，為非對稱獨塔雙索面斜拉橋[14]，采用墩、梁、塔固結的剛構體系[15]，立面布置如圖6。

圖6 獨塔斜拉橋方案(單位：m)

(5)主梁

主梁采用C55混凝土，橫斷面為等高魚腹式箱梁，中央索梁錨固位置設兩道直立腹板，梁高為3.6 m，頂板寬37.2 m，底板寬12.5 m，兩側懸臂寬5 m(如圖7)。

(6)橋塔

該橋橋塔采用“一”形結構，為矩形空心截面，塔柱橫橋向寬度為3.4 m，順橋向寬度為7 m。塔柱全高(梁頂面至塔頂)70.0 m。斜拉索對稱錨固于橋塔內混凝土齒塊上，為了承受斜拉索巨大的拉力，塔柱斜拉索錨固區設計為預應力混凝土構件[12]。

圖7 主梁橫斷面(單位：cm)

(7)斜拉索

斜拉索為雙排扇形布置，每個橋塔設置20對索(共80根索)，橋塔上索距為2 m，主梁上索距為4 m，在橋塔內部張拉斜拉索。

(8)施工方案

①基坑開挖前施工防護樁防護鐵路路基，然后依次施工基礎、承臺、轉體系統(轉體噸位380 MN)、主墩。②爬模法施工主塔，順鐵路方向滿堂支架法施工主墩兩側118.7 m(邊跨)、141.8 m(中跨)主梁，轉體段總長260.5 m。③施工轉體段外側防撞墻、異物監測基礎、并安裝防拋網。④由于主墩兩側轉體段長度不相等，需在邊跨側配重[16]，滿足要求后利用鐵路天窗點轉體就位。⑤利用鐵路天窗點施工合龍段。⑥施工橋梁鋪裝、附屬設施。

5 橋梁方案比選

3種轉體斜拉橋方案的施工、運營、養護階段的比選見表1。

表1 三種橋梁方案比較

經綜合比較，(31+78+181+78+31) m雙塔斜拉橋方案采用兩側對稱平衡轉體施工，雖經濟性略差，但轉體段長度小、轉體噸位小；主墩支座噸位小，后續運營更換支座及斜拉索難度小，施工對鐵路運營的影響小；截面高度相等，橋梁景觀效果好，故推薦該方案。

6 結語

濟南市開源路跨越膠濟客專、膠濟鐵路，因鐵路等級高、鐵路股道多且位于膠濟鐵路歷城站西咽喉區，橋梁跨度較大，常規的轉體T型剛構、轉體連續梁難以滿足要求。因此，在方案研究階段，提出雙塔斜拉橋、矮塔斜拉橋、獨塔斜拉橋3個轉體斜拉橋方案，并對各個方案進行深入研究比選，最終選擇了對鐵路影響最小的雙塔斜拉橋方案。該方案可降低橋梁施工、運營、養護對鐵路的影響，確保鐵路運輸安全。