濰坊跨座式單軌線路與既有鐵路交叉方案研究

程 遠 吳迎辰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

1.1 項目概況

跨座式單軌是一種城市軌道交通制式,以高架敷設為主,具有爬坡大、轉彎半徑小、地形適應能力強和占地少等優點,具有良好的經濟性和環境適應性,適合中等規模城市交通發展需求[1-2]。

國內眾多學者對城市軌道交通選線進行研究。管靖利用多因素綜合比選的方法,提出多項線路走向比選的影響因素[3];夏志新等剖析高架線路對城市景觀的影響,提出與城市景觀協調統一的設計理念和建設原則[4];羅勁文結合西安市跨座式單軌旅游示范線,探討了跨座式單軌交通線路方案選擇原則,從工程投資、工程實施難度、文物保護遺址的干擾、吸引客流等方面對局部線路方案進行全面分析、綜合比選[5];呂昌明利用經驗總結方法,研究重慶單軌線路設計的經驗教訓[6];趙曉娟等采用綜合比選方法研究線路與鐵路交叉的位置及形式[7]。不難看出,單軌選線應兼顧旅客出行便利、工程經濟和環境影響的要求,而交叉位置的選擇應與線路選線方案相協調。

確定交叉位置后,還需選擇適宜的交叉方式和工法,以滿足對鐵路運輸影響小、工程風險可控、安全性要求高等要求。張瑜明利用案例分析方法,研究城市軌道交通與鐵路交叉方案的影響因素,強調方案對鐵路運營安全的影響[8];朱君卿采用定性分析法比較隧道下穿方案和上跨橋梁方案,并對橋梁結構形式進行了研究[9];周宏慧研究上跨鐵路橋梁跨度、橋面高程及橋墩結構[10];李鵬等研究立交方案的綜合比選案例[11];吳宇對轉體法上跨鐵路的施工程序和控制要點進行介紹[12]。綜上所述,軌道交通與鐵路交叉方案的研究重點是降低工程實施方案對鐵路運輸時長、運行安全的影響。

在前人研究的基礎上,采用綜合分析比選方法,從規劃、客流、工程、經濟、安全等方面對濰坊軌道交通1 號線一期工程鐵路交叉方案進行比選[13],以期在建筑密集、空間狹小的復雜城市環境下滿足多方面要求,

1.2 研究原則

(1)注重發揮跨座式單軌制式特點,線路敷設應首選高架線。在特殊地段,經技術經濟比較,可采用局部地下線或地面線[14]。

(2)注重線路選線的可行性,充分考慮行車組織、站位布置、工程實施難度與風險、對交通和環境的影響、拆遷、工程造價、社會影響等因素,合理確定線站位和敷設方式。

(3)滿足鐵路行車安全及在施工過程中不中斷鐵路行車的要求,盡可能減少對鐵路運輸的干擾,不惡化鐵路現狀條件,不影響鐵路在建和擬建項目的實施。

(4)工程方案應保證施工、運營及維護期間不影響鐵路運營,符合鐵路管理部門的有關要求。

(5)注重景觀協調性。合理選擇高架段落線路高度和平縱線形,為軌道交通乘客、道路交通使用者和沿線居民營造良好的空間感和景觀協調性。

2 線路方案研究

2.1 線路走向

濰坊軌道交通1 號線一期工程線路呈南北向走行,經濰坊火車站,與東西向的膠濟鐵路通道交叉(見圖1)。

圖1 軌道交通線路與既有鐵路交叉示意

2.2 影響因素分析

(1)鐵路影響因素

鐵路通道內有膠濟鐵路、膠濟客專和坊子專用線3 條鐵路線,總占地寬度為80～120 m。主要影響因素包括火車站、車站咽喉區路基、多處跨路框架橋和跨河橋。鐵路北側為房建車間及工務段橋梁車間。

(2)非鐵路影響因素

①周邊現狀及規劃

現狀鐵路以南多處于待開發區域,規劃以居住用地、商業金融業用地和公共綠地為主,鐵路以北商業開發成熟,局部有密集居住區,規劃以商業金融、居住用地為主。

②沿線道路條件

線路可供選擇的南北向通道共有4 條,自西向東分別為向陽路、和平路、青年路和白浪河西岸通道。3 條道路均為城市次干道,兩側客流點較密集。白浪河西岸分布有居住區、公園和部分商業區,沿河布設城市綠帶(見表1)。

表1 沿線道路條件

③周邊地下人防商業街分布

向陽路、和平路、勝利街、V1 購物廣場和風箏廣場地下均分布有人防商業街,影響線路敷設。

④火車站南廣場

火車站南廣場正在建設,其中站前廣場地下空間結構已實施,地塊西側為規劃公交長途車站,東側為南大營工業遺跡。

2.3 線路與鐵路交叉方案

綜合沿線規劃、客流、工程實施條件,研究了沿向陽路方案、沿和平路方案、沿青年路方案和沿白浪河西岸方案(見圖2)。

圖2 線路與鐵路交叉方案平面

沿向陽路方案、沿和平路方案拆遷量大,可實施性差,研究后予以舍棄。沿青年路方案客流吸引條件較好,且繞避地下人防工程,房屋拆遷量小,工程可實施性強;沿白浪河西岸方案客流吸引條件較差,繞避了地下人防工程,且房屋拆遷量較小,工程可實施性一般。

(1)方案說明

結合青年路通道和白浪河西岸通道,綜合考慮線路與鐵路交叉的敷設方式,進一步研究了3 個方案。

①方案一(沿青年路西側上跨鐵路方案)

線路高架敷設,沿青年路西側采用110 m 大跨度斜拉橋上跨鐵路,車站需設置為高架站。

②方案二(沿青年路西側下穿鐵路路基方案)

線路地下敷設,沿青年路西側盾構下穿火車站東咽喉路基段(軌道交通與鐵路跨青年路框架結構凈距保持1 倍洞徑),之后自道路路中設U 形槽過渡段轉為高架敷設。車站需設置為地下站。

③方案三(沿白浪河西岸下穿鐵路方案)

線路地下敷設,受工程實施條件限制,于白浪河西岸左右線繞行盾構下穿鐵路。其中,右線自鐵路橋橋孔下通過(軌道交通距離鐵路橋承臺邊緣最近處凈距3 m),左線自火車站東咽喉路基段盾構下穿(軌道交通與鐵路跨青年路框架結構凈距保持1 倍洞徑),之后雙線并行自白浪河西岸設U 形槽轉為高架敷設。車站需設置為地下站。

(2)方案比選

方案三軌道交通近距離下穿鐵路擴大基礎和樁基礎橋臺,最近處凈距僅3.0 m,工程風險高,且沿白浪河通道設站客流吸引條件較差。方案一、方案二工程風險較方案三低,沿青年路設站客流吸引條件較好,更契合軌道交通規劃建設的要求,故推薦沿青年路方案[15]。

3 鐵路交叉橋隧方案研究

3.1 橋跨設計方案

(1)設計要點

①為盡量減少鐵路交叉工程施工及運營過程中對鐵路運營安全、運輸干擾、設施設備遷改防護等構成不必要的影響,決定采用橋梁轉體法跨越鐵路。轉體前,梁部首先平行于鐵路滿堂支架澆筑達轉體長度,采用汽車吊將單榀軌道梁架設就位,于鐵路維修天窗時段墩底轉體就位,先合龍中跨,在轉體施工的過程中,同步澆筑邊跨現澆梁段,再合龍邊跨。

②上跨鐵路的橋梁橋面按要求封閉并設置防拋網,防拋網高度不小于2.5 m。鐵路上方不設置泄水管,采用縱向排水,將雨水排到鐵路外,然后采用PVC管引入道路排水系統。

③跨鐵路范圍內,橋上外露金屬應設置可靠的接地措施。

④為防止轉體施工時異物掉落股道,在橋下鐵路線上鋪設彩條布,待要點結束前撤出鐵路外。

⑤距離鐵路橋墩較近的承臺基坑開挖時,應采用鉆孔樁或鋼板樁等有效的防護措施。

(2)設計方案

采用(65+110+65) m 轉體斜拉橋跨膠濟鐵路和膠濟客專,斜拉橋轉體梁長為(54+54) m,轉體角度分別為順時針旋轉84°和逆時針96°。

斜拉橋上布置的簡支PC 軌道梁(采用矩形截面),梁體高度為1.4 m,寬度為0.7 m,采用鑄鋼抗拉支座連接斜拉橋主梁和簡支PC 軌道梁。斜拉橋全長241.5 m,兩主塔均采用塔、梁固結體系,索塔高度與中跨跨度之比為0.27(見圖3、圖4)。

圖3 跨膠濟鐵路、膠濟客專平面(單位:m)

圖4 跨膠濟鐵路、膠濟客專處立面(高程單位:m;其余:cm)

3.2 隧道下穿方案

(1)設計要點

①區間采取盾構法施工,盾構管片凈距不小于1 倍洞徑,管片埋深不小于1 倍洞徑。

②下穿既有鐵路必然會引起上面鐵路路基和軌道產生變形。需對盾構下穿路基段采取地基注漿加固和旋噴樁隔離措施,影響范圍內的鐵路軌道和道岔采取扣軌加固措施。

③對穿越鐵路段的盾構管片進行特殊設計,增加補償注漿孔并適當加強配筋。

④車站咽喉區設施設備眾多、地質條件復雜,稍有不當,就會使下穿項目范圍內的鐵路設施及管網等因地面沉降而發生故障,影響其正常使用和安全。其中鐵路道岔區對沉降尤為敏感,如不能及時采取應對措施,將嚴重危及鐵路行車的安全。因此,施工前應對鐵路進行詳細調查,開展檢測和評估,確定變形控制值和監測控制值,制定嚴格的監控報警方案。

⑤下穿鐵路前總結試掘進經驗參數,并做好施工過程控制。

⑥加強施工過程中的信息化管理,根據監測數據和地層變化情況,及時調整施工參數,避免危及鐵路行車運營安全。

(2)設計方案

采用盾構法施工,盾構外徑6.6 m,自火車站始發,在青年路路中設置盾構井接收。穿越鐵路段采取地層加固和鐵路線扣軌加固措施。線路與鐵路線交叉角度為84°～90°,線間距為14.0～15.5 m,采用24‰的上坡穿越鐵路,穿越段的盾構管片頂距離地面13.04～13.77 m(見圖5、圖6)。

圖5 下穿膠濟鐵路、膠濟客專處平面(單位:m)

圖6 盾構側穿青年路框架橋涵橫斷面(高程單位:m;其余:mm)

3.3 方案比選

兩方案優缺點分析見表2。

表2 方案優缺點比較

3.4 推薦意見

沿青年路西側上跨方案采用轉體法施工,并采取相應防護措施可消除施工期間對鐵路的不利影響,施工技術難度相對較小,對交叉點處的鐵路設備影響較小,對待開發地塊和濰坊橋梁車間主體建筑幾乎無影響,對現狀道路和規劃道路影響較小;下穿鐵路路基方案盾構下穿鐵路咽喉區,管片頂埋深13.4～13.77 m,根據地質鉆孔資料,洞身處于全風化和強風化的玄武巖中,拱頂以上地層分別為全風化玄武巖、粉質黏土和素填土,盾構掘進過程中會對土體產生擾動,若控制不當容易引起鐵路結構變形超限,危及行車安全。綜上,推薦青年路西側上跨鐵路方案。

4 施工組織

橋梁基礎采用鉆孔灌注樁,現澆承臺及墩柱,斜拉橋主梁采用滿堂支架澆筑、轉體跨越鐵路。

結合本工程特點,安排按照征地拆遷、管線遷改等前期施工準備時間為90 d,基礎工程、橋墩工程、轉體斜拉橋滿堂支架澆筑工程時間為216 d,轉體施工3 d,斜拉橋合龍施工15 d,PC 軌道梁安裝架設以及橋面鋪裝和其它附屬工程共需36 d,在無干擾的情況下,本橋工期為360 d。

5 結語

(1)跨座式單軌線路與鐵路交叉位置的選擇,既是線路選線的重要影響因素,又受線路綜合選線的限制。應充分發揮跨座式單軌爬坡大、轉彎半徑小、地形適應能力強等優勢,結合交叉處鐵路工點及路內建筑、周邊現狀及規劃、道路條件、地上及地下建構筑物分布等情況,應采用客流吸引條件好、城市空間及環境影響小的線路方案,選擇交叉角度大、距離短、工程經濟的交叉位置。

(2)單軌線路與鐵路的交叉方式,結合單軌自身的特點一般采用橋梁上跨鐵路;若高架條件受限,亦可采用隧道下穿方案。交叉節點方案應考慮工程對鐵路及附屬設施的影響、軌道交通車站設置及樞紐換乘、景觀效果和舒適性、對市政道路的影響等因素,采用對鐵路運輸影響小、安全風險低的工程方案。