市政路穿越站場多股道線路設計方案研究

邢闖鋒，馮俊迎，朱衛威

（1、2、3，中鐵七局集團有限公司，工程師，河南 鄭州 460000）

1 工程概況

本工程位于新鄭市薛店鎮，規劃為雙向四車道的城市主干路，根據規劃，友誼路穿越京廣鐵路建設工程亟需打通，以完善該區域路網結構。

擬建道路從東向西依次穿越到發線3 道、京廣鐵路下行線、京廣鐵路上行線、4 道、6 道、8 道，鐵路線間距沿道路中心線依次為7.55 m、5.08 m、6.18 m、5.32 m、6.56 m，全部為電氣化鐵路，道路與京廣鐵路下行線相交處鐵路里程為K709+970.9，道路中線與鐵路交角為87.2°。軌道標高差異較大，軌頂最低處為到發線8 道，標高為155.60 m，最高處為京廣下行線，標高156.23 m，相差高達63 cm。

2 工程地質概況及工程難點

2.1 工程地質概況

1）地層巖性。沿線地層主要為第四系沖洪積成因的粉砂、粉土、粉質黏土，沿線地層變化不大。

2）地下水。沿線場地水位埋深較大，穩定水位埋深在18.0 m 左右，但在勘察時第3 單元層見上層滯水，水量不大，主要為大氣降水。

2.2 工程難點

1）鄭州航空港區作為首個國家級航空港經濟綜合試驗區，在“一帶一路”的帶領下，發展一日千里，薛店站做為航空港區后勤保障的一部分，即將升為二級物流基地，貨運繁忙，對工程影響程度要求嚴、對工期要求高。

2）經調查查明，鐵路設備情況復雜，通信、信號、電力及電氣化設施均受影響，增加設計和施工難度。

3）包含股道較多，且股道間高差較大，線路架空難度高。

3 方案比選

方案選擇基于以下因素考慮：①立交在施工中對鐵路路基穩定性影響；②盡可能減少鐵路設施遷改；③穿越方案施工時的技術要求；④道路的平面線位、縱斷設計高程、道路的通行凈空及一般道路橫斷面布置；⑤預留規劃道路后期改擴建空間；⑥市政設施穿越京廣鐵路的安全技術要求；⑦道路的規劃紅線；⑧立交的規模及投資。

在道路與鐵路立交工程中，首先考慮選擇上跨或下穿方式，本項目中根據規劃要求，新建路要與東側薛店大道進行平交，從線路縱斷方面無法滿足規范要求，故主要從下穿方式進行研究。

3.1 設計荷載

1）鐵路列車荷載：采用《鐵路列車活載圖》（TB/T3466-2016）中ZKH活載，荷載圖式見圖1；

圖1 列車活載示意圖

2）道路荷載：城-A級

3）恒載：靜土壓力、結構自重、附屬設備自重、混凝土收縮徐變以及溫度影響

4）其他：列車沖擊力、制動力以及活載土壓力

3.2 框構橋主體方案擬建道路考慮非機動車道以及人行道，框構橋可考慮2 孔16 m+16m 或3 孔8 m+16 m+8 m，從遠期規劃看，2 孔16 m+16 m 更有利于后期道路拓寬改造，推薦采用兩孔結構；由于站場車輛較多，有可能會駐停在鐵路架空范圍內，為了最大降低施工對鐵路站場的風險，減少軌下暴露范圍，推薦采用分幅方法進行頂進?？蚣軜虺叽鐔慰變魧?6.0 m，凈高6.7 m，頂板厚1.1 m，底板厚1.2 m，邊墻厚1.1 m，頂板加腋1.5m×0.5 m，底板加腋0.5 m×0.5 m，框架頂至鐵路軌頂之間距離不小于1.0 m。

3.3 架空方案選擇

方案一：縱橫梁架空。縱橫梁架空鐵路是平改立工程中常用的線路架空方案，本方案采用100 號工字鋼作為邊縱梁，縱梁接長必須使用專用節點板及高強螺栓可靠連接；橫梁采用50 c號工字鋼，間距不大于0.6 m，橫梁以最低處8 道為基準，通穿所有股道，橫梁與鋼軌間必須可靠絕緣，橫梁與縱梁使用U 型螺栓進行可靠連接，橫梁與軌底之間孔隙用枕木或墊塊填塞。為保證整體性，在橫梁間須布設枕木撐為保證線路橫向穩定，在鋼軌外側與縱梁間每隔2 m 須設木支撐。

上部荷載通過縱橫梁傳遞到下部架空支點樁上，支點樁采用直徑1.5 m 的人工挖孔樁，縱向布設間距為8 m，支點處橫梁采用5 片一組作為抬梁，同時設置抗橫移樁和防護樁，抗橫移樁用來抵抗頂進過程中的橫向力，防護樁是為了保證框架結構頂進過程中，防止線路路基土體坍塌，保證鐵路路基安全，防護樁設置在框架結構四角處。

本方案所需挖孔支點樁較多，頂進過程中需要進行多次支點轉換，工藝復雜，施工要點多，且京廣線處橫梁上墊設高度達63 cm 的墊塊，再加上絕緣橡膠板，墊設高度至少達65 cm，行車安全有隱患，不推薦采用。

方案二：橫梁搭接法。本方案是在方案一基礎上變化而成，其內容基本相同，區別在于橫梁分兩部分橫穿所有股道，從各股道的標高看，兩部分橫梁搭接位置只能位于京廣上行線處才能有效降低軌道高差，將橫梁1 從西向東開始穿越8 道、6 道、4 道到達京廣鐵路上行線下方，橫梁2 從東向西穿越京廣鐵路上下行和3 道，并在京廣鐵路上行線下落在橫抬梁1上，如圖2所示：

圖2 架空橫斷面圖

由于東側股道以3 道標高最低，橫梁二穿越時需要以3 道為基準，橫梁一定位標高比橫梁二低一個橫梁高度，即50 cm，兩部分橫梁搭接部分用U 型螺栓進行連接。軌道與橫梁之間的孔隙采用枕木進行墊設，橫梁一上最大墊設高為25 cm，橫梁二上最大墊設高為26 cm，遠低于方案一的墊設高度。但本方案在橫梁實施時比較困難，橫梁一有部分處于懸臂狀態，兩處橫梁通過螺栓鉸接在一起，頂進施工中不利于橫向力向抗橫移樁傳遞，易使橫梁間產生相對位移，且搭接位置位于國家干線京廣線處，對行車穩定有影響，不推薦采用。

方案三：D 型便梁架空。常用的D 型便梁有D12、D16、D20 和D24 四種類型，跨度分別為Lp=12.06 m、16.08 m、20.1 m、24.12 m，長度分別為12.4 m、16.4 m、20.48 m、24.5 m。便梁的最大優點是在不中斷行車的情況下，利用它進行橋涵的開挖和施工，并且具有運輸和拆裝方便的特點，本方案采用D24 和D12兩種邊梁對各股道單獨進行架空。

由于分幅頂進施工，便梁需要轉換，故整個施工需要兩次架空，架空支點樁采用直徑1.8 m的人工挖孔樁，挖孔樁護壁厚度為15 cm，同時在3 道和8 道安裝護軌，在框架橋就位處的鐵路路基過渡處設置直徑1.25 m的路基防護樁；由于線間距原因，部分線路間橫向只能布設單個支點樁，這就導致部分支點樁必須共用，承擔橫向兩片施工便梁傳遞的荷載。第一次架空設計分別見圖3、圖4：

圖3 第一次架空平面布置圖

圖4 第一次架空立面布置圖

從上圖可以看出，整個架空共布設48 個受力支點，其中40個人工挖孔樁，8個硬支點，通過計算，樁長分別有18 m、15 m、8 m、5 m 四種。。第一次架空采用D12+D24+D24三跨組合進行架空，在下部用機械進行橋涵開挖，用中繼頂將北側框架頂進到位。北側框架頂進后，完成回填道碴及恢復線路作業，人工拆除牛腿扣件螺栓，使鋼枕與縱梁分離，通過縱移架設方式將D梁縱移到位，開始進行第二次架空，圖5為第二次架空斷面示意：

圖5 第二次架空斷面圖

第二次架空采用D24+D12 兩跨組合，從圖上可以看出，D24便梁一端落在第四排支點樁上，另一端落在已頂進的框架邊墻上，邊墻上墊設枕木垛來調節控制縱梁高度，在D梁架設過程中，第四排支點樁在兩次架空中得到了重復利用。在架空梁下部用機械進行橋涵開挖，并鑿除第三排架空支點樁，用中繼頂將南側框架頂進到設計位置。

本方案工藝清晰，施工簡便，支點樁數量較少，且不需要設置抗橫移樁，頂進過程中不需要進行支點轉換，施工速度快，能明顯減少工期和要點數，軌道高差通過階梯承臺有效地得到解決，使站場列車安全穩定性得能到較好的保障。推薦采用此方案進行線路架空加固。

3.4 工作坑設計工作坑主要包括基坑、后背及滑板系統。根據場地條件，預制工作坑深為10 m，設置在鐵路西側。兩側邊坡坡度按照1：1設計，臨近鐵路側坡度1：1.5，5 m 高度處設1 m 寬的平臺；基坑邊坡采用掛鋼筋網噴射混凝土方式防護，鋼筋網規格為15 cm×15 cm 的φ10 鋼筋網片，噴射混凝土強度等級為C20，厚10 cm；基坑坡頂四周設置截水溝，坑底順道路兩側設置有集水井和排水溝，坡面埋設φ10 cm泄水孔。

后背形式主要有重力式、板樁式和鋼筋混凝土拼裝式后背，根據施工計劃，施工時先進行鐵路節點施工。

滑板系統應有足夠的剛度和強度，以保證框架橋結構在預制和頂進中的順利進行，滑板采用C30鋼筋混凝土，厚度20 cm，在滑板下設置縱橫向的錨梁，并在滑板下鋪設10 cm的碎石墊層。

3.5 其他附屬設計由于本工程水位較深，不必考慮路基浸泡及抗浮風險，所以只需設置擋墻即可，類型原則為6～10 m 為扶壁式擋墻，2～6 m 為懸臂式擋墻，2 m 以下為重力式擋墻，其他附屬可在下階段根據具體情況選擇設置。

4 結論

本文對友誼路穿越薛店站場鐵路工程方案優劣性進行了對比，所推薦方案得到了鐵路局相關專家及站段領導的認可，順利通過了評審，得出以下幾點結論：

1）對具有高差的多股道線路，在線路架空設計中，結合項目特點，可通過在樁頂設置階梯承臺來有效解決軌道之間的高差問題，增加列車的穩定性。

2）在架空范圍內通過合理的平面布置，使部分架空支點樁得到二次利用，能提高施工效率，降低工程成本。

3）根據施工計劃及周邊條件，合理選擇工作坑后背形式，最大限度利用天然條件提供頂進的反力，實現優化設計。