某鐵路專用線跨越唐包鐵路立交橋方案研究
——唐曹鐵路小集物流有限公司專用線跨越唐包鐵路立交橋方案研究

陳廣賀

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 濟(jì)南設(shè)計(jì)院 山東 濟(jì)南 250022

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，大型企業(yè)運(yùn)量迅猛增長(zhǎng)，以及貫徹落實(shí)黨中央“持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，積極踐行“公轉(zhuǎn)鐵”戰(zhàn)略部署和要求的具體實(shí)踐，鐵路專用線項(xiàng)目如雨后春筍般涌現(xiàn)，其中部分專用線上跨既有鐵路，“鐵跨鐵”項(xiàng)目的建設(shè)會(huì)對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)安全造成較大影響，因此，在項(xiàng)目方案研究階段，應(yīng)把保證既有鐵路安全放在首要位置，在此前提下，確定合理可行的橋梁方案。

1 工程概況

唐山唐曹鐵路小集物流有限公司鐵路專用線工程位于唐山市豐南區(qū)，專用線線路起自唐曹鐵路預(yù)留的豐南西站，至瑞豐鋼鐵西南側(cè)設(shè)小集裝卸站Ⅰ場(chǎng)（瑞豐場(chǎng)），新建線路長(zhǎng)度24.373km[1]。新建東華鋼鐵支線，新建線路長(zhǎng)度2.455km，如圖1所示。本線的建設(shè)有利于降低運(yùn)輸成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、滿足企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要。

圖1 跨越處既有唐包鐵路現(xiàn)狀

2 建設(shè)條件

2.1 橋位處既有唐包鐵路現(xiàn)狀

交叉位置位于唐包鐵路唐山西站至豐南南站區(qū)間，專用線與唐包鐵路夾角為18°，唐包鐵路運(yùn)營(yíng)速度為80km/h，雙線，線間距4.0m，電氣化鐵路，路基高度約5.5m，交叉處路基面寬度約為13.3m。

2.2 專用線建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）鐵路等級(jí)：Ⅲ級(jí)。（2）正線數(shù)目：?jiǎn)尉€。（3）設(shè)計(jì)速度80km/h。（4）最小曲線半徑：一般600m，困難500m。（5）限制坡度：6‰。（6）牽引種類：電力。（7）抗震設(shè)防烈度：Ⅷ度（0.2g）。

3 建設(shè)方案依據(jù)

根據(jù)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司和中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司相關(guān)規(guī)定，無(wú)砟軌道區(qū)段的路基和有可能破壞地基加固效果的有砟軌道區(qū)段路基及各種過(guò)渡段，禁止框構(gòu)頂進(jìn)、管涵下穿。交叉處既有唐包鐵路已進(jìn)行地基加固處理，因此只能選擇上跨唐包鐵路方案，為減小對(duì)既有唐包鐵路運(yùn)輸及設(shè)備的影響，進(jìn)行橋式方案研究。

3.1 橋下凈空

按照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）》（TG/01-2014）規(guī)定執(zhí)行。

橋下凈高（既有唐包鐵路軌面距離專用線梁底）H≥8.85m，其構(gòu)成為6.45（接觸網(wǎng)導(dǎo)高）+1.4m（接觸弓結(jié)構(gòu)高度）+0.5m（靜態(tài)間隙）+0.5m（中心錨節(jié)富余量）。

4 橋梁設(shè)計(jì)方案

跨越鐵路立交橋應(yīng)滿足鐵路部門相關(guān)要求，橋墩外緣距離接觸網(wǎng)正饋線距離L≥4.5m=3.0m（橋墩外緣距離帶電體安全距離）+1.5m（導(dǎo)線最大風(fēng)偏值）。綜合考慮工程投資、橋梁跨度、結(jié)構(gòu)體系、施工方案等因素，主要研究了3個(gè)方案：

①門式墩+16m簡(jiǎn)支梁方案；②門式墩+32m簡(jiǎn)支梁方案；③2×120m轉(zhuǎn)體T型剛構(gòu)方案。

4.1 方案一：主跨16m簡(jiǎn)支T梁+門式墩

（1）橋型布置。為降低線路縱斷標(biāo)高，主跨采用16m簡(jiǎn)支T梁+門式墩方案。上跨唐包鐵路采用6×16m簡(jiǎn)支T梁，采用3孔門式框架墩、鋼橫梁；2孔鋼筋混凝土門式框架懸臂墩[2]。簡(jiǎn)支T梁采用預(yù)制架設(shè)施工，框架墩鋼橫梁采用預(yù)制吊裝施工，橋址平面圖如圖2所示。

圖2 方案一 橋址平面圖

（2）橋梁橫斷面。框架墩與既有唐包鐵路相對(duì)位置關(guān)系詳見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 方案一 95#、96#、97#框架墩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖（單位：cm）

圖4 方案一 94#、98#框架墩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖（單位：cm）

（3）橋墩、基礎(chǔ)。上跨唐包鐵路處采用框架墩、鋼橫梁。根據(jù)墩臺(tái)處的地質(zhì)情況采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.0m。

跨越唐包鐵路節(jié)點(diǎn)，為減小對(duì)既有路基的開(kāi)挖影響，既有路基局部幫寬，5孔框架墩承臺(tái)均上抬置于自然地面之上，砌筑漿砌片石護(hù)砌外露承臺(tái)；其中94#、98# 2孔鋼筋混凝土門式框架懸臂墩整體置于唐包線外側(cè)。

（4）施工工藝。跨越唐包鐵路節(jié)點(diǎn)，橋墩及基礎(chǔ)現(xiàn)澆施工，鋼橫梁預(yù)制吊裝，吊裝時(shí)接觸網(wǎng)停電、要點(diǎn)施工[3]。

簡(jiǎn)支T梁采用預(yù)制架設(shè)施工。在制梁場(chǎng)預(yù)制簡(jiǎn)支T梁，采用架橋機(jī)架設(shè)，跨鐵路孔架設(shè)時(shí)接觸網(wǎng)停電、要點(diǎn)施工。

具體施工步驟詳見(jiàn)圖5。

圖5 方案一 施工工序圖

4.2 方案二：主跨采用32m簡(jiǎn)支T梁+門式墩

（1）橋型布置。上跨唐包鐵路采用主跨采用3×32m簡(jiǎn)支T梁+門式墩，采用2孔門式框架墩、鋼橫梁；1孔鋼筋混凝土懸臂墩。簡(jiǎn)支T梁采用預(yù)制架設(shè)施工，框架墩鋼橫梁采用預(yù)制吊裝施工，橋址平面圖詳見(jiàn)圖6。

圖6 方案二 橋址平面圖

（2）橋梁橫斷面。框架墩與既有唐包鐵路相對(duì)位置關(guān)系詳見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 方案二 94#、95#框架墩橫斷面示意圖（單位：cm）

圖8 方案二 93#鋼筋混凝土懸臂墩橫斷面示意圖（單位：cm）

（3）橋墩、基礎(chǔ)。上跨唐包鐵路處采用框架墩、鋼橫梁。根據(jù)墩臺(tái)處的地質(zhì)情況采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.0m。跨越唐包鐵路節(jié)點(diǎn)處，為減小對(duì)既有路基的開(kāi)挖影響，路基夯填幫寬，2孔框架墩承臺(tái)上抬，砌筑漿砌片石護(hù)砌外露承臺(tái)[4]。

（4）施工工藝。施工工藝采用預(yù)制架設(shè)施工。在梁場(chǎng)預(yù)制T梁，采用架橋機(jī)架設(shè)，跨鐵路孔架設(shè)時(shí)接觸網(wǎng)停電、要點(diǎn)施工。橋墩及基礎(chǔ)現(xiàn)澆施，鋼橫梁預(yù)制吊裝，吊裝時(shí)接觸網(wǎng)停電、要點(diǎn)施工。施工工序同方案一，具體施工步驟詳見(jiàn)圖5。

4.3 方案三：主跨2×120mT構(gòu)橋

（1）橋型布置。采用2×120 m預(yù)應(yīng)力混凝土單線T型剛構(gòu)梁跨越唐包線，采用掛藍(lán)懸臂現(xiàn)澆、轉(zhuǎn)體施工。橋址位于R=600m曲線上，梁體采用單箱單室、直腹板結(jié)構(gòu)。

圖9 方案三 橋址平面圖

（2）總體布置圖

圖10 方案三 總體布置圖

（3）橋墩、基礎(chǔ)。主墩采用鋼筋混凝土實(shí)體墩。墩身縱橫向尺寸為9.45m×5m；邊墩采用實(shí)體橋墩，其上設(shè)異性頂帽。

橋墩基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)。主墩承臺(tái)厚7.1m，基礎(chǔ)采用16根直徑2.0m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；邊墩承臺(tái)厚4.0m，基礎(chǔ)采用10根直徑1.25m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[5]。

（4）施工工藝。施工工藝采用轉(zhuǎn)體法施工。先平行鐵路方向掛藍(lán)懸臂法現(xiàn)澆梁體，通過(guò)主墩轉(zhuǎn)盤將梁體轉(zhuǎn)體就位后成橋。

5 方案比較

對(duì)以上三個(gè)方案做進(jìn)一步比較，綜合考慮施工方案、工程投資、風(fēng)險(xiǎn)分析等因素。

5.1 方案一：主跨采用16mT梁+框架墩

優(yōu)點(diǎn)：（1）縱斷面標(biāo)高較低，全橋投資較少。（2）結(jié)構(gòu)受力明確，均為常規(guī)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量可控，施工難度小。（3）采用框架墩，施工簡(jiǎn)單，無(wú)深基坑開(kāi)挖，對(duì)鐵路影響小。（4）鋼橫梁自重較小，便于吊裝施工。（5）簡(jiǎn)支梁自重較小，采用架橋機(jī)架設(shè)安全可靠性大。（6）現(xiàn)澆濕接縫、橋面系等在梁體架設(shè)時(shí)可同步實(shí)施。（7）位于半徑R=600m曲線上，采用小跨度簡(jiǎn)支梁利于架梁作業(yè)和橋梁布置。

缺點(diǎn)：（1）跨鐵路框架墩為3孔，鋼筋混凝土門式框架懸臂墩2孔，施工期間對(duì)唐包鐵路影響稍大。（2）由于梁體孔數(shù)、片數(shù)較多，停電要點(diǎn)施工時(shí)間較長(zhǎng)。

5.2 方案二：主跨采用32mT梁+框架墩

優(yōu)點(diǎn)：（1）跨鐵路框架墩為2孔，鋼筋混凝土門式框架懸臂墩1孔，施工期間對(duì)唐包鐵路影響稍小。（2）結(jié)構(gòu)受力明確，均為常規(guī)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量可控，施工難度小。（3）采用框架墩，施工簡(jiǎn)單，無(wú)深基坑開(kāi)挖，對(duì)鐵路影響小。（4）梁采用架橋機(jī)架設(shè)安全可靠性大。（5）現(xiàn)澆濕接縫、橋面系等在梁體架設(shè)時(shí)可同步實(shí)施，由于梁體片數(shù)較少，停電要點(diǎn)施工時(shí)間較短。缺點(diǎn)：（1）縱斷面標(biāo)高較高，全橋投資較高。（2）專用線為32m簡(jiǎn)支梁，相應(yīng)鋼橫梁需加大截面、自重較重，吊裝施工難度稍大。（3）位于半徑R=600m曲線上，采用32m簡(jiǎn)支梁不利于架梁作業(yè)和橋梁布置。

5.3 方案三：主跨2×120mT構(gòu)橋

優(yōu)點(diǎn)：主跨采用轉(zhuǎn)體施工，要點(diǎn)施工時(shí)間短，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響較小。缺點(diǎn)：（1）跨度較大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，并位于半徑R=600m曲線上，轉(zhuǎn)體過(guò)程中期間偏心矩較大，設(shè)計(jì)、施工難度較高。（2）場(chǎng)地受限，實(shí)施難度大。

5.4 結(jié)論

綜合考慮施工方案、工程投資、風(fēng)險(xiǎn)分析等因素，新建專用線上跨既有線位于小半徑曲線上，方案一專用線縱斷面最低、投資最少，該方案可降低橋梁施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)對(duì)鐵路的影響，故推薦方案一即主跨采用16mT梁+框架墩。