摘要 某市政工程跨越鐵路編組站，工程位置建筑物環(huán)境復(fù)雜，為減小對既有鐵路編組站的影響，文章經(jīng)工程方案綜合比選研究，采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案跨越鐵路編組站，主橋采用轉(zhuǎn)體法施工。橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，橋梁各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，橋型方案合理可行，綜合優(yōu)勢明顯，可為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 鐵路編組站；斜拉橋；隧道；鋼箱梁；轉(zhuǎn)體施工；有限元法

中圖分類號 U442 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0032-04

0 引言

某市政工程項(xiàng)目原規(guī)劃起于金馬南路與殷莊路交叉口，向東沿金馬南路與煤港路交叉，再向東沿荊馬河路至徐州電務(wù)段，斜跨編組站后，在荊馬河南側(cè)與之并行，終點(diǎn)在荊山路與三環(huán)東路交叉口，路線全長約2.62 km。經(jīng)研究，對規(guī)劃線位做了局部優(yōu)化調(diào)整，線形更加順暢，與鐵路交叉角度優(yōu)化為70°，工程平面位置圖見圖1，避開了徐州電務(wù)段，對淮東家具廣場影響也大幅度較小。

1 工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市主干道。

（2）設(shè)計(jì)速度：主線為60 km/h，匝道為40 km/h。

（3）車道數(shù)：主線雙向六車道。

（4）最小圓曲線半徑如下：

主線（60 km/h）：不設(shè)超高的最小半徑為600 m，設(shè)超高的最小半徑為300 m；

匝道（40 km/h）：不設(shè)超高的最小半徑為80 m，設(shè)超高的最小半徑為55 m。

（5）最小縱坡：0.3%。

（6）最大縱坡：一般值為5%，極限值為6%。

（7）道路限界：

車道寬度：主線單向2×3.5 m+3.75 m、匝道3.5 m+3.5 m。

2 工程方案選擇

該涉鐵工程方案選擇主要受制于徐州北鐵路編組站、徐州電務(wù)段、淮東家具廣場及道路最大縱坡等控制因素。

2.1 橋梁方案

該鐵路編組站曾是國內(nèi)規(guī)模最大、亞洲第二大的鐵路編組站，上跨鐵路編組站的主橋方案制約整個(gè)項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，主橋橋型方案的合理性、施工方案的可行性決定著項(xiàng)目能否順利實(shí)施。該橋位于城市核心區(qū)域，景觀要求高；場地附近建筑物密集，施工場地小、地基條件較差；既有京滬鐵路正線通車密度大，鐵路編組站內(nèi)股道密集，任務(wù)繁忙，應(yīng)盡可能采用施工過程中對鐵路運(yùn)營影響小的方案。

線位主橋在橋位處鐵路編組站東西向正寬425 m，金馬路與鐵路編組站斜交（軸線夾角約為70°），斜交區(qū)段的長度約460 m，考慮斜交影響及路基坡腳施工安全距離的要求，主跨跨度約為500 m。適用500 m跨度的橋型主要有拱橋、斜拉橋、懸索橋及索拱組合等。斜拉橋具有技術(shù)成熟、造型美觀、跨越能力大、與周圍環(huán)境比較協(xié)調(diào)等優(yōu)勢，施工可采用懸拼、懸澆、頂推及轉(zhuǎn)體等多種工法，從對既有鐵路運(yùn)營干擾相對較小的角度考慮，上跨編組站的主橋方案推薦斜拉橋[1-2]。

根據(jù)《國鐵集團(tuán)工電部關(guān)于加強(qiáng)穿（跨）越鐵路營業(yè)線和鄰近營業(yè)線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函〔2020〕48號）中“公路、城市軌道交通和道路上跨高速鐵路及其相關(guān)聯(lián)絡(luò)線和動車走行線的路基、橋涵地段，以及上跨開行客車的普速鐵路的路基、橋涵地段，橋梁施工應(yīng)優(yōu)先采用轉(zhuǎn)體施工方案”的要求，轉(zhuǎn)體施工方案為最優(yōu)方案[3]。

考慮大里程主墩承臺邊緣距編組站外側(cè)路基邊坡最小距離為14 m。在施工期內(nèi)，主梁沿鐵路編組站線路方向懸臂拼裝，主梁外邊緣距離京滬下行線最短距離為10 m，轉(zhuǎn)體區(qū)域內(nèi)橋下凈高均滿足轉(zhuǎn)體施工要求。綜合以上因素，得到主跨跨徑為556 m，主橋平面布置圖如圖2所示：

圖2 主橋平面布置圖

主橋推薦方案采用雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置（80+140+556+140+80）m，每側(cè)邊跨設(shè)一個(gè)輔助墩，半漂浮體系，橋長996 m，主橋立面圖如圖3所示：

圖3 主橋立面布置圖（m）

2.2 隧道方案

深埋盾構(gòu)方案隧道總長約2 518 m，其中盾構(gòu)段長約1 575 m，明挖暗埋段長約401.7 m，線路縱坡采用V字坡設(shè)計(jì)，鐵路西側(cè)道路分別以4.5%、2.5%下坡到鐵路外邊緣正下方，再以0.4%下坡至最低點(diǎn)后，以0.4%上坡至鐵路外邊緣正下方，鐵路東側(cè)道路再以4.5%上升到地面。線路在徐州北編組站的隧頂埋深不小于36.25 m（2.5倍洞徑），即路面距離地面45.25 m。隧道總長約2 518 m，其中盾構(gòu)段長約1 575 m。確定隧道的盾構(gòu)內(nèi)直徑為13.3 m，外徑為14.5 m，管片厚度為0.6 m，明挖暗埋段長約401.7 m，U形槽段長約497.3 m[4]。

由表1綜合比選可知，從工程對既有鐵路運(yùn)營的影響、施工難度及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，該工程跨鐵路編組站采用（80+140+556+140+80）m雙塔斜拉橋方案的綜合優(yōu)勢明顯。

3 橋梁設(shè)計(jì)

主橋采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案，橋長996 m，橋面寬40.5 m，索塔采用獨(dú)柱型塔，主梁支撐于索塔下方牛腿，橋梁結(jié)構(gòu)體系為半漂浮體系。

3.1 主梁

主梁采用整體鋼箱梁，為兩側(cè)帶懸臂的單箱三室截面。箱梁頂寬40.5 m（含兩側(cè)懸臂），底寬27 m，梁高3.5 m，懸臂長4.25 m。斜拉索錨固于兩道中腹板形成的中央腔室內(nèi)，主梁橫斷面布置如圖4所示。橋塔所在位置，去除中央腔室頂?shù)装?，便于索塔從中間穿出。

頂板厚16 mm，頂板在行車道范圍采用厚8 mm的U形加勁肋，基本間距為600 mm，在中央分隔帶、行人和非機(jī)動車道等非行車帶范圍采用高160 mm厚14 mm的直板肋。

底板包括水平底板和斜底板兩部分，兩者交匯彎折處通過冷彎形成，均采用厚6 mm的梯形肋加勁，梯形肋基本間距為800 mm。

錨固腹板采用30 mm厚的鋼板，設(shè)置了五道全鋼箱梁貫穿的240 mm×24 mm的水平加勁肋。

索梁錨固構(gòu)造采用鋼箱式，錨箱安裝在錨固腹板內(nèi)側(cè)，并與其焊成一體。

3.2 主塔

索塔采用“火炬”造型的獨(dú)柱型橋塔，塔底以上索塔全高為150.7 m，塔身上部113 m采用鋼結(jié)構(gòu)，下部37.7 m采用混凝土結(jié)構(gòu)。梁底設(shè)有變截面混凝土牛腿。

索塔縱橫向采用變截面。斜拉索與主梁間的縱向水平夾角最小約為24.1°，主塔結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：

3.3 斜拉索

斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 770 MPa的鍍鋅平行鋼絲拉索，成品索計(jì)算彈性模量采用1.97×105 MPa，空間雙索面體系，扇形布置，全橋共72對斜拉索（144根），張拉端設(shè)置在塔內(nèi)。斜拉索在梁上的索距為15 m。

3.4 墩身及基礎(chǔ)

兩索塔承臺尺寸為26.5 m×26.5 m×5 m（順橋向×橫橋向×厚度），塔座尺寸為21 m×21 m×3 m（順橋向×橫橋向×厚度），承臺與塔座間設(shè)有1.5 m高的球鉸安裝空間，樁基礎(chǔ)采用2.5 m的鉆孔灌注樁。

3.5 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由承重系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)等組成，轉(zhuǎn)體時(shí)的最大噸位為3萬噸，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的立面及平面布置圖見圖6、圖7[5-6]所示。

3.5 施工方案

轉(zhuǎn)體前以平行于鐵路編組站支架拼裝鋼箱梁施工，后采用轉(zhuǎn)體法施工，跨中設(shè)合龍口，轉(zhuǎn)體施工示意圖如圖8[7-8]所示：

3.6 結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

1）恒載：包含自重和二期恒載。

2）活載：汽車荷載按城-A級，考慮1.3倍的跨鐵路活載安全系數(shù)。

3）溫度：整體升降溫±30℃，斜拉索與主梁、索塔間的溫差取±10℃，索塔單側(cè)±5℃。

4）沉降：索塔基礎(chǔ)不均勻沉降按3 cm考慮，連接墩及輔助墩的基礎(chǔ)按1 cm考慮[9]。

（2）計(jì)算模型。

采用Midas軟件建立空間有限元模型如圖9所示，主梁及索塔采用梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元模擬，下部結(jié)構(gòu)樁土作用通過剛度矩陣模擬。

（3）主要計(jì)算結(jié)果。

考慮最不利荷載工況組合下，主橋活載作用下主梁的最大豎向位移為67.1 cm，撓跨比為1/829，基本組合下混凝土塔的最大組合應(yīng)力為16 MPa，主梁最大組合應(yīng)力為169.4 MPa，鋼塔最大組合應(yīng)力為217 MPa，混凝土塔最大組合應(yīng)力為16 MPa，結(jié)構(gòu)受力均滿足規(guī)范要求[10]。

4 結(jié)語

該市政工程跨越鐵路編組站采用的橋梁方案對既有鐵路編組站影響較小、施工工藝成熟，涉鐵安全風(fēng)險(xiǎn)可控。上跨編組站主橋采用（80+140+556+140+80）m雙塔雙索面的鋼箱梁斜拉橋方案，采用轉(zhuǎn)體法施工，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明該橋型方案受力合理，綜合優(yōu)勢明顯。

圖10 主橋成橋效果圖

參考文獻(xiàn)

[1]周繼，張曉江，田芳.城市快速通道跨越鐵路大型編組站橋梁方案比選研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2016（5）：59-64.

[2]周繼.鄭州農(nóng)業(yè)路上跨鐵路編組站立交橋方案設(shè)計(jì)[J].世界橋梁，2016（2）：7-11.

[3]史娣.武漢二環(huán)線上跨鐵路立交橋總體設(shè)計(jì)[J].世界橋梁，2015（1） ：7-10.

[4]曹全，郝超，趙輝．秦皇島北環(huán)路上跨鐵路立交橋工程方案設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2013（3）：94-98.

[5]吳帥峰．姑嫂樹路跨鐵路立交橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2014（4）：80-84.

[6]王富君.跨既有鐵路矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)體施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（3）：58-61.

[7]徐升橋，陳國立，柳學(xué)發(fā)，等．北京市五環(huán)路曲線斜拉橋轉(zhuǎn)體施工設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003（10）：1-5．

[8]周廣偉，黃龍華．橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].華東公路，2007（3）：8-10.

[9]王新國，周繼，嚴(yán)定國，等．武漢市楊泗港快速通道轉(zhuǎn)體斜拉橋設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2019（63）：70-76.

[10]程飛，張琪峰，王景全．我國橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（6）：67-71.