既有线铁路框架桥改造设计

杨 涛

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)

1 概述

唐山市龙泽南路(复兴路)作为城市主干道，担负着城市交通的重要功能，承担着区片内部的主要交通联系，是城市道路骨架的重要组成部分。现状龙泽南路(复兴路)与七滦铁路交叉处为一座2-6.8 mπ形梁桥和2座1-6.0 m框架桥组成的立体交叉体系(见图1)，其中π形梁桥梁的材料钢筋混凝土，墩台材料为混凝土;既有框架桥材料为钢筋混凝土。随着城市的发展，该处成为制约城市交通发展的瓶颈。为了改善市内交通，现对该处的立交桥进行改造，在原址顶进一座新的框架桥。

图1 既有铁路桥梁构造图(单位:cm)

2 工程概况

2.1 道路基本概况

复兴路机动车车道为双向四车道，两侧为辅路机动车道以及人行道。断面布置4.75 m人行及非机动车道+7.5 m辅道+0.5 m挡墙+0.5 m护轮带+8.5 m机动车道+8.5 m机动车道+0.5 m护轮带+0.5 m挡墙+7.5 m辅道+4.75 m人行及非机动车道。断面全宽43 m。

道路等级:城市主干道，计算行车速度V=50 km/h;最小使用净高:主路机动车道5.1 m;辅路机动车道5.1 m;非机动车道3.5 m。

2.2 既有铁路情况

桥址位于七滦铁路唐山南站与开平站之间的区间线路上。桥址处共有铁路三股道，从北往南依次为石山线、七滦铁路下行线、七滦铁路上行线，线间距分别为4.6 m和4.1 m。

石山线为单线非电气化铁路，50 kg/m钢轨，位于既有桥上为木枕，其余为钢筋混凝土枕，直线区段，线路纵坡为1.0‰下坡［1］。路基填方高度约为0～1 m。桥位处大里程侧有一组12号道岔，距离新建框架桥边缘约52.9 m。

七滦铁路为双线非电气化铁路，60 kg/m钢轨，无缝线路，钢筋混凝土枕，直线区段，线路纵坡为1.0‰下坡。路基填方高度约为0～1 m。

铁路南侧距离七滦铁路上行线中心约3.8 m处有两条直径0.3 m的水管，水管与铁路并行布置，放置于既有框架桥和梁桥顶，两端设置检查井，井深约2.0 m。在框架桥顶进施工前水管须予以改移。

铁路南侧距离七滦铁路上行线中心约3.8 m为贯通电源线，其中贯通009#杆位于新建框架桥范围内，施工前对其进行改移。

铁路两侧路基上及坡脚处敷设有铁路光、电缆等通信、信号设备。

2.3 地质情况［2］

在勘探深度范围内，地层自上而下依次为:第四系全新统的杂填土(Q4ml)、第四系晚更新世冲洪积成因(Q3al+pl)的粉质粘土、粉土、粉细砂、中砂、圆砾土等。

框架桥基底位于粉细砂层上(土层编号④)，地基基本承载力为210 kPa。

地下水稳定水位埋深介于9.4～15.0 m，绝对标高介于2.20～5.35 m之间。地下水位年变化幅度在1.0 m左右。标准冻结深度为0.80 m。

3 框架桥设计［3］

根据现场情况，在不中断铁路运营的情况下，道路下穿七滦铁路处采用顶进框架桥的形式［4］。

3.1 框架桥主体结构设计

框架桥采用三孔连体式框架结构，净跨为13.5-18.5-18 m，框架桥中心线与铁路中心线交角为71.9°，框架桥顶板顶面距石山铁路钢轨底面0.56 m、距离七滦铁路上下行线分别0.80 m和0.84 m［5］。框架桥结构总高度8.7 m，结构净高6.5 m，顶板厚1.05 m，底板厚1.15 m，边墙厚为1.05 m，中墙厚为1.0 m，顶板加腋均采用0.6 m×1.8 m，框架桥全长为27.7 m。(以上尺寸均为正截面尺寸)。见图2、图3，与既有桥的相对位置见图4。

图2 框架桥横断面(单位:cm)

3.2 工作坑及后背设计［6］

根据现场条件，框架桥采用顶进法施工，工作坑设在铁路西北侧，由西北向东南顶进。

框架顶进质量:10 130 t，最大顶力:15 195 t，顶进行程46.5 m。框架桥在滑板上预制，混凝土强度达到设计强度后，开始顶进。

图3 框架桥中心纵断面(单位:cm)

图4 新旧桥相对位置关系示意图(单位:cm)

工作坑采用放坡开挖的形式，工作坑坡顶距离最外侧铁路路基坡脚之间为5.0 m防汛平台，基坑靠近路基侧边坡坡率为1∶1.5，南侧另外两侧边坡坡率为1∶1，北侧边坡坡率为1∶0.75。由于工作坑北侧边坡顶临近住宅楼，为了充分保证四周建筑物，设计中工作坑采用直径1.25 m的钻孔桩防护，间距1.5 m，桩长18 m。工作坑边坡均采用挂网喷混凝土防护。

滑板采用C25混凝土，厚度为0.2 m，滑板底设碎石垫层和锚梁，碎石垫层厚0.2 m，滑板底以下锚梁深0.5 m。

工作坑后背按照可能出现的最不利情况，采用桩径为1.25 m钻孔桩加钢筋混凝土后背梁的形式。桩长18 m，间距1.5 m。桩顶设置冠梁，使之连为一体，更好的发挥其作用。经检算，该后背有足够的安全储备。

基坑开挖完成后，在基坑四角设置集水井，两侧设置排水沟，集水井内安放清水泵及时抽水，保持基坑内干燥。

3.3 线路加固设计

线路加固系统:3-5-3扣吊轨梁和横抬纵挑法布置的工字钢纵横梁以及路基防护桩、支撑桩、抗横移桩及顶梁组成线路加固系统(满足列车慢行45 km/h的要求)。

线路防横移措施:框架顶板预制时在尾部每隔3 m设置拉环，采用倒链与线路加固系统联系在一起，随顶进随拉紧倒链，桥外部分设地锚拉紧线路;路基对侧设抗横移桩。

4 既有桥拆除

4.1 既有梁桥拆除方案

(1)梁桥下采用浆砌片石砌至梁底;

(2)向铁路主管部门要封闭线路大点，拆除既有梁［7］;

(3)回填级配碎石，恢复线路;

(4)随着框架桥顶进时，拆除既有桥墩台、浆砌片石和级配碎石。

4.2 既有框架桥拆除方案

(1)在既有框架内搭设好枕木支撑;

(2)分段将既有框架桥顶板和边墙在顶板加腋下1.0 m处水平切割分离;

(3)从分段处将既有框架桥顶板和边墙环向切割，切割采用钢线式混凝土切割机，分段长度不大于1 m;

(4)随新框架桥顶进时凿除既有框架桥顶板和上部边墙，并拆除枕木支撑;

(5)顶进到既有框架桥分段处时，凿除既有框架桥剩余边墙和底板，完成该段顶进作业;

(6)以此循环作业，直至顶进到位。

既有框架桥拆除侧面图见图5。

图5 既有框架桥拆除侧面图

5 设计中重点解决的技术问题

5.1 合理的孔跨布置，方便旧桥拆除

(1)根据道路横断面，边孔孔径应为12.5 m。但是由于桥位处道路为曲线地段，曲线半径260.5 m，为防止框架桥边墙侵入道路界限，新建框架桥左侧边孔采用13.5 m。.

(2)新建框架桥右侧边孔处有为一座既有1-6.0 m框架桥，如果按边孔13.5 m考虑，该框架桥的拆除难度较大，对铁路运营干扰大。在不中断该铁路运营的前提下，为满足拆除既有桥施工工艺要求，右侧边孔采用18 m，使既有框架桥位于右侧边孔孔内。

结合道路横断面和各种因素，最终采用三孔13.5+18.5+18 m框架桥。

5.2 合理的电缆槽布置

由于既有线路基及坡脚处铁路设备及管线较多，铁路南侧距离七滦铁路上行线中心约3.8 m处有两条直径0.3 m的水管，水管与铁路并行布置，放置于既有框架桥和梁桥顶。设计中出了除了设置两侧正常的电缆槽外，在南侧专门设置了1.4 m×0.65 m水管防护箱涵及0.4 m×0.3 m电力通道管，解决了各种铁路设备间共用电缆槽的问题。施工过程中对临时供水管进行了专门的改线设计，桥梁施工完成后，投入正式运营的管线仍从桥上设置的防护涵通过，沿七滦铁路敷设。

5.3 合理的道砟层厚度，方便线路加固要求

桥位处三股道相对高差较大，且轨底与既有框架桥顶板顶高度较小。石山线轨底到既有1-6.0 m框架桥顶板顶最小距离为0.33 m，无法满足线路加固要求，因此对石山铁路进行永久抬道。该桥顺线路长度按50 m计算，桥位处实测抬高最小为24 cm，既有线路向滦县方向为2.1‰的下坡，向七道桥方向为0.5‰下坡。该线路按3‰坡度顺坡，根据既有线路坡度及既有道床情况，向两侧的顺坡长度按每侧135 m计算，需要抬道总长度为320 m。其中向滦县方向涉及既有道岔一组，也需要同时抬道，并且岔线方向同样需要抬道，以保持道岔平顺良好。

抬道后石山铁路桥位处轨底与七滦铁路下行线等高，距离既有框架桥顶板顶57 cm，满足加固要求。

5.4 合理的拆桥方案，最大限度的减小对铁路运营的干扰

(1)根据地勘资料，桥位处为粉砂、粉细砂土层，为防止路基在顶进过程中坍塌，在拆梁之前框架桥桥区及两侧路基需进行注浆固化。且由于石山铁路需要抬道，因此路基注浆应该提前，使抬道后的石山铁路路基有个稳定期［8］。

(2)为了减少土对既有框架桥顶板的摩阻力，需采用措施将桥两侧土体挖除，并注入泥浆。挖除桥两侧土体时，为防止铁路路基坍塌，需采取钢管支架对路基进行临时加固处理。

(3)为了防止浆砌片石拆除过程中突然坍塌，抗横移桩与既有梁桥间也应该砌筑浆砌片石［9］。

(4)抗横移桩后需回填土至与抗横移桩顶齐平以保证吊车站位。

6 结语

唐山市龙泽南路(复兴路)下穿七滦铁路立交桥改造工程，由于轨道轨面高差大，既有建筑物多，涉及到拆桥和抬道等技术困难，设计时需要考虑的因素多，设计上有较大的创新。通过合理布孔，线路加固和工作坑防护及路基注浆的优化设计，达到了预期的效果。从现场实施情况来看，该桥设计合理，把对铁路运营的干扰和对周围建筑物的影响降到最低，为以后类似复杂的既有线桥梁改造积累了宝贵的经验。

［1］中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［3］铁道第四勘察设计院桥隧处.桥涵顶进设计与施工［M］.北京:中国铁道出版社，1983.

［4］北京铁路局.京铁师［1993］491号顶进式框架立交桥设计、施工若干规定［R］.北京:北京铁路局，1993.

［5］北京铁路局.京铁师［2005］455号营业线施工管理及安全实施细则［R］.北京:北京铁路局，2005.

［6］中华人民共和国铁道部.铁办［2005］133号铁路营业线施工和安全管理规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［7］北京铁路局.［2005］108号北京铁路局路外工程管理办法［R］.北京:北京铁路局，2005.

［8］中华人民共和国铁道部.TB10005—2010铁路混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［9］中华人民共和国建设部.CJJ74—1999城镇地道桥顶进施工及验收规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，1999.