城市复杂地段小半径匝道跨越客专铁路方案研究

董李军

（中铁六局集团路桥建设有限公司，山西 晋中 030600）

0 工程概况

北中环涧河立交互通工程为太原市拟建中环线与涧河路相交处的互通工程，包括北中环和建设路五条主线及六条匝道。其中SE匝道为整个立交工程从南到东的匝道，沿道路走向，自西向东需依次跨越石太下行、石太客专上行、石太客专下行、石太下行等铁路。上跨的四条铁路均为电气化铁路，线间距分别为5.32m，5.08m，5.31m。桥址位于太原东站和太原北站之间，距离太原东站约1.6km。石太客专和石太线行车间隔小，最长间隔为20分钟。客专列车一般在白天通过，每晚有90分钟的天窗点。施工时若中断列车运行、封锁客专线的可能性较小，只能利用天窗点进行施工。

SE桥东南角有一18层高层住宅楼，桥下有一座市政泵站，仍在利用中。SE北侧为已通车的东西走向北中环桥WE和EW。受东南角高层无法拆迁所限制，SE线路位于曲线上，曲线半径55m。为满足铁路限界要求桥梁孔跨较大，因此梁部宜采用钢箱梁。根据以往桥梁建设经验以及所跨越铁路运营繁忙的特点，考虑桥跨在经济合理条件下尽可能做到对铁路影响最小，本次跨铁路处主桥设计为整孔吊装架设钢箱梁与转体刚构两套方案进行对比。

1 拟定的吊装和转体两套设计方案

1.1 方案一：整孔吊装架设钢箱梁

本方案上部结构为 （21.996+28+40）m等梁高混凝土-钢混合箱梁，中跨T3墩小里程侧5m为混合梁的连接处，其中（21.996+23）m段为预应力混凝土箱梁，（5+40）m段为钢箱梁，全桥长89.996m。桥梁为整幅设桥，桥面宽8.0m。

1.1.1 桥梁主体结构

主桥上部结构箱梁采用单箱双室截面，下部结构墩柱采用花瓶形墩，墩柱下接承台，钻孔灌注桩基础。

1.1.2 桥梁与铁路的相对关系

施工及运营阶段梁底高于接触网硬横梁顶约3.73m，墩柱至石太铁路最小距离11.2m，为既有石太预留了足够的空间。

1.1.3 施工方案

由工厂预制焊接45m钢箱梁，待与铁路部门沟通协商后，确定吊装时间，将钢箱梁用200T的运梁车，行走在WE主线上，在SE匝道旁侧停靠。吊装时采用一台500t汽车吊及一台350t履带式起重机，500t汽车吊位于桥下小里程侧，350t履带式起重机置于大里程侧主线桥上。吊装整体重量约为200t，从主线桥面上提升3.5m，平移至桥位，确保一次吊装准确就位。

1.2 方案二：转体施工T型刚构

转体施工T型刚构具体布置如下：（45+44.996）m转体施工T型刚构，转体墩位于既有铁路西侧。上部结构为（45+44.996）m变高度钢结构箱梁转体T构，梁全长89.996m，转体部分跨径组合为（42.5+42.5)m，预留后拼段2.5（2.496）m；桥梁为整幅设桥，桥面宽8.0m。墩梁固结，完成预制后向铁路部门要点90分钟，一次转体就位，再现场拼接边跨2.5m后拼段。

1.2.1 桥梁主体结构

主桥上部结构箱梁采用单箱双室截面，下部结构主墩采用矩形墩，墩柱下接转动系统、承台，钻孔灌注桩基础。转体系统转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成。

1.2.2 桥梁与铁路的相对关系

钢箱梁预拼时梁边缘距既有铁路中线最小距离9.7m；转体过程中梁底高于接触网硬横梁顶约3.26m，预留了足够的空间；转体后钢箱梁后拼段边缘距铁路中心6.8m；成桥后桥墩到石太下行铁路最小距离为14.2m。

表1

1.2.3 转体刚构指导性施工方案

（1）改移或改造与施工相干扰的光缆、电线等设施，场地整平，施工中墩桩基，开挖基坑，施工下转盘。

（2）施工中墩上转盘及墩身，顺铁路两侧施工支架基础，搭设支架，采用1.2倍主梁重预压支架。

（3）支架上拼装钢箱梁，浇筑桥面外侧防撞护栏，安装防护屏。

（4）拆除支架，使T构处于悬臂状态。

（5）对转体结构进行称重，实测其重心位置，必要时进行配重。

（6）对转体结构进行试转，确定转体的各项参数。

（7）向铁路部门申请要点，暂时性中断铁路运营。进行转体，速度0.018～0.02rad/min，一次转体就位，转体94o转体作业时间约90分钟。

（8）锁定上下转盘，对转体结构进行固封。

（9）搭设支架施工后拼段，桥面系施工，成桥。

2 整孔吊装架设钢梁与转体刚构的方案比选

2.1 两种方案各方面的比较

2.2 整体架设钢梁方案行走在WE主线时的检算

采用整体架设钢梁时，采用200T的运梁炮车运梁。行走路线为在涧河立交东区WE主线上上桥，从WE—U10联上桥，经过WE—U9和WE—U8，停留在WE主线转体桥上，用吊车将梁体吊装到位。以运梁车行走在WE—U8为例，检算运梁车在WE主线桥上行走的可能性。

本模型取WE-U08第一跨跨中处梁段。桥面板横向框架按照一次落架的施工方法采用平面杆系理论进行计算，沿主梁纵向取出1m宽度，将车轮荷载按纵向有效分布宽度计算出作用在纵向每延米桥面板的荷载值，在其实际作用范围按最不利加载，根据荷载组合要求的内容进行极限承载力、应力和裂缝宽度计算。桥面板按A类预应力混凝土构件验算结构极限承载力及在使用阶段应力是否符合规范要求；腹板及底板按照钢筋混凝土构件验算裂缝宽度是否满足规范要求。本联预应力混凝土连续箱梁跨中断面为计算对象，该断面位置顶、底板厚220mm，腹板厚450m。顶、底、腹板均采用平面杆系单元，箱梁框架计算模型见图1。

图1 箱梁框架计算模型

恒载包括桥梁纵向1m节段自重、防撞护栏、中央分隔带、桥面铺装及收缩徐变，活载仅计入起吊机特种荷载，温度荷载按照内外温差0.8m。

履带吊车纵桥向为均布荷载，按照最大起重350t计算其最大均布力计算如下：

吊车总重=280t（吊车自重）+350t（起吊重量）+125t（配重）+50（车身压重）=805t=8050kN

最大弯矩：350t*5m*sin（18°）=540tm=5400kNm

最 大 均 布 力 =（8050kN/11.55m+5400kNm/11.5m/11.5m*12）/2=593.5kN/m

取1m的计算模型，特种荷载按照首轮重593.5kN，第二轮重593.5kN，进行加载；

此箱梁节段位置底板上层配筋：Φ16@150，下层配筋：Φ16@150。经计算，得短期效应组合下箱梁框架裂缝宽度如下图所示。图中裂缝宽度单位以mm计。

图2 在短期效应组合下裂缝宽度

根据 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中第6.4.2条，钢筋混凝土构件计算的最大裂缝宽度不应超过下列规定的限值：

Ⅰ类和Ⅱ类环境：0.20mm

由以上计算结果可知，箱梁顶底板最大裂缝宽度远远高于规范限制，不可行。

综上，通过对比，可以得知，采用吊装方案时，桥梁的施工及设计均属常规，结构简单，受力明确，难度较小。但受制因素较多，一是受制于桥梁运输通道，二是施工中容易受制于大型设备。另外施工时向铁路部门要点多，对铁路的运营影响较大。吊装时，在铁路上方施工，状况复杂，不稳定，安全保障小。采用T构转体方案时，桥梁的受力结构复杂，但受制因素较小，对铁路的运营也较小。经过专家会议评审，最终确定采取T构转体方案。

3 T构转体设计情况及施工工序

3.1 SE匝道T构转体最终设计情况

确定为T构转体方案后，由铁三院对桥进行设计。设计基本按照原方案执行。

SE匝道转体主墩位于四条铁路线西侧，基础采用5根桩径为1.5m钻孔灌注桩基础，桩长65m。承台基坑采用钻孔桩全封闭防护护护桩外侧设置双排高压旋喷桩止水帷幕，防止基坑开挖降水造成铁路下路基沉降。

承台分为下承台、转体系统、上转盘、上承台四个部分。墩身采用钢筋混凝土结构，外包一层3cm厚钢板。承台、墩身及箱梁连接采用40根Φ25mm精轧螺纹钢连接，底端预埋进上承台内1.2m，顶端预埋进钢箱梁内2m，钢箱梁中间段拼装完毕后进行张拉，保证墩梁连接。

上部结构为45+44.996m钢箱梁T构，全长89.996m；转体部分跨径组合为42.5+42.496m，预留后拼装段2.5m。上部结构采用钢箱梁，单箱双室箱形截面。在外侧预留异物侵线装置。钢箱梁采用Q345qD钢板拼装，钢梁及墩身外表面采用铁路第七套涂装体系防腐。

3.2 T构转体桥施工工序

3.2.1 施工准备

主要进行了技术准备、现场准备、材料及机械准备，重点是同铁路部门做好前期配合，审批施工方案，签订安全协议等。

3.2.2 护桩施工

3.2.3 桩基施工、止水帷幕施工

桩基和止水帷幕施工工艺按照一般的工艺进行施工，施工时要做好对大型机械的加固，防止机械失稳倒向既有线，危及行车安全。本次施工主要采取的措施有两个，一是将钻机等大型机械施工时停留的原地面整平碾压，进行硬化，并做好远离铁路方向的2%排水坡。二是钻机作业时用风缆将钻机拉向远离铁路侧。

3.2.4 基坑开挖及支护

3.2.5 下承台施工

3.2.6 转体系统安装

转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成。涉及到以下几个工序，按照先后顺序排列为：浇注下转盘第一步砼→安装滑道支架、下球铰支架→浇注下转盘第二步砼→安装滑道、下球铰→浇注下转盘第三步砼→安装四氟乙烯滑块、上球铰→浇注上球铰内砼→上转盘砼施工。

3.2.7 上承台施工

3.2.8 转体主墩墩身施工

墩身为实心矩形墩，高12m，外包一层3cm厚钢板，内部采用钢筋混凝土压重，并在上转盘内预埋竖向Φ25mm精轧螺纹钢与钢箱梁连接，外包钢板与上转盘连接采用预埋法兰盘和锚栓进行连接，上转盘预埋法兰厚度为10mm，墩身外包钢板焊接法兰厚度为60mm，锚栓型号为M45。

由于墩身内的竖向精轧螺纹钢、墩身钢筋及外包钢板内的剪力钉互相交错，整体施工困难，所以采用分段方法进行施工：墩身钢筋分为3节即两次连接；墩身预埋精轧螺纹钢分两节即一次连接；墩身外包钢板分为四节安装，每节高度为3米；混凝土浇筑分两次浇筑。

3.2.9 钢箱梁拼装

（1）钢箱梁拼装

钢箱梁在工厂内加工成18个拼装小段，运输到工地拼装场内进行二次拼装成吊装段。箱梁总体拼装成A、B、C三个大段共7个吊装段。

A大段分为3个吊装段进行拼装，B大段分为2个吊装段进行拼装，C大段分为2个吊装段进行拼装。为保证箱梁线型拼装时将A、B、C三个大段进行总拼，总拼胎具设置2套，一套用于A大段总体拼装，另一套用于B、C大段的总体拼装。后拼段直接由工厂加工成型后运输至施工现场进行吊装。

（2）临时支架制作

在吊装前在分段部位搭设临时支架，以确保钢箱梁吊装就位后的整体稳定性，并提供节段对接焊缝的作业平台。钢箱梁拼装期间共设置6个临时支架。

临时支架基础为混凝土扩大基础，每个支架下每个钢立柱下分别有一个独立基础。钢立柱为Φ630mm钢管柱，每个临时支架设置4根，由6m、3m、1m、0.5m的标准节段组成，纵向采用法兰螺栓形式进行连接。柱间支撑采用Φ325直缝焊管制作，支撑之间用等边角钢∠75*8呈十字交叉状加固。柱顶横梁为两根I56a工字钢双拼组成。横梁顶设置垫块和50T千斤顶调节标高。主墩两侧的三个支架分别用角钢联接成一个整体。架基础安装前采用原地面碾压+换填30cm三七灰土20cm厚C20硬化层的方式进行基底处理。

图3 临时支架布置立面示意图

图4 临时支架断面图

（3）钢箱梁吊装

钢箱梁拼装成大吊装段后，由拼装场内运送至施工现场，进行吊装。将钢箱梁分为7个吊装段，采用2台500T吊车进行吊装，吊装顺序为：A-1→A-2→A-3→B-1→B-2→C-1→C-2→转体后的后拼段。 吊装前将吊车站立范围内的进行处理，原地面碾压，换填30cm厚三七灰土，并检验地基承载力达到174kPa后在硬化20cm厚C20混凝土。

3.2.10 转体施工

转体前，做好对既有线的防护工作，将东西两侧的回流线及四条铁路线的承力索安装绝缘套。完成转体部分桥面附属结构工程，并将现场拼装完的钢箱梁整体防腐涂装施工完毕。拆除砂箱，清理滑道，进行称重配重。由于梁结构的特殊性，配重在墩台上横向设置。墩身外包钢板的锚固法兰安装完毕后需浇筑封固混凝土，因此配重由三部分组成，一是先行浇筑配重侧的封锚混凝土，另一部分是称重后用配重块进行调整。配重块是规格为1.2m*0.6m*0.5m的预制混凝土配重块，每块重1.8T。第三部分是转体前对桥顶防撞护栏的浇筑范围进行明确，曲线内侧的护栏预留20米在转体完成后浇筑，以起到平衡的作用。

3.2.11 承台封固

3.2.12 后拼段施工

后拼段同梁拼装一样，下方设置支撑支架，用130T的吊车将后拼段吊装到位焊接好后才拆除支架。支架结构同主梁的支架相同。

4 总结

本工程的实践表明，在城市困难地段，受各种条件限制，需要跨越已经运营的公路、铁路时，可以采用小半径钢箱梁T构转体的方式进行跨越。这种方案有着显著的优点，地形适应条件强，对铁路或公路的运营很小，施工方法相对简单，对施工设备的要求也较小。有同类需求的地段，可以作为借鉴。

［1］邬晓光.刚架桥[M].北京：人民交通出版社，2001.

［2］孙广华.曲线梁桥计算[M].北京：人民交通出版社，1995.

［3］周念先.桥梁方案比选[J].上海：同济大学出版社，1997.

［4］JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[M].北京：人民交通出版社，2004.