潍坊跨座式单轨线路与既有铁路交叉方案研究

程 远 吴迎辰

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

1 概述

1.1 项目概况

跨座式单轨是一种城市轨道交通制式,以高架敷设为主,具有爬坡大、转弯半径小、地形适应能力强和占地少等优点,具有良好的经济性和环境适应性,适合中等规模城市交通发展需求[1-2]。

国内众多学者对城市轨道交通选线进行研究。管靖利用多因素综合比选的方法,提出多项线路走向比选的影响因素[3];夏志新等剖析高架线路对城市景观的影响,提出与城市景观协调统一的设计理念和建设原则[4];罗劲文结合西安市跨座式单轨旅游示范线,探讨了跨座式单轨交通线路方案选择原则,从工程投资、工程实施难度、文物保护遗址的干扰、吸引客流等方面对局部线路方案进行全面分析、综合比选[5];吕昌明利用经验总结方法,研究重庆单轨线路设计的经验教训[6];赵晓娟等采用综合比选方法研究线路与铁路交叉的位置及形式[7]。不难看出,单轨选线应兼顾旅客出行便利、工程经济和环境影响的要求,而交叉位置的选择应与线路选线方案相协调。

确定交叉位置后,还需选择适宜的交叉方式和工法,以满足对铁路运输影响小、工程风险可控、安全性要求高等要求。张瑜明利用案例分析方法,研究城市轨道交通与铁路交叉方案的影响因素,强调方案对铁路运营安全的影响[8];朱君卿采用定性分析法比较隧道下穿方案和上跨桥梁方案,并对桥梁结构形式进行了研究[9];周宏慧研究上跨铁路桥梁跨度、桥面高程及桥墩结构[10];李鹏等研究立交方案的综合比选案例[11];吴宇对转体法上跨铁路的施工程序和控制要点进行介绍[12]。综上所述,轨道交通与铁路交叉方案的研究重点是降低工程实施方案对铁路运输时长、运行安全的影响。

在前人研究的基础上,采用综合分析比选方法,从规划、客流、工程、经济、安全等方面对潍坊轨道交通1 号线一期工程铁路交叉方案进行比选[13],以期在建筑密集、空间狭小的复杂城市环境下满足多方面要求,

1.2 研究原则

(1)注重发挥跨座式单轨制式特点,线路敷设应首选高架线。在特殊地段,经技术经济比较,可采用局部地下线或地面线[14]。

(2)注重线路选线的可行性,充分考虑行车组织、站位布置、工程实施难度与风险、对交通和环境的影响、拆迁、工程造价、社会影响等因素,合理确定线站位和敷设方式。

(3)满足铁路行车安全及在施工过程中不中断铁路行车的要求,尽可能减少对铁路运输的干扰,不恶化铁路现状条件,不影响铁路在建和拟建项目的实施。

(4)工程方案应保证施工、运营及维护期间不影响铁路运营,符合铁路管理部门的有关要求。

(5)注重景观协调性。合理选择高架段落线路高度和平纵线形,为轨道交通乘客、道路交通使用者和沿线居民营造良好的空间感和景观协调性。

2 线路方案研究

2.1 线路走向

潍坊轨道交通1 号线一期工程线路呈南北向走行,经潍坊火车站,与东西向的胶济铁路通道交叉(见图1)。

图1 轨道交通线路与既有铁路交叉示意

2.2 影响因素分析

(1)铁路影响因素

铁路通道内有胶济铁路、胶济客专和坊子专用线3 条铁路线,总占地宽度为80～120 m。主要影响因素包括火车站、车站咽喉区路基、多处跨路框架桥和跨河桥。铁路北侧为房建车间及工务段桥梁车间。

(2)非铁路影响因素

①周边现状及规划

现状铁路以南多处于待开发区域,规划以居住用地、商业金融业用地和公共绿地为主,铁路以北商业开发成熟,局部有密集居住区,规划以商业金融、居住用地为主。

②沿线道路条件

线路可供选择的南北向通道共有4 条,自西向东分别为向阳路、和平路、青年路和白浪河西岸通道。3 条道路均为城市次干道,两侧客流点较密集。白浪河西岸分布有居住区、公园和部分商业区,沿河布设城市绿带(见表1)。

表1 沿线道路条件

③周边地下人防商业街分布

向阳路、和平路、胜利街、V1 购物广场和风筝广场地下均分布有人防商业街,影响线路敷设。

④火车站南广场

火车站南广场正在建设,其中站前广场地下空间结构已实施,地块西侧为规划公交长途车站,东侧为南大营工业遗迹。

2.3 线路与铁路交叉方案

综合沿线规划、客流、工程实施条件,研究了沿向阳路方案、沿和平路方案、沿青年路方案和沿白浪河西岸方案(见图2)。

图2 线路与铁路交叉方案平面

沿向阳路方案、沿和平路方案拆迁量大,可实施性差,研究后予以舍弃。沿青年路方案客流吸引条件较好,且绕避地下人防工程,房屋拆迁量小,工程可实施性强;沿白浪河西岸方案客流吸引条件较差,绕避了地下人防工程,且房屋拆迁量较小,工程可实施性一般。

(1)方案说明

结合青年路通道和白浪河西岸通道,综合考虑线路与铁路交叉的敷设方式,进一步研究了3 个方案。

①方案一(沿青年路西侧上跨铁路方案)

线路高架敷设,沿青年路西侧采用110 m 大跨度斜拉桥上跨铁路,车站需设置为高架站。

②方案二(沿青年路西侧下穿铁路路基方案)

线路地下敷设,沿青年路西侧盾构下穿火车站东咽喉路基段(轨道交通与铁路跨青年路框架结构净距保持1 倍洞径),之后自道路路中设U 形槽过渡段转为高架敷设。车站需设置为地下站。

③方案三(沿白浪河西岸下穿铁路方案)

线路地下敷设,受工程实施条件限制,于白浪河西岸左右线绕行盾构下穿铁路。其中,右线自铁路桥桥孔下通过(轨道交通距离铁路桥承台边缘最近处净距3 m),左线自火车站东咽喉路基段盾构下穿(轨道交通与铁路跨青年路框架结构净距保持1 倍洞径),之后双线并行自白浪河西岸设U 形槽转为高架敷设。车站需设置为地下站。

(2)方案比选

方案三轨道交通近距离下穿铁路扩大基础和桩基础桥台,最近处净距仅3.0 m,工程风险高,且沿白浪河通道设站客流吸引条件较差。方案一、方案二工程风险较方案三低,沿青年路设站客流吸引条件较好,更契合轨道交通规划建设的要求,故推荐沿青年路方案[15]。

3 铁路交叉桥隧方案研究

3.1 桥跨设计方案

(1)设计要点

①为尽量减少铁路交叉工程施工及运营过程中对铁路运营安全、运输干扰、设施设备迁改防护等构成不必要的影响,决定采用桥梁转体法跨越铁路。转体前,梁部首先平行于铁路满堂支架浇筑达转体长度,采用汽车吊将单榀轨道梁架设就位,于铁路维修天窗时段墩底转体就位,先合龙中跨,在转体施工的过程中,同步浇筑边跨现浇梁段,再合龙边跨。

②上跨铁路的桥梁桥面按要求封闭并设置防抛网,防抛网高度不小于2.5 m。铁路上方不设置泄水管,采用纵向排水,将雨水排到铁路外,然后采用PVC管引入道路排水系统。

③跨铁路范围内,桥上外露金属应设置可靠的接地措施。

④为防止转体施工时异物掉落股道,在桥下铁路线上铺设彩条布,待要点结束前撤出铁路外。

⑤距离铁路桥墩较近的承台基坑开挖时,应采用钻孔桩或钢板桩等有效的防护措施。

(2)设计方案

采用(65+110+65) m 转体斜拉桥跨胶济铁路和胶济客专,斜拉桥转体梁长为(54+54) m,转体角度分别为顺时针旋转84°和逆时针96°。

斜拉桥上布置的简支PC 轨道梁(采用矩形截面),梁体高度为1.4 m,宽度为0.7 m,采用铸钢抗拉支座连接斜拉桥主梁和简支PC 轨道梁。斜拉桥全长241.5 m,两主塔均采用塔、梁固结体系,索塔高度与中跨跨度之比为0.27(见图3、图4)。

图3 跨胶济铁路、胶济客专平面(单位:m)

图4 跨胶济铁路、胶济客专处立面(高程单位:m;其余:cm)

3.2 隧道下穿方案

(1)设计要点

①区间采取盾构法施工,盾构管片净距不小于1 倍洞径,管片埋深不小于1 倍洞径。

②下穿既有铁路必然会引起上面铁路路基和轨道产生变形。需对盾构下穿路基段采取地基注浆加固和旋喷桩隔离措施,影响范围内的铁路轨道和道岔采取扣轨加固措施。

③对穿越铁路段的盾构管片进行特殊设计,增加补偿注浆孔并适当加强配筋。

④车站咽喉区设施设备众多、地质条件复杂,稍有不当,就会使下穿项目范围内的铁路设施及管网等因地面沉降而发生故障,影响其正常使用和安全。其中铁路道岔区对沉降尤为敏感,如不能及时采取应对措施,将严重危及铁路行车的安全。因此,施工前应对铁路进行详细调查,开展检测和评估,确定变形控制值和监测控制值,制定严格的监控报警方案。

⑤下穿铁路前总结试掘进经验参数,并做好施工过程控制。

⑥加强施工过程中的信息化管理,根据监测数据和地层变化情况,及时调整施工参数,避免危及铁路行车运营安全。

(2)设计方案

采用盾构法施工,盾构外径6.6 m,自火车站始发,在青年路路中设置盾构井接收。穿越铁路段采取地层加固和铁路线扣轨加固措施。线路与铁路线交叉角度为84°～90°,线间距为14.0～15.5 m,采用24‰的上坡穿越铁路,穿越段的盾构管片顶距离地面13.04～13.77 m(见图5、图6)。

图5 下穿胶济铁路、胶济客专处平面(单位:m)

图6 盾构侧穿青年路框架桥涵横断面(高程单位:m;其余:mm)

3.3 方案比选

两方案优缺点分析见表2。

表2 方案优缺点比较

3.4 推荐意见

沿青年路西侧上跨方案采用转体法施工,并采取相应防护措施可消除施工期间对铁路的不利影响,施工技术难度相对较小,对交叉点处的铁路设备影响较小,对待开发地块和潍坊桥梁车间主体建筑几乎无影响,对现状道路和规划道路影响较小;下穿铁路路基方案盾构下穿铁路咽喉区,管片顶埋深13.4～13.77 m,根据地质钻孔资料,洞身处于全风化和强风化的玄武岩中,拱顶以上地层分别为全风化玄武岩、粉质黏土和素填土,盾构掘进过程中会对土体产生扰动,若控制不当容易引起铁路结构变形超限,危及行车安全。综上,推荐青年路西侧上跨铁路方案。

4 施工组织

桥梁基础采用钻孔灌注桩,现浇承台及墩柱,斜拉桥主梁采用满堂支架浇筑、转体跨越铁路。

结合本工程特点,安排按照征地拆迁、管线迁改等前期施工准备时间为90 d,基础工程、桥墩工程、转体斜拉桥满堂支架浇筑工程时间为216 d,转体施工3 d,斜拉桥合龙施工15 d,PC 轨道梁安装架设以及桥面铺装和其它附属工程共需36 d,在无干扰的情况下,本桥工期为360 d。

5 结语

(1)跨座式单轨线路与铁路交叉位置的选择,既是线路选线的重要影响因素,又受线路综合选线的限制。应充分发挥跨座式单轨爬坡大、转弯半径小、地形适应能力强等优势,结合交叉处铁路工点及路内建筑、周边现状及规划、道路条件、地上及地下建构筑物分布等情况,应采用客流吸引条件好、城市空间及环境影响小的线路方案,选择交叉角度大、距离短、工程经济的交叉位置。

(2)单轨线路与铁路的交叉方式,结合单轨自身的特点一般采用桥梁上跨铁路;若高架条件受限,亦可采用隧道下穿方案。交叉节点方案应考虑工程对铁路及附属设施的影响、轨道交通车站设置及枢纽换乘、景观效果和舒适性、对市政道路的影响等因素,采用对铁路运输影响小、安全风险低的工程方案。