市政路穿越站场多股道线路设计方案研究

邢闯锋，冯俊迎，朱卫威

（1、2、3，中铁七局集团有限公司，工程师，河南 郑州 460000）

1 工程概况

本工程位于新郑市薛店镇，规划为双向四车道的城市主干路，根据规划，友谊路穿越京广铁路建设工程亟需打通，以完善该区域路网结构。

拟建道路从东向西依次穿越到发线3 道、京广铁路下行线、京广铁路上行线、4 道、6 道、8 道，铁路线间距沿道路中心线依次为7.55 m、5.08 m、6.18 m、5.32 m、6.56 m，全部为电气化铁路，道路与京广铁路下行线相交处铁路里程为K709+970.9，道路中线与铁路交角为87.2°。轨道标高差异较大，轨顶最低处为到发线8 道，标高为155.60 m，最高处为京广下行线，标高156.23 m，相差高达63 cm。

2 工程地质概况及工程难点

2.1 工程地质概况

1）地层岩性。沿线地层主要为第四系冲洪积成因的粉砂、粉土、粉质黏土，沿线地层变化不大。

2）地下水。沿线场地水位埋深较大，稳定水位埋深在18.0 m 左右，但在勘察时第3 单元层见上层滞水，水量不大，主要为大气降水。

2.2 工程难点

1）郑州航空港区作为首个国家级航空港经济综合试验区，在“一带一路”的带领下，发展一日千里，薛店站做为航空港区后勤保障的一部分，即将升为二级物流基地，货运繁忙，对工程影响程度要求严、对工期要求高。

2）经调查查明，铁路设备情况复杂，通信、信号、电力及电气化设施均受影响，增加设计和施工难度。

3）包含股道较多，且股道间高差较大，线路架空难度高。

3 方案比选

方案选择基于以下因素考虑：①立交在施工中对铁路路基稳定性影响；②尽可能减少铁路设施迁改；③穿越方案施工时的技术要求；④道路的平面线位、纵断设计高程、道路的通行净空及一般道路横断面布置；⑤预留规划道路后期改扩建空间；⑥市政设施穿越京广铁路的安全技术要求；⑦道路的规划红线；⑧立交的规模及投资。

在道路与铁路立交工程中，首先考虑选择上跨或下穿方式，本项目中根据规划要求，新建路要与东侧薛店大道进行平交，从线路纵断方面无法满足规范要求，故主要从下穿方式进行研究。

3.1 设计荷载

1）铁路列车荷载：采用《铁路列车活载图》（TB/T3466-2016）中ZKH活载，荷载图式见图1；

图1 列车活载示意图

2）道路荷载：城-A级

3）恒载：静土压力、结构自重、附属设备自重、混凝土收缩徐变以及温度影响

4）其他：列车冲击力、制动力以及活载土压力

3.2 框构桥主体方案拟建道路考虑非机动车道以及人行道，框构桥可考虑2 孔16 m+16m 或3 孔8 m+16 m+8 m，从远期规划看，2 孔16 m+16 m 更有利于后期道路拓宽改造，推荐采用两孔结构；由于站场车辆较多，有可能会驻停在铁路架空范围内，为了最大降低施工对铁路站场的风险，减少轨下暴露范围，推荐采用分幅方法进行顶进。框架桥尺寸单孔净宽16.0 m，净高6.7 m，顶板厚1.1 m，底板厚1.2 m，边墙厚1.1 m，顶板加腋1.5m×0.5 m，底板加腋0.5 m×0.5 m，框架顶至铁路轨顶之间距离不小于1.0 m。

3.3 架空方案选择

方案一：纵横梁架空。纵横梁架空铁路是平改立工程中常用的线路架空方案，本方案采用100 号工字钢作为边纵梁，纵梁接长必须使用专用节点板及高强螺栓可靠连接；横梁采用50 c号工字钢，间距不大于0.6 m，横梁以最低处8 道为基准，通穿所有股道，横梁与钢轨间必须可靠绝缘，横梁与纵梁使用U 型螺栓进行可靠连接，横梁与轨底之间孔隙用枕木或垫块填塞。为保证整体性，在横梁间须布设枕木撑为保证线路横向稳定，在钢轨外侧与纵梁间每隔2 m 须设木支撑。

上部荷载通过纵横梁传递到下部架空支点桩上，支点桩采用直径1.5 m 的人工挖孔桩，纵向布设间距为8 m，支点处横梁采用5 片一组作为抬梁，同时设置抗横移桩和防护桩，抗横移桩用来抵抗顶进过程中的横向力，防护桩是为了保证框架结构顶进过程中，防止线路路基土体坍塌，保证铁路路基安全，防护桩设置在框架结构四角处。

本方案所需挖孔支点桩较多，顶进过程中需要进行多次支点转换，工艺复杂，施工要点多，且京广线处横梁上垫设高度达63 cm 的垫块，再加上绝缘橡胶板，垫设高度至少达65 cm，行车安全有隐患，不推荐采用。

方案二：横梁搭接法。本方案是在方案一基础上变化而成，其内容基本相同，区别在于横梁分两部分横穿所有股道，从各股道的标高看，两部分横梁搭接位置只能位于京广上行线处才能有效降低轨道高差，将横梁1 从西向东开始穿越8 道、6 道、4 道到达京广铁路上行线下方，横梁2 从东向西穿越京广铁路上下行和3 道，并在京广铁路上行线下落在横抬梁1上，如图2所示：

图2 架空横断面图

由于东侧股道以3 道标高最低，横梁二穿越时需要以3 道为基准，横梁一定位标高比横梁二低一个横梁高度，即50 cm，两部分横梁搭接部分用U 型螺栓进行连接。轨道与横梁之间的孔隙采用枕木进行垫设，横梁一上最大垫设高为25 cm，横梁二上最大垫设高为26 cm，远低于方案一的垫设高度。但本方案在横梁实施时比较困难，横梁一有部分处于悬臂状态，两处横梁通过螺栓铰接在一起，顶进施工中不利于横向力向抗横移桩传递，易使横梁间产生相对位移，且搭接位置位于国家干线京广线处，对行车稳定有影响，不推荐采用。

方案三：D 型便梁架空。常用的D 型便梁有D12、D16、D20 和D24 四种类型，跨度分别为Lp=12.06 m、16.08 m、20.1 m、24.12 m，长度分别为12.4 m、16.4 m、20.48 m、24.5 m。便梁的最大优点是在不中断行车的情况下，利用它进行桥涵的开挖和施工，并且具有运输和拆装方便的特点，本方案采用D24 和D12两种边梁对各股道单独进行架空。

由于分幅顶进施工，便梁需要转换，故整个施工需要两次架空，架空支点桩采用直径1.8 m的人工挖孔桩，挖孔桩护壁厚度为15 cm，同时在3 道和8 道安装护轨，在框架桥就位处的铁路路基过渡处设置直径1.25 m的路基防护桩；由于线间距原因，部分线路间横向只能布设单个支点桩，这就导致部分支点桩必须共用，承担横向两片施工便梁传递的荷载。第一次架空设计分别见图3、图4：

图3 第一次架空平面布置图

图4 第一次架空立面布置图

从上图可以看出，整个架空共布设48 个受力支点，其中40个人工挖孔桩，8个硬支点，通过计算，桩长分别有18 m、15 m、8 m、5 m 四种。。第一次架空采用D12+D24+D24三跨组合进行架空，在下部用机械进行桥涵开挖，用中继顶将北侧框架顶进到位。北侧框架顶进后，完成回填道碴及恢复线路作业，人工拆除牛腿扣件螺栓，使钢枕与纵梁分离，通过纵移架设方式将D梁纵移到位，开始进行第二次架空，图5为第二次架空断面示意：

图5 第二次架空断面图

第二次架空采用D24+D12 两跨组合，从图上可以看出，D24便梁一端落在第四排支点桩上，另一端落在已顶进的框架边墙上，边墙上垫设枕木垛来调节控制纵梁高度，在D梁架设过程中，第四排支点桩在两次架空中得到了重复利用。在架空梁下部用机械进行桥涵开挖，并凿除第三排架空支点桩，用中继顶将南侧框架顶进到设计位置。

本方案工艺清晰，施工简便，支点桩数量较少，且不需要设置抗横移桩，顶进过程中不需要进行支点转换，施工速度快，能明显减少工期和要点数，轨道高差通过阶梯承台有效地得到解决，使站场列车安全稳定性得能到较好的保障。推荐采用此方案进行线路架空加固。

3.4 工作坑设计工作坑主要包括基坑、后背及滑板系统。根据场地条件，预制工作坑深为10 m，设置在铁路西侧。两侧边坡坡度按照1：1设计，临近铁路侧坡度1：1.5，5 m 高度处设1 m 宽的平台；基坑边坡采用挂钢筋网喷射混凝土方式防护，钢筋网规格为15 cm×15 cm 的φ10 钢筋网片，喷射混凝土强度等级为C20，厚10 cm；基坑坡顶四周设置截水沟，坑底顺道路两侧设置有集水井和排水沟，坡面埋设φ10 cm泄水孔。

后背形式主要有重力式、板桩式和钢筋混凝土拼装式后背，根据施工计划，施工时先进行铁路节点施工。

滑板系统应有足够的刚度和强度，以保证框架桥结构在预制和顶进中的顺利进行，滑板采用C30钢筋混凝土，厚度20 cm，在滑板下设置纵横向的锚梁，并在滑板下铺设10 cm的碎石垫层。

3.5 其他附属设计由于本工程水位较深，不必考虑路基浸泡及抗浮风险，所以只需设置挡墙即可，类型原则为6～10 m 为扶壁式挡墙，2～6 m 为悬臂式挡墙，2 m 以下为重力式挡墙，其他附属可在下阶段根据具体情况选择设置。

4 结论

本文对友谊路穿越薛店站场铁路工程方案优劣性进行了对比，所推荐方案得到了铁路局相关专家及站段领导的认可，顺利通过了评审，得出以下几点结论：

1）对具有高差的多股道线路，在线路架空设计中，结合项目特点，可通过在桩顶设置阶梯承台来有效解决轨道之间的高差问题，增加列车的稳定性。

2）在架空范围内通过合理的平面布置，使部分架空支点桩得到二次利用，能提高施工效率，降低工程成本。

3）根据施工计划及周边条件，合理选择工作坑后背形式，最大限度利用天然条件提供顶进的反力，实现优化设计。