青岛市淮河路上跨胶黄铁路立交桥方案研究

陈洪涛 郭德才

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022)

随着国家经济的快速发展,在交通设施建设过程中,公路、铁路相互交叉的情况越来越多,面临的工程情况也越来越复杂。 许多学者进行相关方面的研究,魏毅强针对保阜高速公路上跨京广铁路提出转体T构、独塔单索面斜拉桥、T 梁3 种解决方案,认为T 构能显著减少对铁路的影响,并确保铁路运营安全[1];周国锋结合济南市开源路公跨铁立交桥工程,对比分析双塔斜拉桥、矮塔斜拉桥、独塔斜拉桥3 种方案,最终选择施工风险低、施工及运营期间对铁路影响较小的双塔斜拉桥方案[2];叶长允针对滨莱高速公路跨胶济客专工程矮塔斜拉桥转体、预应力混凝土连续梁转体和预应力混凝土T 构3 个方案,分别从施工方法、转体吨位以及对铁路干扰程度等方面进行对比分析,最终选择转体连续梁方案[3]。

综上所述,对于公跨铁桥梁,在保证既有铁路安全的前提下,应从结构形式、施工方法等多方面比较选择。 以下结合青岛市淮河路上跨胶黄铁路立交桥工程,分别从整体线形、对既有铁路的影响程度、结构形式、施工难度、桥梁景观性等方面进行方案比选。

1 工程概况

青岛市淮河路上跨胶黄铁路立交桥为整个淮河路高架桥工程的控制点,该处工点位于山东省青岛市黄岛区,是该区乃至整个青岛的重点建设项目。 项目西连淮河西路,北连黄岛立交和疏港高速,南连江山北路和黄河路立交,东连刘公岛路和第二海底隧道。 其中,第二海底隧道已开工建设,作为主疏解通道,构成西海岸新区快速路网“三横”中的一横,项目建成后,对于加快青岛市建设和经济发展具有重要意义。

2 现状条件及控制因素

项目与胶黄铁路交叉,位于黄岛站中部,交叉角度为78°。 桥下共计21 股铁路,由西向东分别为存车场线,Ⅱ场线、Ⅲ场线、油专线。 既有淮河路采用框架桥,以下穿方式通过,跨径为8-16-8 m,净高5 m,双向六车道+人非混合。 Ⅱ场线、Ⅲ场线已电化,其中Ⅱ场线电气化立柱高16 m;Ⅲ场线电气化立柱高20 m,未挂网。

由工点位置沿淮河路向东约100 m 为规划“空铁”,空铁顶部设计高程为19.42 m,既有淮河路与规划淮河路立交桥分别从该货运空铁上方和下方穿过,这在一定程度上限制规划淮河路的纵断高程。

龙岗山路在工点东侧约700 m 处与既有淮河路平交,新建立交会影响东侧上下匝道长度,若纵断较高,则匝道较长,东侧龙岗山路被匝道阻断。 桥位平面见图1。

图1 桥位平面

3 主要技术指标

道路等级:城市快速路;

设计速度:80 km/h;

荷载等级:城-A 级1.3 倍;

车道布置:双向六车道;

地震设防烈度:6 度(0.05g);

涉铁工程桥梁净空:运营阶段取8.5 m。

4 总体方案

4.1 南移方案

桥位位于既有淮河路南侧,对既有淮河路影响小,以直线方式布置,采用“转体+顶推+架桥机”施工工艺组合。 本方案与既有淮河路错开布置,施工及运营期间对既有淮河路影响较小。 但受淮河路高架桥西侧互通、空铁影响,涉铁桥梁纵断面受控,需通过迁改铁路设备使桥梁纵断面降低[4]。

4.2 路中方案

桥位位于既有淮河路正上方,以直线方式布置,采用转体施工工艺。 分别于Ⅲ场线东侧、Ⅱ场线与存车场线之间设置转体主墩,Ⅲ场线与Ⅱ场线间设置过渡墩,桥墩均采用门式墩[5-6],以保证既有淮河路通行。受淮河路高架桥西侧互通、空铁及东侧上下匝道影响,涉铁桥梁纵断面受控,需通过迁改铁路设备使桥梁纵断面降低。

5 桥梁设计方案

5.1 南移斜拉桥方案

(1)桥型布置

采用35 m 小箱梁跨越存车场线,采用65 m 顶推钢箱梁跨越Ⅱ场线,采用2×126 m 转体斜拉桥跨越Ⅲ场线及空铁。 桥位平面见图2、桥型布置见图3。

图3 南移斜拉桥方案桥型布置(单位:cm)

(2)2×126 m 转体斜拉桥

主梁采用单箱三室截面箱梁,梁高3.6 m[7],跨高比为35,梁顶顶宽34.4 m,底宽11.5 m,底板厚30～60 cm,顶板厚30～75 cm;采用三向预应力体系[8]。

主塔布置在主梁截面中央,人字形桥塔,塔身采用矩形空心截面,整体塔高82 m,有效塔高70.8 m,塔跨比0.56[9]。 桥梁典型断面见图4。

图4 南移斜拉桥方案典型断面(单位:cm)

斜拉索采用PESC7 mm 镀锌高强度平行钢丝束[7],其标准强度不低于1 770 MPa[11]。 斜拉索在梁上的索间距为6.0 m,在塔上的索间距为2.0 m,最外侧斜拉索倾角为30°,全桥共设置34 对斜拉索。

桥梁采用塔梁墩固结体系[12],主梁与过渡墩间设支座连接。

(3)65 m 顶推钢箱梁

主梁采用单箱四室等高钢箱梁,梁高3 m。 受西侧互通匝道影响,桥梁变宽,梁顶顶宽34.4～34.74 m,底宽25.4～25.735 m,悬臂长4.5 m。 梁体与桥墩采用支座连接。

(4)2×35 m 小箱梁

采用简支桥面连续小箱梁,主梁梁高1.8 m,受西侧互通匝道影响,桥梁变宽(宽34.74～43.89 m),其中西侧桥跨由12 片中梁、2 片边梁组成,东侧桥跨由10 片中梁、2 片边梁组成,湿接缝宽度根据实际情况调整。 梁体与桥墩采用支座连接。

(5)下部结构

2×126 m 斜拉桥转体主墩采用Y 形墩。 墩底纵横向尺寸为11.0 m×11.9 m[13-14]。 主墩承台分3 层,承台厚度分别为3.0 m、1.8 m、6.8 m。 上层为上转盘,纵横向尺寸为18.0 m×18.0 m;中层放置转体球铰支座,纵横向尺寸为19.0 m×19.0 m;下层为下转盘,纵横向尺寸为25.7 m×28.4 m。 基础采用群桩基础,采用39 根φ2.0 m 钻孔灌注桩。

其他桥墩采用花瓶式桥墩,墩顶设大悬臂预应力盖梁,墩底接承台,基础采用钻孔灌注桩基础。

(6)施工工艺

2×126 m 斜拉桥拟采用转体法施工[15]。 首先施工桥梁下部结构;然后顺铁路线路方向搭设支架,现浇梁体及桥塔;铁路要点,封锁线路,采用墩底转体施工工艺,将桥梁转体就位;2×35 m 小箱梁拟采用梁场预制,架桥机要点架设施工工艺;65 m 钢箱梁拟在西侧小箱梁上拼装,顶推施工至平面位置后落梁就位[16-18];最后施工桥面附属,成桥。

(7)方案评价

尽管该方案对既有淮河路影响相对较小,但从对既有铁路线的影响程度来看,Ⅱ场线既有电气化立柱横跨5 股道,可将软横跨改为硬横跨,立柱高度由16 m 降为11 m,且平面位于直线,可通过调整电气化立柱位置,满足铁路部门关于“立柱距离桥梁边缘大于5 m”的要求,此时净高可按8.5 m 控制。 Ⅲ场线既有电气化立柱未挂网,立柱高20 m。 转体施工时可将立柱拆除,待转体完成后恢复,转体过程中净高不受立柱限制。 成桥后,由于铁路平面为曲线,受立柱纵向跨距影响,无法满足铁路部门关于“立柱距离桥梁边缘大于5 m”的要求。 为降低桥梁纵断,通过改动Ⅲ场东侧2 股铁路线路,向东拨移1.5 m,以满足接触网立柱迁改为硬横跨条件,立柱高度可由20 m 降为11 m,净高可按16 m 控制。 本方案对铁路站场影响较大,从整体来看,该方案线形也相对较差。 另外,因纵断面较高,东侧龙岗山路需通过既有淮河路进行交通转换。因此,需对路中方案进行详细研究。

5.2 路中T 构方案

对于路中方案而言,仅需调整个别接触网立柱,对既有铁路影响较小,但需重点解决3 个方面的问题:①桥梁主跨跨越14 股铁路,边跨受油专线、空轨和龙岗山路匝道控制,需采用不平衡大跨转体,考虑通过配重、设置临时撑腿和临时索塔的方式解决;②该方案在既有淮河路路中修建,为保证既有淮河路通行,桥梁下部结构采用门式墩;③根据铁路部门相关规定,为减小对铁路运输的影响,应优先选择转体施工方案[19-20],故选择在门式墩上方设置转体支座,转体施工。

针对该线位,结合项目现场条件,对(135+80) m跨桥梁结构进行T 构桥型和斜拉桥桥型的比选。 其中,下部结构及(67+78) m 转体T 构方案与路中斜拉桥方案一致。 桥位平面见图5。

图5 T 构方案桥位平面(单位:m)

(135+80) m 转体T 构主梁采用单箱三室变截面钢箱梁,中支点根部梁高8.0 m,135 m 跨边支点梁高4.0 m,80 m 跨边支点梁高3.2 m,梁高采用抛物线变化。 桥梁顶宽29.9 m,底宽20.9 m,悬臂长4.5 m。 梁体与桥墩采用支座连接。 桥型布置见图6,典型断面见图7。

图6 T 构方案桥型布置(单位:cm)

图7 T 构方案典型断面(单位:cm)

5.3 路中斜拉桥方案

(1)桥型布置

采用(67+78) m 转体T 构跨越存车场线及Ⅱ场线,采用(135+80) m 转体斜拉桥跨越Ⅲ场线。 桥位平面见图8,桥型布置见图9。

图8 路中斜拉桥方案桥位平面(单位:m)

图9 路中斜拉桥方案桥型布置(单位:cm)

(2)(135+80) m 转体斜拉桥

主梁采用单箱五室截面钢箱梁,梁高3.5 m,跨高比为38.6,顶宽34.4 m,底宽16.0 m。

主塔布置在主梁截面中央,塔身采用矩形钢箱梁截面,整体塔高66 m,有效塔高55 m,塔跨比0.4。

斜拉索采用PESC 镀锌高强度平行钢丝束(φ7 mm),其标准强度不低于1770 MPa;135 m 跨上斜拉索索间距为10.0 m, 80 m 跨上为5.0 m,塔上索间距为2.5 m,最外侧斜拉索倾角为23.8°,全桥共设置24 对斜拉索。

结构体系为塔梁固结体系,梁体与桥墩采用支座连接。 桥梁典型断见图10。

图10 路中斜拉桥方案典型断面(单位:cm)

(3)(67+78) m 转体T 构

主梁采用单箱四室变截面钢箱梁,中支点根部梁高5.2 m,边支点梁高3.2 m,梁高采用抛物线变化。受西侧互通匝道影响,桥梁变宽,顶宽变化范围为34.4～43.76 m,底宽变化范围25.4～34.76 m,悬臂长4.5 m[22-23]。

(4)下部结构

为避免高架桥桥墩影响既有淮河路通行,桥梁下部结构均采用门式墩,门式墩净距16 m,与既有淮河路下穿铁路框架中间孔对齐,以保证中间孔道路的正常通行。 根据初步计算结果,为适应上部梁体支座反力,墩顶采用预应力盖梁。 桥墩侧墙厚度定为2 m,由图10 可知,侧墙侵入两侧道路1.3 m, 但对两侧道路通行影响不大,墩底设承台,承台厚3.2 m。 基础采用φ2.0 m 钻孔灌注桩基础[24]。

(5)施工工艺

拟采用转体法施工。 首先施工桥梁下部结构,为减少对既有道路运营的干扰,门式墩两侧墙分开施工,施工一侧,封闭一侧,保证有一侧道路正常通行;然后顺铁路线路方向搭设支架,拼装钢箱梁及桥塔;再采用墩顶转体施工工艺,将桥梁转体就位;最后施工剩余桥跨,成桥。

6 桥梁方案比选

结合以上论述,分别从工期、结构形式及施工特点等方面对3 种方案进行比较(见表1)。

表1 3 种桥梁方案比较

通过分析,相较于南移斜拉桥方案,路中斜拉桥方案整体线形好,工期短,投资较低;相较于路中T 构方案,施工风险相对较低,且造型能更好满足景观性要求。 综合考虑,路中斜拉桥方案具有较大优势。

7 结语

结合实际的建设条件分别从线路整体线形、上下部结构设计、施工工艺以及对既有线路的影响等方面。对南移方案、路中斜拉桥方案以及路中T 构方案进行深入比选,最终采用路中斜拉桥方案。 相较于其他两个方案,该方案综合考虑线路整体线形,合理利用门式墩的特点,有效减小对既有淮河路的影响,结合孔跨布置,采用墩顶大跨不对称转体斜拉桥和转体T 构两种结构形式相结合方式,实现对21 股铁路线的跨越。