京广铁路跨线桥拆解与新建工程总体设计

刘诗文LIU Shi-wen

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430000）

0 引言

郑州市北三环是郑州市区北部一条重要东西向快速路，于1994 年建成通车，至今已运营25 年。其中跨郑州北编组站及京广铁路段高架桥经评定为危桥，且现状车道数规模不足，需拆除重建[1-2]。

京广铁路跨线桥位于北三环-京沙快速路互通以东约740m 处，交叉角度75.6°。现状跨线桥为大跨度框架式立交桥，孔跨布置为13.44m+34.56m+13.44m，单跨31.5m，桥下最小净空6.98m。新建京广铁路跨线桥为（30+46+30）m连续钢箱梁结构，受既有铁路净空及两侧地面辅路保通条件限制，采用顶推施工方案跨越京广铁路。本工程设计及施工技术特点有：跨干线铁路既有桥快速拆除工艺[3-5]、新建桥步履式顶推施工工艺[6-7]、超宽连续钢箱梁结构。

1 主要技术标准

1.1 既有桥主要技术标准

道路等级：双向4 车道城市主干路。

桥面布置：1.5m（人行道）+22m（机动车道）+1.5m（人行道）=25m。

荷载等级：

机动车道：汽车-超20 级，挂车-120 级；非机动车道：汽车-15 级；人行道：3.5kN/m2。

桥下净空：上跨京广铁路，净空严格限制，现桥下最小净空6.98m。

1.2 新建桥主要技术标准

道路等级：城市快速路；

设计车道数：6 主线车道+2 加减速车道；

主体结构设计基准期：100 年；

设计速度：80km/m（主线）；

桥下净空：梁底最低点至轨面≥8.0m（轨面至承力索7.5m+安全高度0.5m）；

纵横坡：纵坡≤3.5%，横坡2.0%；

结构耐久性：按Ⅰ类环境设计；

桥梁设计荷载：城-A 级×1.3 倍；

抗震要求：抗震设防标准为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15g。

2 既有桥情况

现状跨越京广铁路桥为大跨度框架式立交桥，布置图如图1 所示。桥面宽度25m，桥面布置1.5m 人行道+22m车行道+1.5m 人行道，孔跨布置为13.44m+34.56m+13.44m，单跨31.5m，与铁路斜交角度75.6°。桥梁边跨采用框架结构，顶板为C40 钢筋混凝土板，板宽24m，厚0.8m，靠近中跨加高至1.2m；中墩采用C40 实心板式柔性墩，厚0.5m，宽25m；边墩采用4 根φ0.9m 柱式墩，墩柱与顶板通过盖梁固结。主跨采用后张法预应力混凝土箱形梁，梁体13 片，单片梁宽183cm，梁高120cm，二次浇筑面层10cm与沥青路面3cm，构造高度共133cm，单片梁重约104 吨。架梁施工采用纵横移方案，纵移以特别设计与专门制造的矮形运梁车在I63C 工字钢便桥上运行。下部结构中墩为板式墩，交接墩为柱式桥墩，均为φ1.0mC20 钻孔灌注桩基础。

图1 既有铁路跨线桥布置图（单位：cm）

3 既有桥拆除设计要点

3.1 拆解总体思路

既有京广铁路跨线桥桥下净空为6.98m，不具备加设防护棚施工的条件。跨线桥人行道板拆除、箱梁拆除均需要点施工，减少对铁路的干扰。列车通行时严禁在桥面上施工作业。箱梁利用架桥机拆除，箱梁拆除前先拆除既有桥面系及附属设施，沿纵缝凿除二次浇筑层使箱梁分离，然后架设架桥机，采用架桥机将箱梁移除铁路上方，待箱梁全部拆除后，架桥机退孔出铁路上方。

3.2 箱梁分离要点

根据既有桥设计图纸及现场勘察，箱梁之间仅依靠梁顶10cm 二次浇筑面层连接。为防止大型机械破除桥面现浇层震动影响二次浇筑面层混凝土的完整性，影响铁路行车安全，采用凿除梁缝附近的混凝土。先在梁端凿出通道，在两片箱梁的腹板之间的空隙内沿纵向满铺油毛毡，防止凿除二次浇筑混凝土时渣石掉落。采用人工凿除法沿纵缝将10cm 厚的二次浇筑层凿开露出钢筋。采用手持钢筋速断器将二次浇筑层的φ8 钢筋切断，各片箱梁完全分离。施工期间对桥下铁路影响较小，无需中断铁路行车。

3.3 箱梁拆除要点

主跨共计13 片箱梁，单片箱梁长31.5m，宽1.83m，梁高1.2m，加10cm 上混凝土现浇后层高1.3m，单片梁重约104t，拟采用160-40 双导梁架桥机进行吊离拆除。因拆除梁体重量较大，需在架桥机三个支腿对应位置设置临时支墩。支墩采用φ800×10 钢管柱，柱上双拼HM588×300 型钢，并采用垫块与梁底或框架牛腿底顶死，基础为C20 扩大基础。架桥机起吊前，在两边跨框架下方搭设盘扣式满堂支架，上方与框架底板顶死。架桥机按顺序将单片箱梁向后纵向移动出铁路范围后落梁。因单片梁重达104t，市政段桥梁无法承受运梁荷载，因此需平稳落于满铺方木上，按5m 一段原位切割后再运离施工现场，单趟运载车总重不得超过25t。同时要求将一片梁体完全切割运离后方可进行下一片箱梁起吊拆解，东侧桥面不得同时放置两片梁体。

4 新建跨线桥设计要点

因桥下净高较为局促，为减小对铁路设备影响，降低施工难度，采用梁高更低的钢箱梁。且承台基坑邻近地面道路垂直挡墙，采用较轻的钢箱梁可减小承台规模，进而降低邻边开挖风险。此外，钢箱梁采用工厂预制后现场拼装，顶推重量轻，施工速度快，对既有地面道路影响小。

新建桥梁采用（30+46+30）m 整幅连续钢箱梁，横断面布置见图2。桥梁宽度39.5m，结合两侧引桥及场地布置，采用整幅由东侧向西侧顶推施工。

图2 新建跨线桥横断面布置图（单位：cm）

4.1 上部结构

主梁采用单箱七室斜腹板等高度钢箱梁截面，桥面宽39.5m，悬臂长5.85m，底板宽26.5m，标准段名义梁高为2.3m。箱梁顶板采用双面2%横坡，底板保持水平以方便顶推。主梁采用Q345qD 钢材。

钢箱梁一般截面顶板厚度16mm、底板厚度14mm、腹板厚度14mm，在支点附近顶底板及中腹板厚度加厚为20mm。顶板在箱室范围采用U 形加劲肋加劲，在悬臂范围采用板肋加劲；底板采用U 形加劲肋加劲，腹板采用板肋加劲。顶板U 形加劲肋板厚8mm，高度300mm，间距为600mm；顶板板肋加劲肋板厚20mm，高度210mm，间距350mm；底板U 形加劲肋板厚6mm，高度260mm，间距为750mm，在支点附近加厚为10mm；腹板板肋加劲肋厚16mm，高度160mm。

4.2 下部结构

桥墩构造采用双柱式花瓶墩。墩中心距11m，墩顶支座中心距12m，墩底截面尺寸2.1×2.1m，墩高8.5～11.0m。边墩承台采用工字形承台，中墩承台采用整体式承台，厚为2m，埋深约2.0m，桩基采用8 根φ1.2m 钻孔桩。

4.3 主要计算结果

采用Midas Civil 2019 计算软件分别建立梁板模型及纵梁模型[8-9]，由于本桥为单箱七室模型，横向应力较不均匀，故梁板模型主要验算各板件应力情况，纵梁模型验算支反力、抗倾覆等。按实际分别对主梁施加单元荷载模拟一期恒载和二期恒载，按照车道荷载模拟活载作用，并建立若干施工阶段计算结构内力。

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）对主梁进行详细计算。钢箱梁应力计算结果如表1 所示；车道荷载作用下，主梁跨中最大挠度为18.6mm，小于规范规定计算跨径的1/500，即92mm；按标准值组合计算抗倾覆稳定系数3.83，满足规范不小于2.5 的要求。综上所述计算结果均满足规范要求。

表1 钢箱梁应力计算结果表

4.4 主要施工步骤

①施工主桥桥墩、临时墩、扩大基础、钻孔桩和钢箱梁拼装支架布置步履式顶推系统。

②利用汽车吊将钢箱梁吊到指定位置，调整好线型后使节段落在拼装支架上，进行节段间拼焊，在箱梁前端逐节吊运拼装前导梁。

③将84m 钢箱梁及30m 导梁在拼装支架上完成对接后，整体落至步履式千斤顶上，做好顶推准备工作。

④顶推分两次进行，第一次顶推距离为50m，至导梁跨过铁路。

⑤第二次顶推至箱梁前端跨过铁路，逐节拆除前端导梁并继续顶推至钢箱梁到达设计位置。

⑥在拼装平台上后端继续吊装剩余节段，与到达设计位置的钢箱梁拼焊成整体。

⑦采用落梁千斤顶整体落梁，拆除全部辅助临时措施。

5 结语

京广铁路跨线桥拆解与新建工程按照满足铁路运营及安全要求的原则进行设计，既有桥采用架桥机整体吊装拆解，新建桥采用钢箱梁顶推跨越铁路，最大程度适应场地环境，降低对铁路以及两侧辅路影响，取得良好的施工效果，对今后同类工程具有重要参考价值。