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市政路穿越站场发如何设计?

本站     2021-1-10 9:30:14    

摘要:拟建道路穿越薛店站场,包含6股道,且具有较大高差。根据项目特点与难点,介绍了多股道大高差条件下顶进框架桥的设计方案,并基于对施工技术、施工工期和对运营铁路的影响程度等方面的考虑,重点对铁路架空方案体系通过三种方案进行详细分析比较,提出采用阶梯承台的方法解决多股道线路间的高差问题,并通过合理布置使部分桩二次利用,可为类似工程提供借鉴。

关键词:多股道;大高差;阶梯承台;铁路架空

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7.55m、5.08m、6.18m、5.32m、6.56m,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155.60m,最高处为京广下行线,标高156.23m,相差高达63cm。

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18.0m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;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16m+16m或3孔8m+16m+8m,从远期规划看,2孔16m+16m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16.0m,净高6.7m,顶板厚1.1m,底板厚1.2m,边墙厚1.1m,顶板加腋1.5m×0.5m,底板加腋0.5m×0.5m,框架顶至铁路轨顶之间距离不小于1.0m。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50c号工字钢,间距不大于0.6m,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2m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1.5m的人工挖孔桩,纵向布设间距为8m,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63cm的垫块,再加上绝缘橡胶板,垫设高度至少达65cm,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: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50cm,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25cm,横梁二上最大垫设高为26cm,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=12.06m、16.08m、20.1m、24.12m,长度分别为12.4m、16.4m、20.48m、24.5m。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1.8m的人工挖孔桩,挖孔桩护壁厚度为15cm,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1.25m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: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18m、15m、8m、5m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10m,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1:1.5,5m高度处设1m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15cm×15cm的φ10钢筋网片,喷射混凝土强度等级为C20,厚10cm;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φ10cm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20cm,在滑板下设置纵横向的锚梁,并在滑板下铺设10cm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6~10m为扶壁式挡墙,2~6m为悬臂式挡墙,2m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。

参考文献:

[1]TB10002-2017.铁路桥涵设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2017.

[2]TB10003-2017.铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2017.

[3]彭清.下穿10股既有铁路的大型框架结构顶进设计[J].铁道建筑技术,2012(S2):158-162.

[4]于军.既有线桥梁改建下穿式框构桥顶进施工及线路加固措施[J].甘肃科技纵横,2016(45):54-56.

[5]吴永峰.多股道大高差既有铁路的下穿框架桥设计方[J].中国铁路,2017(09):79-82.

作者:邢闯锋 冯俊迎 朱卫威 单位:中铁七局集团有限公司

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