浅谈跨越既有铁路桥梁施工方案设计

浅谈跨越既有铁路桥梁施工方案设计

闫兆兴

吉林铁道勘察设计院有限公司吉林省吉林市132001

摘要：文章对跨越既有铁路线的桥梁方案进行研究，除采用传统的预应力混凝土盖梁门式墩、钢盖梁门式墩等设计方案外，根据实际情况对一些新颖的设计思路：预制拼装组合新型门式墩方案、倒L形墩方案、转体V形T构桥墩方案等进行了分析对比；根据工程的特点，选择适当的施工方案不仅能节约工程投资、保证施工工期，同时又大大减少新线施工对既有线运营影响及后期的养护维修工作，经济和社会效益显著。

关键词：既有铁路；铁路桥梁；转体施工；倒L形墩；门式墩；V形墩

1.传统门式墩方案

当两铁路线夹角较小时，门式墩成为一种经济合理的选择，它能够大大减小跨越既有线桥梁的跨度，节省工程投资，其经济效益非常明显，在实际工程中得到大量应用。

传统门式墩方案是指应用较多的支架现浇预应力混凝土盖梁门式墩或吊装钢盖梁门式墩。支架现浇预应力混凝土盖梁门式墩设计施工简单，工程造价低，但施工时对既有线运营干扰较大，用在行车密度较小的专用线、车站牵出线等较为合理。另一种钢盖梁门式墩，由于使用钢结构盖梁工程造价高，后期检查养护工作量大，但吊装质量小，施工对既有线运营干扰较小，施工工期短，一般用在结构跨度大、线路行车密度高、工期紧张的情况。

2.连续梁转体、T构转体施工方案

为保证既有线运营安全，减少施工过程中对既有线运营干扰，同时满足桥梁较大的跨越能力，桥梁转体施工被广泛采用。

连续梁转体施工方案为转体前在连续梁两主墩处平行于既有铁路采用挂篮悬浇施工，待达到最大悬臂状态后，结合既有铁路运营、施工及天气等因素，择机实施转体施工，转体到位后再进行合龙段浇筑施工，合龙段位于连续梁跨中既有线上方。

该方案在跨越既有线时应用较多，根据跨越具体情况略有区别，如既有线为运输繁忙干线，申请天窗时间特别困难，可考虑进一步增大跨度—采用T构转体施工方案，只在转体时向运营单位申请天窗时间，转体到位后T构现浇段、合龙段施工均在既有线安全距离之外，对既有线影响最小，运营部门最易接受，T构转体施工方案比连续梁转体方案跨度会加大，工程造价略贵。

转体方案中也有一些措施可进一步保证既有线安全或减小工程造价，如连续梁合龙段采用外包钢箱，转体到位后，合龙段施工均在钢箱之内进行。再有转体球铰选择，通常采用工厂制作钢球铰，重量较轻、质量较好，但体积较大、造价较高。ＲPC球铰是最新研发的一种新型转体球铰，能够充分利用ＲPC混凝土的抗压性能，减小球铰的构造尺寸。ＲPC球铰与普通钢球铰相比，具有用钢量较小，刚度大、承载能力高、转动力矩小等诸多优点，ＲPC球铰可以大幅度地减少机加工的工序和加工难度，可以有效降低球铰的生产成本。

3.预制拼装组合新型门式墩方案

传统门式墩设计方案中现浇混凝土盖梁需要在既有铁路上方搭设支架、浇筑混凝土，其工期较长并对既有线运营影响较大，特别是跨越既有繁忙干线铁路时，其方案甚至有时不能得到既有线管理方的认可；另一种钢盖梁门式墩方案，工程成本高，后期养护工作量大，而且由于钢盖梁位于高压接触网上方存在检查维修困难等诸多缺点。能否寻找一种既经济又施工简单对既有线运营影响较小的设计方案呢?以下面案例简要说明。

某桥跨越既有线时两线夹角只有9°，如采用大跨结构一跨跨越，其桥梁跨度将达到180m左右，不仅会抬高新建线路高程，而且结构物体量巨大，工程投资大幅增加，实施也非常困难。尤其当既有铁路线为繁忙干线铁路时，如采用常规门式墩方案，无论是现浇混凝土盖梁或钢盖梁方案均存在上述问题，为此提出了一种预制拼装组合新型门式墩方案，该方案盖梁采用两片并置的预应力混凝土箱形截面箱梁，在不采用钢盖梁结构的前提下降低盖梁自重和工程成本。预制拼装组合型门式墩立面见图1。

图1预制拼装组合型门式墩立面构造(单位：cm)

门式墩盖梁采用预制吊装施工方法，两片预应力混凝土空心箱梁在既有线旁进行预制，待门式墩墩柱施工后，在承台近铁路侧设置临时支撑支架，把两片预制箱梁吊装于临时支架之上，利用墩柱顶盖梁现浇段连接为整体并张拉预应力束，最后拆除临时支撑支架。

采用混凝土结构形式，预制拼装施工方案，形成组合新型门式墩。该门式墩比现浇混凝土盖梁门式墩方案有诸多优点。

(1)采用预制吊装方案，可以与墩柱平行施工，盖梁质量更易保证，同时大大节省在既有道路上方施工工期，对既有线运营干扰大大减少；

(2)取消了既有线上方的现浇混凝土支架及防护棚架，能够减小建筑高度，有效降低线路的高程，节约工程投资明显；

(3)盖梁在地面预制场预制，采用空心箱形截面形式，比常规门式墩采用的矩形实体截面减少圬工30%左右。

由于采用混凝土结构，设计施工简单方便，可节约工期，最为明显的是能够大大节约工程投资，该门式墩盖梁工程造价只有钢盖梁的1/8左右，同时又大大减少后期的养护维修工作及难度，更为经济合理。

4倒L形墩方案

跨越既有线时孔跨大小、桥墩形式需要具体分析灵活考虑，当线路中心线与可布置桥墩中心线较近时，可采用施工简单、造价经济的倒L形桥墩方案。倒L形桥墩在城市轨道交通及高架桥应用较多。如图2中所示，为使既有铁路拥有足够的运营空间，采用倒L形桥墩适当避让既有铁路。设计线路中心与桥墩中心线偏差198.7cm，墩身采用纵桥向3.0m、横桥向3.4m矩形截面设计，为平衡恒活载长期弯矩作用，在桥墩受拉侧布置预应力钢绞线。因倒L形墩长期承受恒活载的偏载作用，设计时需要根据线路等级、行车速度等因素对桥墩横向变形、支点处竖向刚度、钢轨间竖向位移差进行计算分析，以满足轨道专业的有关变形要求。

图2倒L形桥墩立面(单位：cm)

5转体V形T构桥墩方案

当桥墩位于线路左右线分开段或房屋密集拆迁十分困难时，可采用成V形T构桥墩，转体施工方案。

转体V形T构墩在桥墩下部布置下转盘、转动球铰及上转盘的转动系统，之上为钢筋混凝土V形墩臂和预应力悬臂式盖梁。V形墩臂在下部连成一体并与上转盘固结，在上部分开与盖梁两侧固结；各部分的连接均设置有圆弧倒角，两墩臂与盖梁中间形成“心”形。V形T构桥墩立面见图3。

该方案具有以下优点：

(1)采用转体方案，墩臂盖梁可以在平行既有线侧施工，大大节省在既有铁路上方施工工期，对既有铁路运营干扰减少到最低；

(2)只需在既有线一侧施工，减少另一侧的道路及施工场地的需求，对城区既有线侧房屋密集，拆迁困难情况将十分有利，大大节省拆迁费用，工期有保证；

(3)取消了既有铁路上方的防护棚架，能够减小建筑高度，有效降低线路的高程，节约工程投资明显；

(4)桥墩整体呈现V形流线形，中间围成“心”状，景观效果比门形墩更佳，更适合在城区建设。

转体V形T构墩方案在满足跨越功能需要前提下，不仅能够大大节约工程投资，保证施工工期，同时又大大减少新线施工时对既有线运营影响及后期的养护维修工作，景观效果更佳，具有显著的经济效益和社会效益。

图3V形T构桥墩立面(单位：cm)

6.结语

传统支架现浇预应力混凝土盖梁门式墩施工简单，工程造价低，应用在行车密度较小的专用线或牵出线等较为合理；对结构跨度大、既有线行车密度高、工期紧张的情况，可考虑采用钢盖梁门式墩方案；如孔跨布置、场地条件适宜的条件下，可优先采用倒L形墩、预制拼装组合门式墩或转体V形T构桥墩方案，更为经济合理；当一跨跨越既有铁路其桥梁跨度可接受的情况下，选择转体T构或转体连续梁方案，更易获得运营单位的认可。

跨越既有线的情况多种多样，其设计方案应根据实际情况具体分析，综合考虑，详细比较后才能找出工程经济性较好，养护维修方便，同时施工过程中对既有线营运影响最小且经济合理的桥梁设计方案。

参考文献

［1］中华人民共和国铁道部．铁运［2012］280号铁路营业线施工安全管理办法［S］．北京：中华人民共和国铁道部，2012．

［2］中铁第一勘察设计院集团有限公司．兰州—中川铁路黄河特大桥设计［Z］．西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2014．

［3］盖小红．哈大客运专线运粮河特大桥连续梁转体施工设计［J］．铁道标准设计，2012(5)：89-92．