轨道交通区间高架上跨既有铁路设计

轨道交通区间高架上跨既有铁路设计

谭智文

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 长沙市 邮编 410007

摘要：以长沙市轨道交通1号线北延一期工程区间高架上跨石长铁路为例，介绍了轨道交通区间高架上跨铁路工程的设计方案、涉铁安全影响分析以及涉铁防护设计要点，为今后类似工程设计提供参考经验。

关键词： 轨道交通 高架 涉铁防护 注浆

1. 概述

长沙市轨道交通1号线北延一期工程位于金霞组团段，线路起于彩霞路站，止于开福区政府站（1号线一期起点站），线路全长9.93km，沿芙蓉北路中央敷设，在青竹湖路站—冯蔡路站区间，桩号YDK3+060处，轨道交通跨越长沙绕城高速及石长铁路。绕城高速为双向四车道，路基宽度26m，设计时速100km/h，交叉处芙蓉北路采用4-16m空心板梁桥上跨高速，桥宽44m。高速以南约10m，即为石长铁路。石长铁路为国家Ⅰ级干线铁路，1998年10月石长铁路单线开通运营。2016年1月石长铁路既有线电化改造并增建二线工程完工并开通运营，建成后，石长铁路将成为客货并重兼顾城际的大能力铁路运输通道。2017年9月，石长铁路开通运营动车。

交叉处石长铁路共四股道，从北到南依次为：西北联络线，石长铁路左线、右线，北西联络线。四股道均为电气化铁路，有碴轨道。

西北联络线，采用1-8.0×8.5m框架箱桥下穿芙蓉北路，框架边墙及顶板厚度为0.7m，底板厚度1.0m，框架全长44.09m，框架顶覆土约0.5m；石长铁路正线，设计速度为120km/h。采用1-15.5×8.8m框架箱桥下穿芙蓉北路，框架全长48.09m。股道线间距约4.6m，框架桥边墙厚0.9m，顶板厚0.7m，底板厚1.0m。该框架与西北联络线框架之间净距为1.18m。

北西联络线，单线，通过柞树湾隧道下穿芙蓉北路。隧道与芙蓉北路近垂直相交，下穿芙蓉北路段埋深约6.4m，隧道至石长铁路正线框架净距离约29.5m，隧道全长约2064m，隧道内为电气化线路，有碴轨道。隧道下穿芙蓉北路段表层为人工填土，厚约4.5m，其下为硬塑状粉质黏土，层厚3.5m~12.6m，黏土层以下为全风化花岗岩。

工程场地处地层从上至下，依次为沥青路面、素填土、粉质黏土、残积砂质粘性土、全风化、强风化、中风化花岗岩。

2. 设计方案

2.1 总体布置

根据现场条件，为尽量减小桥梁规模，在跨绕城高速桥台与铁路框架之间设置桥墩，采用（55+85+49）m连续梁+（38.5+40+38.5）m连续刚构桥跨越石长铁路。连续梁中跨85m跨越绕城高速桥，边跨49m跨越石长铁路西北联络线及正线。（38.5+40+38.5）m连续刚构边跨跨越柞树湾隧道。

桥位平面图

桥型布置图

2.2 上部结构

（55+85+49）m预应力混凝土连续箱梁，C50混凝土，采用单箱单室直腹板截面，梁顶宽10.2m，中支点梁高5.5m，跨中梁高2.5m，梁底线形按二次抛物线变化。箱梁悬臂长2.2m。箱梁顶板厚0.3m，底板从跨中0.32m渐变至中支点0.85m厚，腹板厚度为0.5~0.8m。箱梁采用挂篮悬浇法施工。

（38.5+40+38.5）m预应力混凝土连续刚构，C60混凝土，采用单箱单室等截面，梁高2m。斜腹板，箱梁悬臂长2.1m，底宽2.4m。箱梁顶板厚0.3m，底板厚0.3~0.5m，腹板厚度0.4~0.6m。箱梁采用支架现浇法施工。

2.3 下部结构

（55+85+49）m连续梁，桥墩均采用花瓶型桥墩，矩形截面，主墩墩身尺寸为4.0×3.0m，墩顶尺寸为5.5×3.0m。承台尺寸为6.7×10.5×3.0m，下设6根Φ1.8m钻孔灌注桩，桩基按柱桩设计。过渡墩墩身尺寸为3.0×2.5m，墩顶尺寸为5.5×2.5m，承台尺寸为6.25×6.25×2.5m，下设4根Φ1.5m钻孔灌注桩，桩基按柱桩设计。

（38.5+40+38.5）m连续刚构，桥墩为矩形截面，墩身为直坡，中墩尺寸为2.4×1.2m，边墩尺寸为2.4×0.7m，承台尺寸为7.0×6.25×2.5m，下设5根Φ1.2m钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计。

B19#~B21#桥墩桩基施工前，采用预注浆法对桩基周边土体进行加固，以尽量减小桩基施工对邻近构筑物的影响。注浆范围为桩基边缘以外不小于2.5倍桩径，注浆孔按梅花型布置，间距1.0m。注浆孔深度为18m，注浆顺序为先外围，后中间。每桥墩外围两排注浆孔，注浆材料采用水泥+水玻璃双液浆，中间注浆孔采用42.5级普通硅酸盐水泥浆，水灰比为0.5:1~0.8:1，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.5~1:0.8，水玻璃模数为2.4~3.2，波美度大于40，初始注浆压力为0.1~0.2MPa，稳定注浆压力为0.3MPa，具体注浆参数应根据现场注浆试验确定，。

3.与铁路相对位置关系

桥墩与铁路相对位置关系图

连续梁主墩，承台至既有公路桥桥台的最小距离为0.94m，至既有铁路框架桥的最小距离为1.53m，桩基至既有公路桥桥台的最小距离为1.65m，至既有铁路框架桥的最小距离为1.13m，

连续梁过渡墩，桩基至铁路框架桥最小距离为13.4m，至铁路隧道最小距离为9.68m。

3.数值分析

根据拟定的桥梁设计方案和地质资料，采用数值模拟手段，结合石长铁路框架桥和隧道的设计资料，针对轨道交通高架桥各施工状态和运营状态展开数值模拟分析。

计算模型考虑了四种工序，工序一：桩基施工；工序二：桩基施工完毕，承台基坑开挖后；工序三：高架桥主体施工完毕，列车运营前；工序四：高架桥通车运营后；

数值分析模型

表7.2-1 框架桥各工序最大竖向位移汇总表

表7.2-2 框架桥各工序最大水平位移汇总表

石长铁路四股道均采用碎石道床，设计行车速度120km/h，根据《铁路线路修理规则》（铁运[2006]146号），框架桥、隧道的沉降控制值按照轨道经常保养的标准控制,沉降值不得超过8mm。

高架桥建设时，上部结构的竖向力及水平力，通过桥墩传递至桩基，引起周边土层变形，在土体变形协调的前提下，周边土体中的框架和隧道将产生一定位移。根据数值模拟计算结果，高架桥上跨石长铁路框架桥，框架桥最大竖向沉降量为1.65mm，最大水平位移为2.09mm，柞树湾隧道最大竖向沉降量为2.97mm，最大水平位移为3.63mm，满足8mm的限制要求。

4.涉铁防护措施

4.1 下部结构

1）为了减小桥墩桩基施工对邻近铁路框架桥、隧道及跨绕城高速桥的影响，桩基施工前，对桩基周边土体进行注浆加固，注浆时严格控制注浆压力，并对既有构筑物进行连续监测，如发现异常立即停止施工。

2）为尽量避免桩基施工塌孔，减小桩基施工对邻近铁路构筑物的影响，桥墩桩基施工应采用反循环钻机。考虑到B19#桥墩桩基距离铁路框架最小距离仅2.13m，钻孔过程中采用长钢护筒跟进，钢护筒长度不小于21m，B20#、B21#墩距离铁路最小距离为9.68m，钢护筒长度不小于8m，钢护筒按一次性消耗考虑。为确保泥浆质量，要求采用膨润土造浆，不得采用原状土和黄土造浆，控制钻孔速度，最快速度不宜超过3m/h，保证泥浆成皮。同时对桩基施工应制定专项施工方案，保证铁路运营的安全；

3）既有道路路面结构为沥青混凝土路面，桩基施工前，应先采用小型机械将路面结构破碎，然后再架设钻机施工。

4）B19#墩桩基距离铁路框架较近，路面破除前先采用切割机切开桩基与铁路框架之间路面结构，避免路面破除过程中对铁路框架的振动影响。

5）桥墩承台基坑开挖前，采用钢板桩防护基坑。为减小钢板桩施工对铁路框架的影响，钢板桩施工采用长螺旋钻引孔，钻孔直径600mm，间距500mm，钻孔完成后再放入钢板桩，并采用中粗砂回填密实。

6）B19#墩承台基坑及承台与铁路框架之间的空隙采用C20混凝土回填密实。

7）施工中，不得在铁路框架顶、隧道顶路面以及跨绕城高速桥桥面堆载建筑材料或施工废弃物。

8）泥浆池、钻机及汽车吊，不得设置在铁路框架顶、隧道顶和公路桥桥面。施工机械设在路基段时，应采用路基箱扩散成平面荷载。轴载超过13t,总重超过50t的施工车辆不得进入铁路框架桥、隧道及跨绕城高速桥影响范围。

9）基础工程施工过程中不得抽、灌地下水，不得使用爆破和振动机械施工。

10）施工中铁路正常行驶，无需慢行，做好施工监测工作，发现异常情况立即向铁路部门反馈；

4.2 上部结构

1）连续梁上部结构采用挂篮悬浇法施工，0#块采用钢管现浇支架，支架基础应立于承台顶，避免施工荷载直接施加于跨绕城高速桥桥面、石长铁路框架顶。

2）连续梁挂篮悬浇施工过程严格控制。挂篮锚固必须采用双螺母，挂篮移动时，各锚固点千斤顶起顶后必须立即支垫牢靠，严禁千斤顶长期持荷。大雾、大风及雷雨天气，不得进行挂篮施工。施工支架及挂篮外侧设置防护网，避免施工碎碴、抛物进入铁路范围。

3）（38.5+40+38.5）m连续刚构小里程侧边跨位于铁路隧道上方，采用满堂钢管支架现浇施工，支架应根据荷载验算布置钢管，并设置足够的水平连接及剪刀撑，确保支架的强度、刚度和稳定性。施工中，应对施工支架进行监测，支点及跨中均设置监测断面，全联共7个断面，每个横断面上设左、中、右三个点，每天监测一次，发现异常情况应立即停止施工。

4）为防止车辆撞击施工支架，造成支架倒塌，支架外侧应设置混凝土防撞基座，防撞基座高1.2m，宽0.5m。基座表面设置黄黑相间的斜线立面警示标记。

4.3 施工监测

1）监测内容

本工程邻近营业线施工安全监测等级为一等，监测内容包括：①地表竖向位移；②铁路各股道轨道结构竖向位移、水平位移；③铁路框架、铁路隧道结构竖向位移、水平位移；④1-8m铁路框架结构应力；⑤跨绕城高速桥桥台竖向位移、水平位移。

2）监测范围及监测点布置

①监测范围为长沙市轨道交通1号线（桥面宽10.2m）与石长铁路各股道交叉范围并往两侧各延伸10m。

②地表沉降观测点，共设置3排，共35个监测点。顺地铁线路方向布置间距为5m，垂直顺线路方向间距为4.5m或6.5m;

③既有构筑物顺铁路方向每隔5m设置一个监测断面，共7个监测断面，每断面17个监测点，共119个监测点。其中，1-8m框架35个监测点,1-15.5m框架共42个监测点，柞树湾隧道共35个监测点，跨绕城高速桥台共7个监测点。

④轨道测点采用钢板粘接材料固定于轨枕上，本项目涉铁共4股道，共设置28处轨道监测点

3）监测频率

注浆加固过程中，每1小时监测一次；在邻近桩基和承台施工过程中每2小时监测一次；桥墩及上部结构施工时每天监测4次，完工后1个月内每天监测1次，1个月以后至3个月内每周监测1次，3个月以后至1年内，每月监测1次。

4.4 视频监控

1）设置施工远程视频监控，主要是确保铁路运行安全，规范施工单位是否存在点外违章施工、准备上道工作超前、无计划施工、未设置隔离防护措施、施工工具及材料的侵限、来车没及时下道、违规跨越线路等问题。系统采用无线通信原理，具备24小时不间断、高清、夜视、无线传输数据的功能，将施工现场视频数据实时传送至监控后台，并实现历史数据的回放、下载及画面截图等功能。

2）施工远程视频监控由前端设备、通过无线网桥进入监控中心的硬盘录像机、流媒体服务器，视频存储时间为30天，服务器经互联网向建设单位、铁路设备及管线管理单位、广铁集团安监室监控终端、手机APP等传送施工现场视频、对现场进行实时监控。

3）前端设备取电从工程项目部引接，施工取电应保证用电的安全，特别是接头处应做好绝缘。

4）本项目施工现场共设置4处视频监控器，桥梁每侧设置2处，分别设置在B19#、B21#墩对应的芙蓉北路人行道处，应保证监控器附近无遮挡，视野开阔，能全面监测现场施工情况

5．结束语

本工点同时跨越既有铁路和高速公路，桥墩基础至既有铁路框架的最小距离仅1.53m，至既有高速跨线桥桥台的最小距离仅0.94m，场地条件非常复杂，在施工中如何确保铁路和高速公路运营安全，是本工点的设计难点。设计采用预注浆、加长桩基钢护筒、提高泥浆质量、控制钻进速度、螺旋钻引孔施工钢板桩、挂篮悬浇施工上部结构、加强施工监测等措施，尽量减小施工对铁路和高速运营的影响，为类似工程的设计提供了参考。

参考文献：

[1] TB10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范[S];

[2] GB/T 51234-2017，《城市轨道交通桥梁设计规范》[S];

[3] TB10002-2017，《铁路桥涵设计规范》[S];

[4] TB 10092-2017，《铁路桥涵混凝土结构设计规范》[S];

[5] TB-10314-2021，《邻近铁路营业线施工安全监测技术规程》[S];