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特殊条件下顶进箱形桥设计构思

发表时间：2021/4/14 来源：《中国科技信息》2021年4月作者：马海美

[导读] 在不停运既有南疆线，带土顶进施工桥涵时，挡风墙不留豁口，确保铁路运行安全。

新疆乌鲁木齐中铁一院集团新疆铁道勘察设计院有限公司马海美 830011

摘要：在不停运既有南疆线，带土顶进施工桥涵时，挡风墙不留豁口，确保铁路运行安全。
关键词：顶进施工挡风墙   既有线运行安全
        1工程概况
        本工程为霍高速公路（G30）新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程下穿南疆铁路而设。原G30高速为双向4车道，与南疆铁路采用2-16m箱形立交桥下穿通过，桥上右侧设有桥式挡风墙。本次扩建为双向8车道分离式路基，下行线改造利用既有立交桥，上行线新建。本设计包含新建G30上行线主线、匝道线及G312线分别与南疆铁路交叉处采用立交箱形桥通过。
        G30主线与铁路中心线夹角为65°设计，此处铁路为直线；匝道线及G312线与铁路中心线夹角均为45°设计，此处铁路为缓和曲线及圆曲线。铁路为双线，P60钢轨，无缝线路，电气化铁路。铁路路基高度约2m，左侧坡脚外设有防护栅栏，右侧设有高出路肩约3m土堆式挡风墙，两侧路基及挡风墙均有混凝土护坡铺砌。
        2桥式的确定
        公铁相交处南疆铁路为双线电气化铁路，直线段线间距5.0m，为保证铁路不中断运营的前提下，如采用梁式桥，则必须修建铁路双线便线绕行原位施工。便线标准与既有南疆铁路一致，首先必须设置相应的挡风墙、电气化、通信、信号等设备迁改恢复等；此外，还要对应既有G30高速公路处设置铁路便线立交工点，高速公路需封闭施工，对高速公路行车影响较大；再者，立交桥施工完毕后将铁路便线及相应所有设备需拆除。从经济合理和施工影响范围来说，采用可顶进施工的箱形桥，还能提供最小的建筑高度、较大的净空宽度，以利公路交通运输，且外形美观，下穿道路视线较好。既有G30高速亦采用箱形桥下穿南疆铁路，故本立交桥设计采用顶进箱形桥，也能尽量减少改建与既有G30高速路面间的高差。

        3孔跨布置
        根据改建G30高速道路横断面，新建G30上行线主线下穿南疆铁路采用2-18m箱形桥、匝道线及G312线分别穿南疆铁路采用2-16m桥跨，分别斜角65°和45°设计。又扩建G30高速路将既有1-1.5m涵洞上游排洪沟截断，水流无法汇聚至此涵洞，此涵失去泄洪功能，需另择合适位置导流还建一座排洪涵。
        又本项目位于南疆铁路大风段且是曲线上，根据以往经验设置电气化铁路接触网立柱的间距不宜大于40m，经测量既有接触网立柱间距亦是不大于40m。由于2孔连续18m斜交65°或2孔连续16m斜交45°箱形桥的桥长均大于40m，立交桥顶进施工过程中无法按照原标准间距迁改过渡既有接触网立柱。故本次设计箱形桥均采用分体式，即2座1-18m或2座1-16m箱体并列设置，得以电气化铁路接触网立柱的顺利过渡和改建。考虑采用顶进施工，还建的排洪涵洞采用箱形涵。详见图1。
        4设计构思
        4.1既有挡风墙
        本项目位于南疆线大风区段，根据2004～2005年乌鲁木齐铁路局在既有线的实测资料，年均＞8级大风天数83天、年均＞10级大风天数14天。既有线在此段内于2007年全段修建了路堤挡风墙。故，本项目建设过程中务必做好挡风墙的过渡工程，确保施工过程不留豁口，保证铁路运行安全。
        4.2施工方案
        本项目箱形桥（涵）主体均采用3-5-3扣吊轨梁加固既有线路、桥式盾构法顶进施工。施工期间如考虑将既有土堆式挡风墙临时向远离铁路移设出箱形桥顶进施工影响范围，待立交桥施工完毕再恢复，一是防风效果必将减弱，不利于铁路运行安全；二是无形增加土堆式挡风墙下的桥宽，加大桥式盾构顶进难度；三是投资增加、不经济。本项目考虑将永久和过渡挡风墙统一考虑，即在顶进箱形桥就位后，再迎风侧桥顶先施作新的挡风墙，再拆除既有土堆式挡风墙，永临结构相结合，施工相对便捷，且经济合理。
        4.2.1挡风墙类型选择
        挡风墙常见的有土堆式、加筋对拉式、“L”型及薄型。根据地形、石料及土方的情况，土堆式挡风墙适用于路堤填料丰富有石料地段；加筋对拉式挡风墙施工比较复杂，适用于路堤填料较少地段；“L”型挡风墙适用于石料和土方缺乏地段；薄型（钢板或钢构式）挡风墙适用于铁路高架等空间或土方石料缺乏地段。
        从防护效果来说，加筋对拉式挡风墙中车体受到的侧向力和侧滚力矩最小，防护效果最好，其次是“L”型挡风墙；防护效果最差的是土堆式挡风墙。
        从挡风墙收到的气动力来说，土堆式挡风墙收到的侧向力最小，其他3种挡风墙受到的侧向力相差不大，但远大于土堆式挡风墙受到的影响力。
        4种挡风墙背风侧车体迎风面压力沿车体高度方向变化幅度较大，车体背风面沿车体高度方向压力变化较小，故侧向力曲线（迎风面与背风面压力之差）与迎风面压力曲线变化规律基本一致。
        4种挡风墙背风侧车体底部和顶部均为负压，且顶部负压基本上大于底部负压，车体的顶部压力分布类似，车体底部压力分布稍有差别。加筋对拉式背风侧车体底部压力变化较小，其他3种挡风墙背风侧车体底部压力变化较大，其变化规律类似。
        结合本项目实际情况，选择加筋对拉式或薄型挡风墙，既能保证达到原有土堆式挡风墙的挡风效果，施工可操作性亦强。
        4.2.2加筋对拉式挡风墙方案
        在迎风侧箱形桥顶及两侧基坑开挖1:1放坡范围内的路肩设置加筋对拉式挡风墙，与既有土堆式挡风墙衔接处设置混凝土挡墙顺接。为保证施工过程中迎风侧挡风墙不留豁口，施工时先顶进施工箱形桥主体及盾构，待主体顶进就位后，不拆除盾构，采用局部刷坡及垂直开挖施作迎风侧箱形桥顶及两侧路基挡风墙。待新建挡风墙与既有挡风墙顺利衔接后，方可挖除对应的既有土堆式挡风墙并拆除盾构，采用挖孔桩及其间挡墙防护既有铁路路基土体，开挖现浇施工八字翼墙及其他附属工程。
        本方案中，加筋对拉式挡风墙高3.5m、宽1.5m，基础宽2.1m、深0.5m，且在外侧需留有1.m宽路基土以保证挡风墙基础稳定。详见图2。路基加宽致使本方案箱形桥主体桥宽相对增加，投资相应较多。

5结束语
综上所述，薄型（钢构式）挡风墙方案相较之加筋对拉式挡风墙方案结构更轻盈，施工更便捷，且工程投资较省。故，本工程最终选择薄型（钢构式）挡风墙方案实施。
该工程已于2019年12月竣工验收，施工过程中接触网立柱顺利迁改过渡，钢构式挡风墙有效发挥作用，确保了线路不受大风危害，铁路运行安全。
参考文献：
[1] TB 10092-2017铁路桥涵混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.
[2] TB 10093-2017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]刘风华.不同类型挡风墙对列车运行安全防护效果的影响[J].中南大学学报（自然科学版）,2005 (第37卷):176-182.
作者简介：马海美（1982－），女，本科，工程师。主要从事桥梁设计与施工。