下穿铁路站场地道桥重难点分析

马 锴

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 项目背景

由于历史及规划的原因，多数火车站均位于城区的中心位置，占地范围大且狭长，不同规模的车站加上两端咽喉区至少数百米长。此范围内一般仅有几座与火车站同期建设的人行地道连通车站两侧。随着城市的发展，车流量与日俱增，对路网的要求逐渐提高，但由于火车站两侧的道路无法连通而形成断头路，导致车站周边道路拥堵，从而成为制约道路交通发展的重要因素。为连通车站范围的断头路，只能通过修建不中断铁路行车的顶进式框架地道桥。相对于下穿铁路区间段的地道桥，下穿铁路站场及咽喉区的地道桥有规模大、工程条件差，涉及专业和铁路主管部门多的特点。结合2个工程实例对同类型工程的重难点做出分析。

2 工程实例

2.1 京沪线K252+554沧州市维明路9 m-16.5 m-9 m三孔框架地道桥

维明路地道桥拟在京沪线K252+554处下穿沧州火车站北端，该里程处现有8条铁路线和3座站台，均为南北走向，电气化铁路。由西向东依次是:1号站台、6道线、4道线、2号站台、Ⅱ道线(京沪上行线)、Ⅰ道线(京沪下行线)、3号站台、3道线、5道线、机走线、7道线，其中7道、机走线钢轨类型为50 kg/m，其余均为60 kg/m。既有线东侧有3条规划铁路站线，线间距为5 m，规划铁路站线距离既有线6.5 m，与既有铁路并行等高布置。既有线的线间距由西向东依次为4.935、11.619、5.078、11.127、4.977、2.766、3.936 m。股道(Ⅱ道线和7道线)间最大轨底高差0.666 m。

规划维明路位置现状有1座单孔3 m×3 m箱涵下穿沧州火车站，箱涵顶、底板厚0.45 m，边墙厚0.4 m，结构总高3.9 m，总宽3.8 m，里程为京沪线 K252+572。本次施工需要将既有箱涵拆除。

拟建桥位中线处既有宽5.4 m的平交道口，用于站内行李车通过。

维明路地道桥总平面布置见图1。

2.2 京沪线K179+538静海县东方红路5 m-16.5 m-5 m三孔框架地道桥

东方红路是静海县城中心区一条城市主干道，既有道路宽12 m，既有单孔箱涵宽12 m，东西走向，下穿静海火车站，位于站台中部。拟新建5 m-16.5 m-5 m三孔框架地道桥，在原桥位处替代既有箱涵。

静海火车站站台全长553 m，现有5条铁路线和2座站台，由西向东依次是:1号站台、4道线、Ⅱ道线(京沪上行线)、Ⅰ道线(京沪下行线)、2号站台、3道线、5道线。线路呈南北走向，钢轨类型60 kg/m，钢筋混凝土枕，最大轨底面高差为0.514 m(Ⅰ道线和5道线)。两站台面均为矮站台，站台面高于轨面30 cm，1号站台停车标里程分别为K179+312、K179+797，2号站台停车标里程分别为K179+311、K179+796，停靠列车最长为516 m。

东方红路地道桥总平面布置见图2，站台平面示意见图3。

3 重难点分析

3.1 现场勘察

详细的现场勘察是整个设计工作的基础，下穿铁路站场地道桥由于周边环境复杂，影响因素较多，现场勘察资料是否齐备，直接影响整个工程方案的可行性，现场勘察应包含常规地道桥的勘察项目和针对其特点的特殊勘察项目。

常规地道桥现场勘察［1］的项目主要有铁路设备及设施、铁路建(构)筑物和基坑影响范围内建(构)筑物等3方面。

3.1.1 铁路设备及设施

勘察内容包括:线路、道岔、接触网、信号灯及附属设施、铁路管线和路基等方面。

图1 维明路地道桥总平面布置(单位:m)

图2 东方红路地道桥总平面布置(单位:m)

图3 站台平面示意(单位:m)

(1)线路

工程所在线路区间名称及线路各股道名称;拟建道路中心线处铁路(下行线)中心里程、各股道的轨面高程(中线及桥宽两侧)及线间距、该区段各股道的设计时速、行车密度、车辆类型、牵引种类、轨道类型、道床类型;桥位处的线路坡度、曲线要素。

(2)道岔

道岔类型、型号(9号、12号、12号提速道岔等)及编号;道岔全长、尖轨长及道岔各组成部分位置。

(3)接触网、信号灯及辅助设施

接触网悬挂类型及接触网杆编号;信号灯、道岔转辙机位置及编号。

(4)铁路管线

信号电缆、通信电缆、电力电缆、给排水管线等位置及主要参数。

(5)路基

路基高度、路肩宽度等路基横断面尺寸;路基侧向排水沟位置、建筑材料、断面尺寸及流向;路基填料、基底处理方式;防护网位置及类型。

3.1.2 铁路建(构)筑物

通过铁路相关部门搜集既有建(构)筑物的设计图、竣工图及相关资料，并经过现场调查获取以下资料。

(1)桥梁、涵洞、隧道、房屋等建(构)筑物编号、里程。

(2)平面布置、埋深、结构类型、建筑材料、使用年限及状态。

3.1.3 基坑影响范围内建(构)筑物

(1)需保护的建(构)筑物平面布置、结构类型、基础类型、建筑材料、使用年限及状态。

(2)受影响市政管线的类型、位置、材料、使用年限及状态。

(3)搜集需保护的建(构筑物)及管线的设计图、竣工图等相关资料。

特殊勘察项目:机车停车位置标、停靠站列车的车头与机车停车位置标的相互关系、各站台端头位置、停靠站列车的车头和车尾与站台端头的相互关系、各站台高度、名称，站台雨棚位置、站内平交道口的宽度和使用情况、停靠列车的长度、停靠时间及上、下客情况等。

3.2 地道桥顶进［2］方案(图4)

下穿铁路站场的地道桥穿越股道和站台较多，长度较大，通常采用分节施工。以沧州维明路地道桥为例，本桥穿越8股道和3座站台，分成两节施工。

方案一:中继间［3］顶进方案

中继间方案即前段桥体利用后段桥体作后背，用前、后段之间设置的中继间千斤顶进行顶进。中继间内的千斤顶达到最大顶程后，前段桥体暂停前进，而后段桥体顶进。此时，前段中继间的千斤顶随着后段桥体的前进而回镐。

顶进前段长25.241 m，顶进后段长45.649 m。变形缝［4］设置在3号站台下方。地道桥总投影面积2 744.6 m2。

方案二:对顶［5］方案

对顶方案是在铁路东西两侧各开挖1个工作坑，分别在两侧工作坑内预制桥体，将地道桥对顶就位。

西段桥体长31.29 m，东段桥体长45.135 m。变形缝设置在线间距较大的4道线和Ⅱ道线之间。桥体顶进就位前开始对两桥前悬臂分段切割，切一段顶一段。两地道桥总投影面积2 957.6 m2。

图4 地道桥纵剖面(单位:mm)

3.2.1 方案对比

投资估算，方案一总投影面积小，投资较小。

施工精度，由于持力层地基承载力［6］较低，即使通过顶进前注浆加固［7］也很难均匀提高，顶进时容易扎头，采用方案二精度很难控制。

3.2.2 对铁路的影响［8］

方案一，顶程77.116 m，按每镐顶进0.6 m，每天顶进6镐计算，共需25 d桥体顶进就位。

方案二，顶进速度同方案一，东桥顶程60.719 m，需25 d(包含切割前悬臂2.524 m，需分5次进行，每次按8 h计算)桥体就位;西桥顶程37.877 m(包含切割前悬臂4 m，需分8次进行，每次按8 h计算)，破除两桥之间抗移桩和接长线路加固横梁的时间约4 d，桥体就位需20 d。两桥同时顶进时间为10 d，共需35 d桥体才能就位;东桥需要在京沪上行线中线距主框架边缘2.475 m时开始切割前悬臂，同时西桥需要在4道线中线未上主框架时即开始切割前悬臂，切割过程用水量很大，积水浸泡路基容易引起塌方，风险较大;两桥就位后需后补部分底板、侧墙以及施作变形缝防水，所需时间较长，在两线间施工时需要对桥体两侧土体进行防护，但11.619 m的线间距仅能做2根防护桩，无法满足防护要求［9］。

方案二顶进时间长，施工风险大，推荐采用方案一。

3.3 站台处理方案

地道桥下穿站场时，根据吊轨纵横梁线路加固体系的特点，只有将线路中间部分站台拆除才能进行。施工期间会导致部分旅客无法上、下车。

针对此工况，可依次考虑以下3种方案。

方案一:调整桥位，避开列车停靠范围。

维明路、东方红路均为既有道路，车站两侧道路已形成，桥位无法调整。

方案二:延长站台，使列车停靠位置避开施工影响范围。

维明路地道桥工程中，1、2、3号站台端头延伸至拟建桥上约9 m，站内平交道口位于拟建桥中线附近，所以顶进前需临时拆除部分站台(线路加固影响范围)及道口以施作线路加固系统。为保证施工期间乘客正常上下车，可在车站南端对部分站台接长，使列车停靠位置整体南移，避开施工影响范围，并在站台南端设置临时平交道口，保证站内行李车能在3座站台之间通行。故方案二可行。

东方红路地道桥工程中，通过对静海火车站停靠列车24 h不间断的记录发现，列车停车位置有的不到停车标，有的超出停车标，但所有列车停靠位置均不超过钢轨绝缘接头。1号站台停靠列车最长为516 m，新建框架桥施工影响范围按55 m计算(含线路加固影响范围)，从施工边线距北侧线路绝缘接头430.5 m，列车长度约516 m，无法满足停靠要求。同样，2号站台也无法满足。如果延长站台，需将2座站台各加长100 m才能满足施工期间列车停靠要求，工程量较大且场地不满足。故方案二不可行。

方案三:桥位、站台都不变，施工期间设临时站台供旅客上、下车。

以东方红路地道桥为例。在方案阶段，临时站台设计主要采用木结构，具体做法是:在线路加固纵梁上放置10 cm×10 cm的方木作为临时站台横梁，用单根长度为4 m的方木接长而成。方木与工字钢纵梁之间垫木块用以调整站台高度，方木上满铺厚5 cm，宽20 cm，长4 m的木板，纵梁、方木、木板通过铁丝固定。本做法无法满足原矮站台的要求，需将站台面高程调整至相邻轨面高程以上1.1 m，使临时站台形成高站台。在方案设计审查会中，铁路主管部门认为，这种临时站台的做法虽然轻便、可调性较高，但由于在地道桥顶进期间，线路加固纵梁变形较大，使临时站台存在较多安全隐患，容易伤及乘客。

在施工图设计中，将临时站台改为钢便桥形式，在地道桥两侧分别做桩及冠梁，作为钢便桥基础，在冠梁上搭设I63b型钢，间距1 m，作为便桥钢梁，钢梁上满铺5 mm厚防滑钢板与钢梁焊接牢固，为减小便桥挠度，在跨中设支点作用于线路加固体系的纵梁上，在临时高站台和既有矮站台相接的地方设置了2种过渡方式，台阶过渡供乘客使用，坡道过渡供站台上行李车通行。如图5所示。

图5 钢便桥临时站台横断面(单位:mm)

采用钢便桥作为临时站台的优点是:临时站台与线路加固系统仅通过一个点连接，无论线路加固系统变形大小，都不影响临时站台的使用，整体刚度和稳定性较好。在铁路主管部门组织的审查会中，钢便桥临时站台的做法得到了专家们的认可。

3.4 线路加固方案

站场内股道数较多，股道间高差较大，以维明路地道桥为例，本工程下穿8股道中最大轨底高差0.666 m，若按常规线路加固方式轨底至地道桥顶面0.8 m考虑，当最低的股道满足0.8 m时，最高的股道下方将有1.466 m的高度，施工期间需在线路加固横梁上垫多层枕木［10］调整高度，稳定性较差。

遇到这种工况可通过2种方案减小高差:

(1)对最低的股道进行抬道，此方案影响范围较大，在岔区时不适用;(2)最低轨底面至桥顶面高度按最小值H控制。H=5 cm(绝缘板)+40 cm(I40b型钢横梁)+5 cm(调整空间)+10 cm(小滑车)=60 cm［11］。

由于维明路地道桥北侧已经进入岔区，抬道影响范围太大，所以采用第二种方案。

3.5 拆旧桥［12］顶新桥(图6)

图6 新桥顶进、旧桥拆除循环示意(单位:cm)

以维明路地道桥为例。既有箱涵与拟建地道桥夹角为6°。由于部分既有桥位于拟建桥范围内，部分位于拟建桥范围外，所以既有箱涵拆除时无法按常规做法随顶随拆。

根据现场实际情况制定拆除方案如下。

既有箱涵在拟建桥体范围内时，采用绳锯切割顶板，采用片锯切割墙体，采用破碎炮破碎墙体与底板连接处，使墙体与顶板混凝土滑落。既有箱涵拆除1.0 m，新建桥体向前顶进1.0 m，以此循环，墙体与顶板切割可超前拟建桥体3.0～4.0m，底板破碎可错后墙体1.0～2.0 m。

既有箱涵与拟建桥体相交时，采用绳锯切割顶板，采用片锯切割墙体与部分底板，待拟建桥体顶距既有箱涵0.5 m处，用片锯纵向切割底板，分段移出桥内。及时回填既有箱涵剩余部分与拟建桥体之间土体。拟建桥体每次顶进1.0 m，以此循环。新桥就位后对剩余既有箱涵填充段进行二次注浆回填。

此拆除方案已通过了铁路主管部门的审查。

4 结语

京沪线K252+554沧州市维明路地道桥和京沪线K179+538静海县东方红路地道桥两个工程设计涵盖了地道桥设计中几乎所有的重、难点，包含:拆旧桥、多组接触网杆改移、地基承载力不足、地下水位高、拆除及恢复站台和平交道口、分节顶进、穿越铁路站场或咽喉区、临时站台设置等，通过对两个项目设计过程的分析总结，可以对类似工程设计起指导作用。

［1］北京铁路局.京铁师［1993］491号 顶进式框架立交桥设计、施工的若干规定［S］.北京:北京铁路局，1993.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］冯卫星，王克丽.地道桥设计与施工［M］.石家庄:河北科学技术出版社，2012.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］铁道部第四勘测设计院桥隧处.桥涵顶进设计与施工［M］.中国铁道出版社，1983.

［6］中华人民共和国铁道部.TB10002.5-2005 铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［7］中华人民共和国建设部.JGJ79—2002 建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［8］梁红燕.大型火车站内顶进框架桥的设计［J］.铁道标准设计，2011(2):76-78.

［9］北京铁路局.京铁师［2008］435号 营业线施工及安全管理实施细则［S］.北京:北京铁路局，2008.

［10］张青松.既有线上就地现浇框架桥线路加固工程的设计和施工［J］.铁道标准设计，2008(10):28-29.

［11］河北省石家庄市市政建设总公司.CJJ74—1999 城镇地道桥顶进施工及验收规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［12］铁道部经济规划研究院.TZ203—2008 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.