東江南特大橋主橋橋式的選擇

劉應(yīng)才

穗莞深城際軌道交通項(xiàng)目是珠三角城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的主軸線之一,是國內(nèi)第一條由省方主導(dǎo)的城際軌道交通項(xiàng)目。該項(xiàng)目線路走向起于廣州,經(jīng)東莞至深圳松崗,線路全長62.9 km,總投資166.83億元。項(xiàng)目于2008年12月21日上午正式開工建設(shè),總工期為4年,預(yù)計(jì)在2012年年底建成通車。

穗莞深城際軌道項(xiàng)目的開工建設(shè),標(biāo)志著廣東省珠三角地區(qū)軌道交通同城化規(guī)劃實(shí)施進(jìn)入全面啟動(dòng)階段。項(xiàng)目建成后,將成為溝通廣州、東莞、深圳三市的快速交通通道,對(duì)加快推動(dòng)珠江東岸建成一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈,實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化,提升珠三角地區(qū)整體實(shí)力具有重要意義,珠三角城際軌道交通車輛荷載圖示見圖1。

穗莞深城際軌道交通工程是國內(nèi)首條真正意義上的城際軌道交通項(xiàng)目,它不同于國鐵,也不同于地鐵,很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)無相應(yīng)的規(guī)范。針對(duì)國務(wù)院對(duì)珠三角城際軌道網(wǎng)的規(guī)劃,廣東省鐵路建設(shè)投資集團(tuán)組織中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中國鐵道科學(xué)研究院、中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司等設(shè)計(jì)、科研單位編制了珠江三角洲城際軌道交通《設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(以下簡(jiǎn)稱為《暫規(guī)》),來統(tǒng)一整個(gè)線網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)。由于《暫規(guī)》在不斷修編中,施工圖階段較初步設(shè)計(jì)階段,列車豎向活載圖示發(fā)生了較大變化,由八節(jié)編組的珠三角城際軌道交通車輛荷載圖示修訂為0.6UIC荷載圖示(見圖2)。

1 研究概況

初步設(shè)計(jì)時(shí),東江南特大橋主橋采用孔跨布置為(144.5+264+144.5)m的鋼桁斜拉橋,節(jié)間長度11.0 m,中跨24個(gè)節(jié)間,邊跨13個(gè)節(jié)間,橋面以上的上塔柱采用鋼塔柱,高 109 m,橋面以下下塔柱采用混凝土塔柱,高51.16 m(見圖3)。

在圖1荷載模式作用下,用有限元軟件對(duì)橋梁進(jìn)行驗(yàn)算,鋼桁梁跨中最大豎向撓度20.8 cm(容許值22 cm),鋼桁梁最大梁端轉(zhuǎn)角1.8‰(容許值2‰),橋梁剛度滿足規(guī)范要求。

在《暫規(guī)》修訂后的圖2荷載模式作用下,鋼桁梁跨中最大豎向撓度 36.1 cm(容許值 22 cm),鋼桁梁最大梁端轉(zhuǎn)角 3.1‰(容許值2‰),橋梁剛度不滿足規(guī)范要求。鋼桁梁邊支點(diǎn)采用壓重后仍存在負(fù)反力?？紤]改良方案為:跨提部分的(50+80+50)m連續(xù)梁改為(50+80+50)m鋼桁梁,與主橋相連,連續(xù)長度增加360 m,需增加鋼材約6 500 t。鑒于列車荷載模式改變后,采用原橋式結(jié)構(gòu)不能滿足規(guī)范要求,要將跨提部分的連續(xù)梁改為與主橋相連的鋼桁梁,在初步設(shè)計(jì)上需增加大量投資額,所以考慮修改初步設(shè)計(jì)的橋式,采用下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋(方案一)和下承式整體橋面鋼桁拱橋(方案二),為了保證通航需要,兩方案跨度布置維持原設(shè)計(jì),仍采用(144.5+264+144.5)m。

2 方案比選

方案一:下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋。1)本方案為下承式整體橋面加勁鋼桁梁,橋跨布置(144.5+264+144.5)m;2)鋼梁節(jié)間12 m～15 m,平弦桁高18 m,中間支點(diǎn)處上加勁弦高32 m,加勁弦采用二次拋物線線形。方案二:下承式整體橋面鋼桁拱橋。1)本方案為下承式整體橋面鋼桁拱,橋跨布置(144.5+264+144.5)m;2)鋼梁節(jié)間為12 m,平弦桁高18 m,中間支點(diǎn)處上桁高25 m,下加勁腿高12 m,拱軸線二次拋物線,跨中矢高54 m,拱頂桁高12 m。三種橋式的綜合比較見表1。

表1 三種橋式的綜合比較

3 結(jié)語

穗莞深城際軌道交通項(xiàng)目東江南特大橋主橋初步設(shè)計(jì)時(shí)為鋼桁斜拉橋,由于荷載圖示發(fā)生變化,原設(shè)計(jì)不能滿足規(guī)范要求,需進(jìn)行方案調(diào)整,如果保持橋式不變,跨提部分的連續(xù)梁要改為鋼桁梁,增加投資8 079.5萬元。本文通過分析研究另外兩種橋式方案,可以看出,幾種方案都能滿足規(guī)范要求,但方案一總造價(jià)最低,且施工工期最短,為最優(yōu)方案,所以最終推薦采用方案一,即采用下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋?？梢?初步設(shè)計(jì)的方案未必是最優(yōu)方案,完全可以在施工圖階段對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,降低工程造價(jià),縮短施工工期。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院,鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.珠三角地區(qū)城際軌道交通設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(修訂稿)[Z].2009.

[3] 項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京:人民交通出版社,2001.