鄭西客專(zhuān)客運(yùn)北環(huán)線咸陽(yáng)渭河特大橋設(shè)計(jì)

錢(qián)楓

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

鄭西客專(zhuān)客運(yùn)北環(huán)線咸陽(yáng)渭河特大橋設(shè)計(jì)

錢(qián)楓

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

鄭西客專(zhuān)客運(yùn)北環(huán)線渭河主橋?yàn)槎嗦?lián)主跨達(dá)120 m的連續(xù)梁。橋位屬八度地震區(qū)，橋梁須設(shè)置減震措施以解決高烈度地震區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)難題;渭河主橋位于半徑3 500 m的曲線上，而橋上無(wú)縫線路必須設(shè)置軌溫調(diào)節(jié)裝置，這是國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，技術(shù)要求復(fù)雜，難度大。本文主要介紹設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮并解決上述設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

高烈度地震區(qū) 高速鐵路 減震榫 曲線橋梁 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器

1 工程概況

鄭西客專(zhuān)客運(yùn)北環(huán)線咸陽(yáng)渭河特大橋東起鄭西客專(zhuān)西安北站，西至鄭西客專(zhuān)咸陽(yáng)西站。咸陽(yáng)渭河特大橋橋梁全長(zhǎng)22.16 km，包括544孔32 m，46孔24 m，4孔40 m，5孔44 m簡(jiǎn)支梁，以及(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+120+120+ 75)m，(54+90+54)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁及多種跨度連續(xù)剛構(gòu)等多處特殊橋跨結(jié)構(gòu);下部結(jié)構(gòu)以圓端形實(shí)體墩為主，矩形空心橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。總投資12.5億。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1)防洪評(píng)價(jià)影響橋梁設(shè)計(jì)因素

本橋跨越渭河河道，處于渭河防洪敏感區(qū)，既有隴海鐵路三線橋橋長(zhǎng)僅為渭河河道寬的一半，并且由于線位條件控制橋梁水流斜交角度達(dá)45°，防洪條件困難。黃河水利委員會(huì)專(zhuān)家在2006年5月27日的咨詢審查意見(jiàn)中提出:“咸陽(yáng)大橋?qū)Ψ篮橛绊懹葹閲?yán)重，應(yīng)采取超常規(guī)措施，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度地增大橋孔跨度，盡最大努力減少對(duì)防洪的影響?！苯?jīng)過(guò)多次咨詢論證，黃河水利委員會(huì)在防洪評(píng)價(jià)報(bào)告審查會(huì)上形成了書(shū)面審查意見(jiàn)，最終同意采用(75+120 +75)m連續(xù)梁+(75+2×120+75)m連續(xù)梁+ (75+2×120+75)m連續(xù)梁 +(75+120+75)m連續(xù)梁跨越渭河河道。主跨120 m連續(xù)梁為全線跨度最大的特殊結(jié)構(gòu)，體量大、聯(lián)長(zhǎng)長(zhǎng)，設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜。

2)高烈度地震區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)

咸陽(yáng)渭河特大橋位于地震動(dòng)峰值加速度0.185g的八度地震區(qū)，而高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線橋梁由于橋梁剛度要求高導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體量較大，地震力往往控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是跨渭河主橋采用的(75+120+120+75)m連續(xù)梁，一聯(lián)梁部混凝土圬工量7 712 m3，質(zhì)量近2萬(wàn)t，普通的32 m簡(jiǎn)支梁的質(zhì)量也超過(guò)900 t，地震力工況下的橋梁下部結(jié)構(gòu)及支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)困難。

3)3 500 m半徑曲線橋上設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器

咸陽(yáng)渭河特大橋渭河主橋最大溫度跨達(dá)195 m，且橋梁位于3 500 m的小半徑曲線上，為滿足無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌應(yīng)力設(shè)計(jì)要求，必須設(shè)置溫度調(diào)節(jié)裝置。這是國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，技術(shù)要求復(fù)雜，難度大。

3 主要技術(shù)水平及創(chuàng)新點(diǎn)

1)跨越渭河跨度的選擇

根據(jù)防洪評(píng)價(jià)要求，在渭河河堤迎水面、河堤及背水坡坡面上均不得設(shè)置橋墩，且橋下凈高需滿足堤頂通行道路的要求。

采用主跨120 m的多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)跨越渭河河道滿足了水利部門(mén)關(guān)于河道內(nèi)橋梁主跨跨度的要求，但同時(shí)也給橋梁設(shè)計(jì)提出了不小的難題。通過(guò)合理措施盡量減小橋梁梁體及下部結(jié)構(gòu)尺寸，既要滿足橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性和整體剛度的要求，同時(shí)又要盡量降低結(jié)構(gòu)自重以解決地震力設(shè)計(jì)難題。主跨連續(xù)梁立面、跨中及支點(diǎn)橫截面見(jiàn)圖1、圖2。

2)高烈度地震區(qū)橋梁設(shè)置減震措施

針對(duì)本線高烈度地震區(qū)的橋梁抗震研究，首次研發(fā)并采用了新型抗震榫結(jié)構(gòu)(圖3)，實(shí)現(xiàn)了正常運(yùn)營(yíng)

狀態(tài)下梁體可自由伸縮，地震時(shí)固定墩與活動(dòng)墩上的抗震榫相繼進(jìn)入屈服耗能，大幅度降低了地震作用，為鐵路橋梁減隔震技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展從理論和實(shí)踐上開(kāi)創(chuàng)了新的思路，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

圖1 120 m主跨連續(xù)梁立面(單位:cm)

圖2 主跨連續(xù)梁橫截面(單位:cm)

圖3 減震榫布置(單位:mm)

3)曲線橋上設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器

咸陽(yáng)渭河特大橋是國(guó)內(nèi)客運(yùn)專(zhuān)線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。我國(guó)早期曾在普速鐵路曲線橋上鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，但由于曲線地段橫向力較大、軌道幾何尺寸不易保持，曲線上伸縮器結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)維修工作量過(guò)大，最終拆除。

高速鐵路行車(chē)速度高，對(duì)軌道平順性、安全性、穩(wěn)定性等要求極高，我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線尚無(wú)在曲線上鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的先例，也沒(méi)有相關(guān)的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)難度均較大。此外，咸陽(yáng)渭河特大橋溫度跨度較大，梁縫變化量較大，理論檢算跨越梁縫的軌枕支承間距最大可達(dá)880 mm，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的650 mm，伸縮器結(jié)構(gòu)還需解決梁縫處鋼軌支承間距超限問(wèn)題。

設(shè)計(jì)期間國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有適用于客運(yùn)專(zhuān)線鐵路曲線上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的成熟產(chǎn)品。設(shè)計(jì)采用了BWG曲線鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，適應(yīng)動(dòng)車(chē)組(軸重17 t)最高通過(guò)速度350 km/h(+10%)，標(biāo)準(zhǔn)軌距、60 kg/m鋼軌、曲線半徑≥2 000 m、梁端鋼軌伸縮量≤600 mm、無(wú)砟軌道的使用條件。

4)跨越河流、道路采用特殊結(jié)構(gòu)

咸陽(yáng)渭河特大橋沿線控制橋跨布置因素眾多，尤其在西安市近郊，交通發(fā)達(dá)，道路密集，橋梁在跨越各種控制因素時(shí)采用合理適宜的橋跨結(jié)構(gòu)跨越，使橋跨布置出現(xiàn)眾多非標(biāo)梁跨。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、混凝土連續(xù)剛構(gòu)等特殊橋跨由于施工難度大、施工周期長(zhǎng)、工程造價(jià)高等因素，故盡量少用。布跨時(shí)全橋以32 m簡(jiǎn)支梁為主，跨越不同建筑物時(shí)根據(jù)具體條件和相關(guān)要求分別采用了(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+2×120+75)m，(54+90+ 54)m連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)。由于全橋較長(zhǎng)，跨越的建筑物較多，對(duì)橋梁孔跨布設(shè)有較多約束，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)部分連續(xù)梁及剛構(gòu)的邊跨長(zhǎng)度進(jìn)行局部調(diào)整以適應(yīng)跨度要求。值得一提的是，跨樂(lè)育路立交橋處采用的44 m簡(jiǎn)支梁為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線最大跨度簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該橋的設(shè)計(jì)實(shí)踐，利用設(shè)置減震榫解決了高烈度地震區(qū)高速鐵路橋梁支承結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、高速鐵路曲線橋梁上設(shè)置無(wú)縫線路溫度調(diào)節(jié)器解決了鋼軌應(yīng)力設(shè)計(jì)等技術(shù)難題，積累了相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取得了良好

的效果，為今后類(lèi)似相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒案例。

［1］孟兮，高日，李承根.鐵路簡(jiǎn)支梁橋中減震榫的設(shè)計(jì)及其減震性能研究［J］.橋梁建設(shè)，2014，44(3):81-86.

［2］孟兮，倪燕平.減震榫設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，37(3):103-106.

［3］范立礎(chǔ)，王志強(qiáng).橋梁減隔震設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］高芒芒.客運(yùn)專(zhuān)線鐵路簡(jiǎn)支梁橋減震榫方案動(dòng)力特性仿真分析［R］.北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2011.

［5］鄧敏.大跨度連續(xù)梁橋地震反應(yīng)分析研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2008.

［6］陳浩.減震榫力學(xué)性能及其在橋梁減震中的應(yīng)用［D］.北京:北京交通大學(xué)，2010.

［7］曾憲海，蔣金洲.高速鐵路曲線地段長(zhǎng)大連續(xù)梁橋無(wú)縫線路方案研究［J］.鐵道建筑，2011(4):1-5.

［8］盧耀榮.無(wú)縫線路研究與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.

(責(zé)任審編 孟慶伶)

U442.5

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.03

2015-05-20;

:2015-06-25

錢(qián)楓(1977— )，男，浙江寧波人，高級(jí)工程師。

1003-1995(2015)09-0009-03