大跨度曲線不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)軌道交通橋梁方案設(shè)計(jì)

葉如

（寧波軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315100）

大跨度曲線不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)軌道交通橋梁方案設(shè)計(jì)

葉如

（寧波軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315100）

介紹某跨鐵路線68 m+138 m+95 m三跨不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)軌道交通橋梁的設(shè)計(jì)。針對(duì)350 m半徑的特殊情況，通過計(jì)算分析，進(jìn)行合理的構(gòu)造和配束設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)受力安全。另外，為解決半徑較小的轉(zhuǎn)體T構(gòu)橫向偏心較大的問題，將轉(zhuǎn)動(dòng)中心置于整體結(jié)構(gòu)橫向偏心位置上，再進(jìn)行稱重平衡試驗(yàn)，施加配重，有效地保證轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體過程中的穩(wěn)定性。

小半徑；連續(xù)剛構(gòu)；轉(zhuǎn)體；跨鐵路

1　概述

寧波軌道交通4號(hào)線在轉(zhuǎn)出江北大道后，于里程K1+150附近小角度（30°）斜交上跨蕭甬鐵路、杭甬客專，形成上跨鐵路節(jié)點(diǎn)，線路曲線半徑350 m，見圖1。上跨節(jié)點(diǎn)處現(xiàn)狀蕭甬鐵路（地面線）、杭甬客專（高架線）現(xiàn)狀共設(shè)4股道，橫斷面總寬約32 m，見圖2。杭甬客專南側(cè)規(guī)劃預(yù)留雙股道高架線。

圖1　橋址平面圖

圖2　鐵路、江北大道相對(duì)關(guān)系橫斷面（單位：cm）

2　設(shè)計(jì)原則和主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［1-7］

2.1設(shè)計(jì)原則

（1）結(jié)構(gòu)上跨鐵路，設(shè)計(jì)、施工協(xié)調(diào)難度大，施工窗口時(shí)間短。橋型方案應(yīng)選擇工藝成熟，施工難度小、工期短的橋梁方案，減少施工對(duì)道路和鐵路交通的影響；

（2）上跨橋梁梁底凈空應(yīng)滿足鐵路限界凈高要求，橋墩立柱內(nèi)側(cè)邊緣與既有鐵路中心線有足夠的安全距離；

（3）橋跨布置應(yīng)充分考慮杭甬客專南側(cè)規(guī)劃高架線路的預(yù)留要求；

（4）避免在杭甬客專上方現(xiàn)澆作業(yè)，如澆筑合攏段等。

2.2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)速度：設(shè)計(jì)最高行車速度V=80 km/h。

（2）線路情況：雙線，標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)間正線線間距均為4.2 m。橋跨位于半徑350 m的平曲線上；

（3）車輛選型：采用車型為國標(biāo)B型車，6輛編組形式，車輛軸重不大于14 t?；钶d系數(shù)按提高1.3倍計(jì)取。

（4）抗震設(shè)防：抗震設(shè)防烈度7度。（5）設(shè)計(jì)年限：橋梁主體結(jié)構(gòu)100 a。

（6）橋下凈空：橋梁下方無接觸網(wǎng)立柱區(qū)域，蕭甬鐵路地面線按不小于7.96 m控制，杭甬客專高架線按不小于7.5 m的凈高要求控制；橋梁下方有接觸網(wǎng)立柱，考慮立柱上方預(yù)留1 m左右的檢修空間。蕭甬鐵路按不小于9 m控制，杭甬客專高架線按不小于8.5 m控制。此外，跨越鐵路時(shí)橋下凈空考慮鐵路抬道及橋梁自身豎向撓曲變形預(yù)留量0.2 m富余量。

3　橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1橋跨布置

通過對(duì)橋梁建設(shè)條件的分析，橋梁布置方案可考慮如下幾種：

（1）三跨結(jié)構(gòu)，兩個(gè)中墩分別設(shè)置于蕭甬線和規(guī)劃線外側(cè)，中采用跨138 m左右連續(xù)跨越鐵路；

（2）采用兩跨結(jié)構(gòu)，中墩和邊墩分別設(shè)置于蕭甬線和規(guī)劃線外側(cè)，其中一孔138 m的邊跨跨越鐵路；

（3）采用跨徑138 m左右的單跨結(jié)構(gòu)，橋墩分別設(shè)置于蕭甬線和規(guī)劃線外側(cè)。

經(jīng)過比選，單跨方案和兩跨方案體系跨徑大，在小曲線半徑條件下，受力復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體量大，類似工程成功先例極少。反觀三跨方案體系跨徑較小，類似工程實(shí)例較多。因此，本橋推薦采用三跨結(jié)構(gòu)。

根據(jù)橋址處鐵路、公路等邊界條件，確定橋梁孔跨布置方案68 m+138 m+95 m三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)。

考慮到避免在橋梁邊建設(shè)過于高聳的結(jié)構(gòu)，盡量不使用需定期養(yǎng)護(hù)或更換的纜索，因此對(duì)于上述孔跨布置的橋梁結(jié)構(gòu)，不考慮采用斜拉橋或拱橋。結(jié)合國內(nèi)近些年在上跨鐵路橋梁中大量采用橋型，本橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)體系。

剛構(gòu)橋主跨138 m單孔跨越蕭甬鐵路和杭甬客專，北側(cè)主墩承臺(tái)邊距離蕭甬鐵路左線中心線最小間距9.11 m，南側(cè)主墩承臺(tái)距杭甬客專右線中心線距離21.1 m。中跨合攏段避開杭甬客專，設(shè)置于蕭甬線上方。采用線懸臂澆筑后轉(zhuǎn)體的施工方案，小里程側(cè)轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度100 m，大里程側(cè)轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度172 m。

橋跨布置見圖3、圖4。

圖3　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖4　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結(jié)構(gòu)立面布置圖

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)為中心線跨徑68.408 m+138.828 m+ 95.57 m=302.806 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，中心線曲線半徑352.1 m。

本橋通過空間有限元計(jì)算分析，采用空間梁?jiǎn)卧蛯?shí)體有限元結(jié)合的方法進(jìn)行計(jì)算分析，充分考慮了小曲線、大跨徑造成的彎扭耦合、約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)變形等對(duì)受力和變形的影響，指導(dǎo)進(jìn)行構(gòu)造和配束設(shè)計(jì)，以充分保證結(jié)構(gòu)的安全。

小樁號(hào)側(cè)截面：梁高5～9.0 m（梁高按1.8次變化），頂板厚度0.35～0.6 m，腹板厚度0.5～1.1 m，底板0.4～1.1 m；頂板寬11 m，底板寬度7.0 m。對(duì)稱懸臂澆筑13個(gè)節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度3.0～3.5 m。

大樁號(hào)側(cè)截面：梁高5～12 m（梁高按1.8次變化），頂板厚度0.35～0.6 m，腹板厚度0.5～1.5 m，底板0.4～1.3 m；頂板寬11 m，底板寬度7.0 m。對(duì)稱懸臂澆筑22個(gè)節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度3.0～4.0 m。

小樁號(hào)側(cè)邊跨合龍段長(zhǎng)2.408 m，現(xiàn)澆段長(zhǎng)15.8 m；大樁號(hào)側(cè)邊跨合龍段長(zhǎng)2.570 m，現(xiàn)澆段長(zhǎng)6.8 m?？缰泻淆埗伍L(zhǎng)2.828 m，梁高5.0 m，見圖5、圖6。

圖5　小樁號(hào)側(cè)立面及平面圖

圖6　大樁號(hào)側(cè)立面及平面圖

全橋共設(shè)七道橫隔板，橫隔板厚0.5 m，兼做遠(yuǎn)期預(yù)留的體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向塊。

（2）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小樁號(hào)側(cè)主墩采用箱型墩。墩頂橫向?qū)?.0 m，縱向長(zhǎng)5.5 m，墩底橫向?qū)?.5 m，縱向長(zhǎng)5.5 m，朝曲線內(nèi)側(cè)成斜腿造型。墩底上承臺(tái)為圓形截面，直徑12.0 m，高2.5 m；下承臺(tái)寬14.0 m，縱向長(zhǎng)19.4 m，高3.5 m，下設(shè)12根2.0 m鉆孔灌注樁。上下承臺(tái)之間封鉸區(qū)高0.8 m，轉(zhuǎn)體施工完成后澆筑低收縮混凝土。為抵抗施工階段上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏心，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)中心與橋梁中心線橫橋向預(yù)設(shè)0.8 m的預(yù)偏心。

大樁號(hào)側(cè)主墩同樣采用箱型墩。墩頂橫向?qū)?.0 m，縱向長(zhǎng)6.5 m，墩底橫向?qū)?1.4 m，縱向長(zhǎng)6.5 m，朝曲線內(nèi)側(cè)成斜腿造型。墩底上承臺(tái)為圓形截面，直徑15.0 m，高3.0 m；下承臺(tái)寬19.4 m，縱向長(zhǎng)19.4 m，高4.0 m下設(shè)16根2.0 m鉆孔灌注樁。上下承臺(tái)之間封鉸區(qū)高0.8 m，轉(zhuǎn)體施工完成后澆筑低收縮混凝土。轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)中心與橋梁中心線橫橋向預(yù)設(shè)2.2 m的預(yù)偏心。

小樁號(hào)側(cè)邊墩上跨江北大道，采用門架墩結(jié)構(gòu)，門墩跨徑20.0 m。大樁號(hào)側(cè)邊墩采用花瓶形實(shí)心獨(dú)柱橋墩。

本橋樁基持力層為⑾1c玄武玢巖，按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁基全斷面進(jìn)入持力層不少于2倍樁徑，見圖7、圖8。

圖7　QJ01D27墩橫斷面（單位：mm）

4　橋梁施工方案要點(diǎn)

4.1轉(zhuǎn)體系統(tǒng)方案

本橋上部結(jié)構(gòu)先平行于鐵路線路懸臂澆筑施工，然后轉(zhuǎn)體至設(shè)計(jì)線位處。小里程側(cè)主墩轉(zhuǎn)體重量7700t，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度100 m，轉(zhuǎn)體角度19°；大里程側(cè)主墩轉(zhuǎn)體重量14 600 t，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度172 m，轉(zhuǎn)體角度40°，見圖9。該轉(zhuǎn)體墩位和轉(zhuǎn)體角度在國內(nèi)近些年的轉(zhuǎn)體施工工程實(shí)踐中較為常見，因此，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)采用常規(guī)的環(huán)道與中心支承相結(jié)合的球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)組成，同時(shí)為防止傾覆，上轉(zhuǎn)盤下側(cè)設(shè)置8組鋼管混凝土撐腳。

圖8　QJ01D28墩橫斷面（單位：mm）

圖9　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結(jié)構(gòu)施工總平面圖

4.2配重措施

本橋最大懸臂狀態(tài)主要存在兩類偏心：理論狀況下的橫向偏心和實(shí)際施工非預(yù)見性偏心。由于位于小半徑曲線上，最大懸臂狀態(tài)下自重產(chǎn)生橫向偏心，通過設(shè)置轉(zhuǎn)盤中心預(yù)偏以抵消此橫向偏心。實(shí)際施工也存在立模不準(zhǔn)、混凝土超重等施工原因引起的附加偏心，附加偏心按主梁自重± 2.5%計(jì)。此偏心距通過對(duì)預(yù)先設(shè)置的三個(gè)配重點(diǎn)進(jìn)行加載調(diào)整。三個(gè)配重點(diǎn)分別位于主梁的兩端和轉(zhuǎn)臺(tái)曲線外側(cè)的臨時(shí)配重平臺(tái)，見圖10。

圖10　配重方案示意圖

混凝土超重等施工原因引起的附加偏心考慮如下三種最不利情況：（1）縱向重心線單側(cè)A區(qū)域節(jié)段按主梁自重+2.5%計(jì)，另一側(cè)B區(qū)域節(jié)段按主梁自重-2.5%計(jì)，此時(shí)通過配重點(diǎn)2調(diào)整橫向附加偏心引起的彎矩，通過配重點(diǎn)3調(diào)整縱向附加偏心引起的彎矩；（2）橫向重心線單側(cè)D區(qū)域節(jié)段按主梁自重+2.5%計(jì)，另一側(cè)C區(qū)域節(jié)段按主梁自重-2.5%計(jì)，此時(shí)通過配重點(diǎn)2調(diào)整橫向附加偏心引起的彎矩；（3）橫向重心線單側(cè)C中節(jié)段按主梁自重+2.5%計(jì)，另一側(cè)D中節(jié)段按主梁自重-2.5%計(jì)，此時(shí)通過配重點(diǎn)1、3調(diào)整橫向附加偏心引起的彎矩。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重心線劃分見圖11。

圖11　轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重心線劃分

考慮兩種情況下最不利不平衡彎矩，計(jì)算最大配重，計(jì)算結(jié)果見表1。

綜合分析三種情況下的計(jì)算結(jié)果，可知小里程側(cè)重墩配重點(diǎn)1和3的最大配重為544.2 kN，配重點(diǎn)2的最大配重為60 kN。大里程側(cè)重墩配重點(diǎn)1和3的最大配重為1 070 kN，配重點(diǎn)2的最大配重為516.8 kN。

4.3合龍段施工方案

受平面交叉角度的影響，橋梁合龍段難以避開蕭甬鐵路。本階段設(shè)計(jì)時(shí)橋梁合龍段布置于蕭甬鐵路上方以遠(yuǎn)離杭甬客專。為保證鐵路安全，蕭甬鐵路上方搭設(shè)防護(hù)棚架，合龍段現(xiàn)澆模架增設(shè)防落物平臺(tái)，利用鐵路封鎖時(shí)間分次、要點(diǎn)完成合龍段施工。

表1　最不利配重計(jì)算表

5　結(jié)語

本上跨鐵路節(jié)點(diǎn)橋梁采用68 m+138 m+95 m三跨不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)，采用懸臂澆筑轉(zhuǎn)體施工，是適應(yīng)橋址處控制因素多、邊界條件復(fù)雜，滿足鐵路現(xiàn)狀和預(yù)留規(guī)劃，對(duì)鐵路運(yùn)營影響較小的方案。

受線路條件制約，橋梁小角度斜交上跨6股鐵路線路，中跨跨徑達(dá)到138 m；受杭甬客專限制，橋梁中跨合攏段偏離跨中，造成橋梁布置不對(duì)稱；線路位于350 m的小半徑曲線上；上述幾個(gè)特點(diǎn)和難點(diǎn)，使本橋在軌道橋梁中鮮未有工程實(shí)例。

本橋通過空間有計(jì)算分析，充分考慮了小曲線、大跨徑連續(xù)剛構(gòu)受力復(fù)雜的因素，進(jìn)行合理的構(gòu)造和配束設(shè)計(jì)，充分保證結(jié)構(gòu)受力安全，并且變形和剛度指標(biāo)滿足軌道交通運(yùn)營要求。

通過設(shè)置橋墩橫向偏心，將轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置于轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)豎向合力的作用位置上，再進(jìn)行稱重平衡試驗(yàn)，并根據(jù)需要進(jìn)行配重等措施進(jìn)行偏心修正，可充分保證了轉(zhuǎn)體施工的平順、穩(wěn)定。此外，將中跨合攏段避開杭甬客專，在合攏段下方設(shè)置防護(hù)棚。上述措施均可確保使本橋施工施工對(duì)鐵路營運(yùn)的影響降至最低。

［1］TB 10002.1—2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［2］TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50157-2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］國務(wù)院令第639號(hào)，鐵路安全管理?xiàng)l例［S］.

［5］TG/CW106-2012，鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法［S］.

［6］劉效堯，徐岳.梁橋（第二版）［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［7］鄔曉光.剛架橋［M］.北京:人民交通出版社，2001.

U448.23

B

1009-7716（2016）06-0083-04

2016-02-29

葉如（1985-），男，浙江寧波人，工程師，從事軌道交通建設(shè)管理工作。