鑫泰鐵路跨南水北調(diào)特大橋主橋方案研究

毛宏

摘要 為保證南水北調(diào)工程順利進(jìn)行，分析了鑫泰鐵路跨南水北調(diào)特大橋具體情況和南水北調(diào)建設(shè)管理局的總體要求，從跨度、形式、造價(jià)等方面進(jìn)行了比選，研究了施工方案和防污染措施。主橋采用1-（102+204+102）m連續(xù)鋼桁梁-拱組合結(jié)構(gòu)橋，以主跨204 m跨越南水北調(diào)干渠，滿足橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)要求，且此方案優(yōu)于斜拉橋結(jié)構(gòu)方案。在施工和后期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，可通過(guò)采取有效措施保證不影響干渠主體結(jié)構(gòu)、不污染干渠水質(zhì)。

關(guān)鍵詞 貨運(yùn)鐵路;南水北調(diào);橋梁設(shè)計(jì);跨越方案

中圖分類號(hào) U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0129-03

0 引言

邯鄲市發(fā)展和改革委員會(huì)要求磁縣鑫盛煤化工有限公司和邯鄲市裕泰焦化有限公司進(jìn)行鐵路專用線的修建，即新建鑫泰鐵路跨越南水北調(diào)中線干線磁縣段工程（以下簡(jiǎn)稱“鑫泰鐵路”）。該線上跨南水北調(diào)中線干線工程，在方案研究階段結(jié)合工程情況，參考了其他工程的先例，查閱了大跨度鐵路橋梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)資料，進(jìn)行方案比選后，得出主橋設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

1.1 地理位置及路徑

鑫泰鐵路位于河北省邯鄲市磁縣境內(nèi)，線路自京廣線講武城站接軌引出后折向西，穿過(guò)講武城二站場(chǎng)后上跨南水北調(diào)中線干渠，之后折向西北以鑫泰站為終點(diǎn)，是一條以煤炭、焦炭產(chǎn)品運(yùn)輸為主的貨運(yùn)專線鐵路。

跨南水北調(diào)特大橋的鐵路里程范圍是K2+877.80～K4

+669.40，交叉處鐵路里程約為K3+580，干渠樁號(hào)約為K0+880，交叉角度88°。橋址處地形平坦開闊，局部略有起伏，地面高程77.94～85.58 m。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級(jí)為貨運(yùn)專線鐵路，單線、有砟軌道;設(shè)計(jì)速度80 km/h;設(shè)計(jì)荷載為ZKH活載;主橋位于直線、線路坡度為2.5‰的上坡。

2 主橋方案設(shè)計(jì)原則和控制因素

2.1 設(shè)計(jì)原則

南水北調(diào)中線工程是一項(xiàng)宏偉的生態(tài)工程和民生工程，極大地緩解我國(guó)中北方地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題。因此，橋型方案設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足鐵路橋梁技術(shù)要求，還應(yīng)以對(duì)南水北調(diào)“零污染”為基本原則，保證水源可以安全送達(dá)各地區(qū)。

2.2 控制因素

（1）跨越處南水北調(diào)斷面?？缭教幥罏楦咛罘?，填高約15 m，過(guò)水?dāng)嗝鏋樘菪?，渠底高程?5.839 m，設(shè)計(jì)底寬24.5 m，設(shè)計(jì)水位為91.839 m，加大水位92.221 m。過(guò)水?dāng)嗝孢吰?∶2，一級(jí)馬道高程為93.439 m，道寬5 m，總干渠占地寬度約為170 m。

（2）南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局發(fā)布的《穿跨鄰接南水北調(diào)中線干線工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（Q/NSBDZX 112.01-2021）中的相關(guān)條款：

1）穿越、跨越項(xiàng)目與中線干線工程宜采用正交方式，交角不宜小于60°。

2）應(yīng)采用一跨跨越中線干線工程管理范圍，橋梁墩臺(tái)距離中線干線工程保護(hù)圍欄不小于5 m;

3）不應(yīng)影響中線干線工程的管理維護(hù)交通車輛通行，在跨越項(xiàng)目運(yùn)行期中線干線工程運(yùn)行維護(hù)道路以上凈空不應(yīng)小于4.5 m;

4）不應(yīng)影響中線干線工程的防洪要求。不應(yīng)改變中線干線工程在左岸洪水匯流區(qū)域面積，不應(yīng)堵塞地面行洪通道，不應(yīng)影響渠道兩側(cè)的排水溝、截流溝等排導(dǎo)水設(shè)施功能，不應(yīng)影響左排出口河道下游下泄條件。

（3）其他因素。受整個(gè)線路縱斷坡度及機(jī)型選擇的控制，跨南水北調(diào)運(yùn)行維護(hù)道路處的鐵路軌面高程不宜超過(guò)101.00 m，極限值約為102.50 m。

3 主橋方案研究

3.1 孔跨布置研究

橋梁跨度應(yīng)滿足主橋方案設(shè)計(jì)原則和控制因素，綜合考慮基礎(chǔ)尺寸、工程投資等因素，推薦采用204 m主跨。橋址平面圖如圖1所示。

3.2 形式方案研究

為滿足干渠維護(hù)道路上的凈空不小于4.5 m的要求，因受軌面高程控制，跨路處橋梁結(jié)構(gòu)凈高最大值約為4 m。在充分考慮實(shí)施條件、耐久性能、運(yùn)營(yíng)維修、工程造價(jià)等因素的同時(shí)，應(yīng)選擇橋梁結(jié)構(gòu)凈高較小的橋梁形式。綜合考慮后，主跨204 m且梁高小于4 m的橋型可選方案有連續(xù)鋼桁梁柔性拱橋方案、混凝土斜拉橋方案兩種。

3.3 兩種橋型方案比選

3.3.1 方案說(shuō)明

（1）連續(xù)鋼桁梁柔性拱橋方案（方案一）。主橋?yàn)椋?02+204+102）m連續(xù)鋼桁梁柔性拱橋[1]，主跨204 m一跨跨越南水北調(diào)干渠。主梁采用有豎桿N型三角桁式，節(jié)間長(zhǎng)12.75 m，其中邊跨8個(gè)節(jié)間，中跨16個(gè)節(jié)間;桁高15 m;拱肋采用圓曲線，矢高45 m，矢跨比為1/4.5，鋼梁全長(zhǎng)410 m，梁端距支座中心1.0 m。1/2立面如圖2所示。

結(jié)構(gòu)采用兩片主桁，主桁中心距12 m，道砟槽內(nèi)寬6 m，兩側(cè)人行道寬各1.35 m;上弦及拱肋設(shè)縱向平聯(lián)，交叉形布置;每?jī)蓚€(gè)節(jié)間設(shè)置一道橫聯(lián);吊桿為箱形截面，中間不設(shè)置橫撐。橋墩均采用圓端形實(shí)體墩。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：造型獨(dú)特新穎，建筑高度低，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，受力明確，結(jié)構(gòu)厚度約為2 m，利于整個(gè)線路縱斷坡度及機(jī)型選擇。

（2）混凝土斜拉橋方案（方案二）。主橋?yàn)椋?0+66+204+66+40）m雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋，主跨204 m一跨跨越南水北調(diào)干渠?；炷亮侯A(yù)制節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)4 m。1/2立面如圖3所示。

混凝土加勁梁采用單箱三室等高混凝土箱梁，受力形式為雙邊主梁。箱梁全寬9.4 m，中心處梁高4.0 m。索塔采用H形橋塔，索塔上、下橫梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，配置預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨固于索塔外側(cè)壁上。索塔錨固區(qū)配置縱、橫向高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，井字形布置。斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 960 MPa平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，扇形布置。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好;剛度偏弱，后期徐變變形控制相對(duì)較難。結(jié)構(gòu)厚度約為4 m，不利于整個(gè)線路坡度縱斷及機(jī)型選擇。

3.3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

跨南水北調(diào)特大橋全橋技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

3.3.3 對(duì)南水北調(diào)工程的影響比較

（1）下部結(jié)構(gòu)施工。兩種方案均采用204 m一跨跨越南水北調(diào)工程干渠，兩側(cè)主墩及承臺(tái)設(shè)置在南水北調(diào)工程干渠保護(hù)圍欄5 m以外。承臺(tái)采用鋼板樁支護(hù)開挖現(xiàn)澆施工，承臺(tái)四周利用垂直鋼板樁圍護(hù)，可避免破壞南水北調(diào)工程隔離網(wǎng)。兩種方案的下部結(jié)構(gòu)施工均可保證對(duì)南水北調(diào)工程主體結(jié)構(gòu)無(wú)影響。

（2）上部結(jié)構(gòu)施工。上部結(jié)構(gòu)施工前，在主橋下焊接一個(gè)大型鋼筋防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)上面鋪設(shè)一層防水布，寬度比橋面寬2 m（每側(cè)寬1 m），長(zhǎng)度比節(jié)間長(zhǎng)2 m?？煞乐故┕r(shí)的雜物掉入河中，造成水資源的污染。對(duì)于帆布上的垃圾或焊渣、混凝土渣派人進(jìn)行定期清理。兩種方案的上部結(jié)構(gòu)施工均可保證對(duì)南水北調(diào)工程水質(zhì)無(wú)影響。

（3）運(yùn)營(yíng)期間。方案一主跨橫斷面采用整體性鋼橋面板，鋼橋面板與兩側(cè)面的鋼板形成U型槽，雨水可通過(guò)U型槽匯集并經(jīng)PVC管引至二級(jí)保護(hù)區(qū)以外的既有水渠;方案二采用縱向排水管收集橋面雨水[2]，引至二級(jí)保護(hù)區(qū)以外。

在干線占地范圍內(nèi)的橋梁外側(cè)豎墻位置設(shè)2.5 m高的防拋網(wǎng)，可防止異物落入干渠。

兩種方案均可保證運(yùn)營(yíng)期間對(duì)干線水質(zhì)無(wú)影響。

3.3.4 施工工期及后期養(yǎng)護(hù)比較

方案一施工工期較短，耐久性高，后期養(yǎng)護(hù)維修工作量較小。

方案二施工工藝復(fù)雜，工期長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)剛度偏弱，后期徐變變形控制相對(duì)較難，養(yǎng)護(hù)維修工作量較大。

3.4 橋型方案比選結(jié)論

綜上所述，跨南水北調(diào)特大橋主橋采用（102+204+

102）m連續(xù)鋼桁梁-拱組合結(jié)構(gòu)方案。

4 主橋施工方案和防護(hù)措施

為保證南水北調(diào)工程干渠不受污染，該橋主橋采用從邊墩向中間懸拼鋼梁，先梁后拱的施工方式，且施工期間須采取相應(yīng)防護(hù)措施。

4.1 梁部施工防雜物掉落措施

（1）如前所述，在主橋底模下焊接一個(gè)大型鋼筋防護(hù)網(wǎng)，以防施工中的焊渣、水泥漿、廢料、鋼構(gòu)件等雜物掉入渠中。

（2）半成品及下料在規(guī)定的場(chǎng)地加工，加工完成后再運(yùn)送到施工段，防止焊接時(shí)的焊渣燒壞防護(hù)網(wǎng)掉入渠中。

（3）模板拼裝時(shí)，按照要求調(diào)整好尺寸、加固后，用土工布塞嚴(yán)模板間縫隙，使模板間無(wú)縫隙、無(wú)可見管線、無(wú)滲漏。

（4）混凝土刷毛、鑿毛時(shí)，嚴(yán)格按照《鋼筋混凝土施工規(guī)范》進(jìn)行，將鑿除的混凝土漿堆積在一起，用小推車推至指定地點(diǎn)，集中處理。

（5）嚴(yán)禁在以上任何操作中向渠內(nèi)扔雜物、吸煙、喝酒等行為，以防生活垃圾掉入渠中。

4.2 基礎(chǔ)施工防污染措施

（1）在樁基施工過(guò)程中，泥漿池按規(guī)范設(shè)置在干渠紅線以外，并及時(shí)用泥漿泵將多余的泥漿泵送至集中地點(diǎn)，用水車罐車封閉運(yùn)輸至干渠保護(hù)區(qū)以外的指定位置。

（2）基坑開挖時(shí)，在坑頂護(hù)坡道外設(shè)截水溝和排水溝，將施工廢水排至指定位置，截水溝設(shè)防滲措施。

（3）基坑開挖完成后，在坑底基礎(chǔ)0.5～1 m外留排水溝和集水井，采用水泵將滲水排出基坑，并最終排至指定位置。

4.3 周圍環(huán)境保護(hù)措施

為了減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，施工現(xiàn)場(chǎng)每天用水車灑水，減少各種塵埃污染;保護(hù)好施工所在地的樹木、草坪等植被。如果不慎破壞，須盡快恢復(fù)，防止水土流失。施工結(jié)束后盡快恢復(fù)場(chǎng)地的生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鑫泰鐵路跨南水北調(diào)特大橋主橋各方案進(jìn)行設(shè)計(jì)研究以及保護(hù)干渠的施工方案研究，得到如下結(jié)論：

（1）采用主跨204 m的跨度、連續(xù)鋼桁梁柔性拱的結(jié)構(gòu)形式跨越南水北調(diào)中線工程，對(duì)現(xiàn)狀干渠結(jié)構(gòu)無(wú)影響且能滿足線路要求。

（2）采用從邊墩向中間懸拼鋼梁，先梁后拱的施工方式以及相應(yīng)的防污染措施，可以保證主橋施工期間對(duì)南水北調(diào)水質(zhì)不產(chǎn)生影響。

（3）主橋橫斷面采用整體性鋼橋面板，將橋面設(shè)計(jì)為U型槽以匯集雨水并經(jīng)排水管引至南水北調(diào)管理范圍以外，且在主橋兩側(cè)設(shè)防拋網(wǎng)，可以保證運(yùn)營(yíng)期間對(duì)南水北調(diào)水質(zhì)不產(chǎn)生影響。

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