漢巴南鐵路嘉陵江橋址方案研究

張駿鵬

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

1 概述

漢巴南鐵路嘉陵江特大橋位于四川省南充市南部縣，橋址位于低山丘陵區(qū)，地勢北高南低，地形起伏較大。嘉陵江為長江上游左岸一級支流，河道蜿蜒曲折。漢巴南鐵路跨越嘉陵江段有江心洲一處，水文條件復(fù)雜。根據(jù)新建漢中至巴中至南充鐵路南充至巴中段跨越嘉陵江橋址選擇實例，結(jié)合線路總體走向、地質(zhì)、水文、地貌、引線條件等因素，對丘陵山區(qū)鐵路跨越復(fù)雜地形、水文條件的大江大河方案進行研究。

2 漢巴南鐵路概況[1]

新建鐵路漢中至巴中至南充線南充至巴中段位于四川省東北部，線路自蘭渝鐵路南充北站北端引出，經(jīng)南充市順慶區(qū)、蓬安縣、南部縣、儀隴縣，巴中市恩陽區(qū)、巴州區(qū)、經(jīng)開區(qū)，接入巴中東站至設(shè)計終點。正線全長148.040km，其中南充市正線長度102.706km，巴中市正線長度45.334km。正線橋隧比為69.13%，為設(shè)計速度250km/h 的高速鐵路。

漢巴南鐵路是連接南充、巴中、漢中及沿途主要縣市的高速鐵路，是川渝地區(qū)城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，川渝地區(qū)北出客運通道之一，國家脫貧攻堅和國土開發(fā)的鐵路，也是一條生態(tài)紅色旅游鐵路，對沿線的居民出行和經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。

3 嘉陵江概況

流域范圍嘉陵江是長江水系中流域面積最大的支流，流域地跨北緯29°18′～34°30′，東經(jīng)102°33′～109°00′，北側(cè)及東北側(cè)以秦嶺、大巴山與黃河、漢江為界，東側(cè)及東南側(cè)以華鎣山與長江相隔，西北側(cè)經(jīng)龍門山脈與岷江接壤，西側(cè)及西南側(cè)與沱江流域毗連。[2]嘉陵江干流全長1119km，控制流域面積159812km2，流域呈扇形，地勢由西北向東南傾斜，北高南低，地形復(fù)雜。研究段落位于廣元至合川段，屬于嘉陵江中游段，河道蜿蜒曲折，水流較平緩，兩岸有較多臺地，沿河漫灘與階地相間，植被較差，農(nóng)耕發(fā)達。規(guī)劃為Ⅲ級航道，根據(jù)航道通航條件影響評價意見，需采用一孔跨越通航水域。（圖1、2）

圖1 研究段落嘉陵江平面圖

圖2 研究段落嘉陵江現(xiàn)狀圖

4 橋址方案研究

結(jié)合線路總體走向、環(huán)保、水文、地貌等因素，可研階段研究了龍興寺橋位方案、永安村橋位方案和睦壩鄉(xiāng)橋位方案，詳見圖3。

圖3 嘉陵江橋址方案平面圖

4.1 方案說明

4.1.1 龍興寺橋位方案

漢巴南鐵路在睦壩鄉(xiāng)與王家鎮(zhèn)之間設(shè)睦壩站后，跨西河，于龍興寺村東側(cè)跨越嘉陵江，向北至方案比較終點儀隴站。

嘉陵江橋采用（44+49+45+335+45+49+44）m 斜拉橋，主橋工程投資約4.13 億元。

比較段落線路長度23.404km，橋梁長度9.018km-19座，隧道長度6.492km-10 座，橋隧比66.26%，靜態(tài)投資30.16 億元。

4.1.2 永安村橋位方案

漢巴南鐵路在睦壩鄉(xiāng)西側(cè)設(shè)睦壩站后，向西北，在永安村東側(cè)跨越嘉陵江，之后北上至方案比較終點儀隴站。

嘉陵江橋采用（220+500+220）m 斜拉橋，主橋工程投資約7.49 億元。

比較段落線路長度23.098km，橋梁長度5.957km-17座，隧道長度6.333km-10 座，橋隧比53.21%，靜態(tài)投資32.95 億元。

4.1.3 睦壩鄉(xiāng)橋位方案

本方案在睦壩鄉(xiāng)南側(cè)預(yù)留睦壩站，向西跨越嘉陵江，之后折向北至方案比較終點儀隴站。

嘉陵江橋采用（50+55+55+300+55+41）m 斜拉橋，主橋工程投資約3.82 億元。

比較段落線路長度25.827km，橋梁長度6.169km-21座，隧道長度8.665km-13 座，橋隧比57.44%，靜態(tài)投資31.58 億元。

4.2 比選意見（表1）

表1 嘉陵江橋位方案優(yōu)缺點對照表

綜上分析，龍興寺橋位方案線路較順直，工程投資最省，跨越嘉陵江采用主跨（44+49+45+335+45+49+44）m 斜拉橋，主橋工程投資適中，對環(huán)境影響小，研究采用龍興寺橋位方案。

5 嘉陵江引線及橋高方案研究

龍興寺橋位方案（方案I-1）南充端引線有兩座淺埋短隧道。并且嘉陵江橋軌面高H-353m，而設(shè)計嘉陵江最高通航水位為H-313.8m，通航凈高不小于10m。

根據(jù)嘉陵江行洪論證結(jié)論，嘉陵江排洪控制高程：H1/300 水位321.03m+ 結(jié)構(gòu)高度4.5m+ 軌道結(jié)構(gòu)高度0.886m+ 行洪安全值1.5m=327.916m。

通航控制高程：最高通航水位313.88m+通航凈空10m+結(jié)構(gòu)高度4.5m+軌道結(jié)構(gòu)高度0.886m+通航富余值2.0m=331.3m。

經(jīng)計算，嘉陵江橋面高程是由通航高度控制，控制高程為331.3m，初步設(shè)計軌面高程H-353m 有較大富余。

降低橋高可以減少工程投資并降低支架現(xiàn)澆高度，從而減小工程風險。根據(jù)以上兩點考慮，初步設(shè)計階段優(yōu)化調(diào)整嘉陵江橋梁兩端引線縱斷面，盡量減少隧道工程，并結(jié)合嘉陵江橋高的選擇，研究了方案I-2（抬高引橋縱坡方案）和方案I-3（軌面H-345.5m 方案），擇優(yōu)進行下一級比較。詳見嘉陵江縱坡方案示意圖（圖4）。

圖4 嘉陵江縱坡方案研究示意圖

經(jīng)初步研究，方案I-3（軌面H-345.5m方案）降低了橋高，引橋兩端對地形的適應(yīng)性較差，工程量較大，較方案I-1（軌面H-353m方案）不具優(yōu)勢，不進行下一步比較。

①I-2 （ 抬 高 引 橋 縱 坡 方 案）：D1K38+000-D1K47+200（嘉陵江主橋軌面標高不變，調(diào)整引橋標高）

比較段落全長9.2km，橋梁5.317km/10座，隧道0.748km/2 座，橋隧比65.92%，投資14.14 億元。嘉陵江橋高程為353m，江心洲邊跨墩高37.5m。

方案I-2 調(diào)整抬高了嘉陵江引橋段線路縱斷面，雖增加銅寶山、鐘家溝、楊家灣橋梁高度，但可取消天平地和頂子山兩座淺埋短隧道，節(jié)省投資4153 萬元，故推薦方案I-2 進入下一輪比選。

為了進一步優(yōu)化降低嘉陵江橋高，在保證必要的通航高度情況下，補充研究了方案II 移位降低橋高方案，與方案I-2 進行比選，詳見圖5。

圖5

①方案I-2（高線位方案）

嘉陵江主橋軌面標高353m，調(diào)整引橋高程，減少隧道工程。比較段落線路長10.7km，橋梁6.561km/12 座，隧道1.090km/4 座，橋隧比71.50%，投資15.35 億元。

②方案Ⅱ（移位降低橋高方案H-339.65m）

經(jīng)計算，嘉陵江橋排洪控制高程為327.916m，通航控制高程為331.3m，嘉陵江橋面高程由通航高度控制。

用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析，計量資料用表示，進行t檢驗，計數(shù)資料以［n（%）］表示，進行 χ2檢驗。

因嘉陵江橋跨布置需要，嘉陵江大里程方向不宜出現(xiàn)挖方，以滿足邊跨布置，初步設(shè)計橋面高程定為353.0m。為了降低鐵路橋梁高度，調(diào)整線路平面，適當扭轉(zhuǎn)橋梁中線，降低地面高程，以滿足橋梁邊跨布置需要。調(diào)整后，嘉陵江橋梁軌面高程降低高至H-339.65m 可滿足橋跨布置需要。

比較段落線路長10.7km，橋梁4.696km/12座，隧道1.626km/5 座，橋隧比59.02%，投資15.39億元。

③優(yōu)缺點分析

a.從工程規(guī)模分析：方案I-2 隧道長度較短，有四處深挖方工程；方案Ⅱ隧道工程較大，挖方工程量大。

b.從橋梁施工安全角度分析：混凝土梁采用支架現(xiàn)澆時，要控制現(xiàn)澆支架高度，有條件宜控制在30m 左右，方案II 能滿足支架高度30m 要求，方案I-2 橋高稍高，兩方案均能保證施工安全；如降低橋梁高度，橋梁大里程端挖方做橋段不利于橋梁養(yǎng)護維修。

c.從地形適應(yīng)性分析，嘉陵江特大橋，地處嘉陵江和西江交匯地帶的三角區(qū)，地形屬于臨江丘陵區(qū)，兩岸地形以溝壑相間的山丘為主，地形起伏較大，相對高差為20～80m，地勢西北高東南低，靠山地形完整，臨江因丘陵沖溝間布，地形相對破碎。嘉陵江北岸山丘成東北西南走向，山脈延伸至江邊并形成陡崖與江水相接，山水間無明顯河床階地帶。嘉陵江南岸地處拐彎區(qū)，除分布較窄山間溝槽外，亦無明顯河床階地。方案I-2 橋面距離河岸線40m，基本上可適應(yīng)沿線地形，橋隧工程規(guī)模適中，隧道工程較?。环桨涪蚪档蜆蚋吆?，調(diào)整了線路平面，雖然一定程度上滿足了適應(yīng)地形需要，但橋隧工程優(yōu)化有限，橋隧總長度減少1.33km，但線路走行在臨江山區(qū)側(cè)向沖溝內(nèi)，線路順溝走行長度長，增加了深挖方和防護工程數(shù)量，投資稍高。且另行增加了危巖侵害風險，存在安全隱患。故從環(huán)境適應(yīng)性分析，應(yīng)采用方案I-2。

d.從通航條件分析，兩方案均能滿足通航要求。

e.從工程安全角度分析，方案I-2 在江陵江兩岸地形相對完整地帶通過，抵抗山洪、危巖落石等自然災(zāi)害風險能力強；方案Ⅱ調(diào)整線路后，部分段落進行山前沖溝地帶，明線段落較長，路塹邊坡高，抵抗自然災(zāi)害能力差，存在不確定自然災(zāi)害風險較大。

f.從沿江環(huán)境保護的角度分析，方案I-2 對江陵江兩岸開挖小，對原狀山體破壞作用弱，有利于沿江自然環(huán)境保護；方案Ⅱ明線段落長，填挖方段落長，對臨江自然地貌改觀較大。

g.從沿江景觀效果看，方案I-2 橋位較高，橋梁建成后可體現(xiàn)“一橋飛架南北”的宏偉而壯觀景象，而方案II橋梁較低，橋梁景觀效果較差。

④方案比較結(jié)論

綜上分析，方案Ⅱ嘉陵江橋小里程端有900m 長深挖方，平均挖深23m，挖方工程量大，邊坡防護量大，廢棄8300m2水塘一座，且工程投資稍貴；方案I-2 有效的優(yōu)化了線路縱斷面，減少了工程規(guī)模，投資較省，挖方適中，工程安全和抵抗自然災(zāi)害均有保證，具有良好環(huán)境保護和沿江景觀效果，研究后嘉陵江橋址方案采用方案I-2。

6 嘉陵江特大橋布置方案

嘉陵江特大橋主橋橋型采用（45+55+58+335+58+49）m高低塔鋼箱混合組合梁斜拉橋，主橋長611m。主梁邊跨側(cè)138m 范圍采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其余采用鋼箱梁。主塔采用H 形花瓶式混凝土塔，橋面以上塔高97m，21 號塔全高148m，22 號塔全高132m。橋塔采用鉆孔樁基礎(chǔ)；除24 號墩采用明挖基礎(chǔ)外，其它橋墩均采用鉆孔樁基礎(chǔ)。18～20 號橋墩采用圓端形空心墩，其余橋墩采用圓端形實體墩。（圖6）

圖6

7 結(jié)論

在鐵路選線遇到大江、大河時，大橋和特大橋，通常根據(jù)江河位置選定橋位，定線應(yīng)服從橋位引線。橋址選擇所考慮的主要因素，可歸納為與最短線路方向偏離的程度、水文和地貌條件有利、工程地質(zhì)條件較好以及橋頭引線條件好等幾個方面[3]。綜合考慮、分析各種因素后，采用技術(shù)可行、工程適度、投資節(jié)省的方案。

在可研到初步設(shè)計階段，從大的橋址方案確定，再到橋梁引線方案和優(yōu)化橋梁高度等方案的研究，是線路方案逐步完善優(yōu)化，最終達到線路走向與橋址方案協(xié)調(diào)統(tǒng)一的方案。

本文結(jié)合漢巴南鐵路嘉陵江特大橋橋址選擇。