邻近既有高铁小半径接长桥梁设计研究
来源:用户上传
作者:周宏
摘要：文章结合淡新街双线大桥设计研究过程，介绍了邻近高铁接长桥梁桥式方案，并从小半径现浇箱梁设计、新旧桥梁间桥面过渡处理、既有桥墩改造、既有声屏障拆除重建等方面，分析了该方案的设计要点以及现浇梁施工注意事项。该接长铁路桥梁设计避免了架梁施工对紧邻的既有南昆客专的影响，降低了安全风险，可供类似桥梁设计参考。
关键词：南崇铁路；邻近高铁；小半径接长桥梁；设计研究
中图分类号：U442.5+4-A-37-115-5
0 引言
铁路是国民经济大动脉，保障高速铁路的安全畅通非常重要。随着高速铁路网不断加密，邻近既有高铁的工程建设也日益增多，其设计和施工相对复杂。从保障既有高速铁路运营安全角度出发，在设计阶段应考虑各种方案和工程处理措施，从设计源头有效控制施工和运营安全风险。
引入枢纽地区铁路，往往受市区条件限制，线路平面采用较小的曲线半径，相应的桥梁梁部需进行特殊设计。同时，受预留桥梁工程条件限制，桥梁设计需要注意与既有工程的衔接过渡，尽量减少新建桥梁对既有桥梁的影响。
南崇铁路淡新街双线大桥从既有南昆客专新南宁邕江四线特大桥接长桥梁引出，与南昆客专逐步拉开间距，平面位于R=600 m小半径曲线上，采用8 m×32 m现浇简支箱梁。该桥梁设计可供类似工程参考。
1 工程概况
新建南宁至崇左铁路为中越国际通道的重要一段，位于广西西南部，东起南宁枢纽南宁站，经吴圩机场、扶绥、渠旧（预留）至崇左南站，远期延伸至凭祥到越南。
线路全长119.294 km，设计时速为250 km/h，正线数目为双线，设计活载采用ZK活载，轨道结构类型为有砟轨道，跨区间无缝线路。
南崇铁路淡新街双线大桥位于南宁市区，小里程端接南昆客专（云桂线）预留的新南宁邕江四线特大桥33#墩。既有新南宁邕江四线特大桥依次跨越南宁市江北大道、邕江、江南大道、五一路，跨邕江主跨采用（72+2×128+72）m连续梁，桥上线路分别为云桂双线与南凭双线（预留），其中32#～34#墩为云桂、南凭两线分修，其梁部为32 m简支梁T梁。桥梁于2015-12-11建成通车，运营情况良好。
淡新街双线大桥位于限速段，平面位于小半径曲线上（R=600 m），线路坡度为15.70‰的下坡。桥址范围内无不良地质现象，特殊岩土为软黏土、膨胀岩、膨胀土。测区地震动峰值加速度为0.1 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。
2 桥式方案研究
新建淡新街双线大桥从新南宁邕江四线特大桥预留的33#墩起接长，位于云桂线右侧，桥址处新建桥梁与既有桥的平面位置关系见图1。
确定该桥桥式方案时，需综合考虑尽量减少施工对既有高铁运营影响、制梁及运架条件、小半径曲线梁受力要求等因素，并进行分析研究，以确定合理的桥式方案。
2.1 从减少施工对既有高铁运营影响分析
新建桥梁邻近既有云桂线桥梁，布跨应重点考虑减少对运营高铁的影响，尽量利用既有铁路设备，并做好新旧桥梁桥面过渡。桥梁小里程端接既有新南宁邕江四线特大桥33#墩，既有桥简支梁采用T梁，桥梁上设有声屏障，桥墩顶帽设接触网立柱基础。
从图1可以看出，受南崇线与云桂线线间距控制，33#墩两线间架桥机布置较困难，若采用制梁场制梁、运架梁施工方案，在架梁施工过程中架桥机架梁对既有高铁的运营影响较大，因此考虑采用支架现浇梁方案，以减少对高铁运营的影响，降低安全风险。
2.2 从制梁及运架条件分析
该桥位于全线起点附近，距大里程端约700 m处为留村隧道，全长5 725 m，其采用盾构法施工，盾构隧道内径为11.3 m。桥梁小里程端位于南宁市区，不具备建设制梁场条件，若采用运架箱梁方案，需从大里程端通过留村隧道运架箱梁，但隧道内径为11.3 m，不能满足12.2 m宽箱梁通过的净宽要求，因此运架箱梁方案不可行。隧道断面、箱梁截面分别如图2、图3所示。
为了适应隧道运架箱梁通过条件，对采用T梁分片运架方案进行分析。T梁分边梁、中梁两种，每孔桥梁由2片边梁、4片T梁组合而成，T梁间采用桥面板和横隔板联成整体。边梁宽2.3 m，中梁宽1.7 m，虽然可满足分片运梁通过内径11.3 m留村隧道的要求，但该线路其他桥梁均采用了“通桥（2016）2229”系列箱梁，全线未设置T梁制梁场，若该桥采用T梁，需单独设置T梁制梁场，而孔数仅8孔，经济性较低。为了T梁架设需另外配置一套运架设备，也不符合经济效益。因此，该桥采用T梁运架方案不合理，考虑采用现浇箱梁方案。
2.3 从小半径曲线梁受力要求分析
整孔简支箱梁与T梁相比，具有受力简单、明确，形式简洁，外形美观，建成后桥梁养护工作量小等优点。同时，在曲线半径相对较小的情况下，采用箱形截面抗扭刚度大、整体稳定性好［8］。因此，从受力要求考虑，该桥采用整孔简支箱梁更合理。
综合以上因素并结合地形控制情况，该桥采用原位支架法现浇箱梁方案，桥梁孔跨布置采用8×32 m简支箱梁，桥梁全长270.939 m。
在详细设计时，需着重解决小半径箱梁设计、新旧桥梁桥面过渡处理、既有桥墩改造设计、既有声屏障拆除重建设计等设计难点。本文重点对这几项内容进行阐述。
3 小半径现浇箱梁设计
3.1 截面尺寸拟定
该桥位于R=600 m小半角线上，采用现浇箱梁，箱梁截面类型为单箱单室等高度简支箱梁。
箱梁全长32.6 m，计算跨度为31.3 m，采用斜腹板、等高截面。截面中心梁高2.686 m，横桥向支座中心距4.4 m。桥梁宽度为12.2 m，桥梁建筑总宽为12.48 m。局部梁段通过缩短桥面悬臂板变换桥梁宽度，以满足靠近既有桥梁时放置梁片的要求。挡砟墙内侧净宽9.0 m，顶板宽12.2 m，底板宽5.3 m，顶板厚度为0.25 m，底板厚度为0.28 m，腹板厚度为0.45 m，梁端底板及腹板局部向内侧加厚。
nlc202211181618
箱梁横截面如图4、图5所示。
桥梁位于南宁市区，截面设计从美观角度考虑，在箱梁腹板与悬臂板及底板的外侧连接均采用圆弧线过渡。为了降低施工难度，内侧采用直线倒角过渡［7］。
3.2 预应力体系及张拉方式选择
梁体纵向预应力采用高强度低松弛钢绞线，公称直径为15.2 mm，弹性模量为195 GPa，抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa。梁体纵向预应力采用圆形镀锌金属波纹管成孔，锚固体系采用自锚式拉丝体系，张拉采用与之配套的机具设备。
原位现浇法施工最关键的技术问题是解决梁端预应力筋张拉空间不足的问题［5］，主要方法有单端张拉、高位制梁、梁端后浇等。其中，高位制梁施工难度大、施工安全难以保证。而单端张拉其优点在于相邻梁的施工互不影响，极大地方便了施工［5］。结合现场条件，采用了单端张拉方式解决张拉空间不足的问题。其中第1、3、5、7单数孔在大里程端张拉，第2、4、6、8双数孔在小里程端张拉。
3.3 支座类型
支座采用Q6000系列支座。
3.4 梁片平面布置
该桥位于R=600 m曲线上，计算跨径为31.3 m，梁宽12.2 m，现浇简支箱梁按平分中矢布置。为适应小半径曲线引起的箱梁内外侧梁长差影响，梁长以曲线内侧桥面外缘（参考线G）为基准长度32.6 m，整片梁随曲线设置成梯形，以保证跨中25.4 m的等截面段和两侧各2.5 m的渐变段长度不变，调整两侧梁端隔板的长度a值。如图6、图7所示。
由于南崇线与云桂线之间线间距由小到大，越靠近桥梁起点，线间距越小。为避免新建桥梁现浇箱梁悬臂板与既有桥梁冲突，须将桥梁第1、2孔箱梁曲线外侧（即桥梁左侧）的桥面悬臂板长度进行渐变调整，控制现浇箱梁与云桂线简支梁边缘的净距为15 cm。桥梁起点处横截面如图8所示。
因南崇铁路与云桂线线间距为逐渐变化，为便于设计，通过参数化列表（表1）表示悬臂板长度渐变调整情况，如图9中的x、y、z1、z2。
4 新旧桥梁桥面过渡处理
新建桥梁起点自既有云桂线桥梁33#墩开始，与既有线间距逐步拉开。新建箱梁悬臂板端部与既有桥挡砟墙之间，按线间距D值分3种情况进行处理，见下页图10～12。
除此之外，铁路桥梁桥面附属设施较多，涉及多个不同专业，如挡砟墙、通信信号电缆槽、人行道栏杆、防水和排水系统、声屏障、接触网立柱及伸缩缝、综合接地、电缆过轨预留孔等，因此，新建桥梁与既有桥梁桥面过渡设计时注意统筹考虑。
5 既有桥墩改造设计
该桥小里程端从既有桥墩上接长，无桥台，大里程端桥台采用双线空心桥台。0#墩利用云桂线新南宁邕江四线特大桥33#墩，既有桥墩为圆端形桥墩，墩高9 m，基础采用摩擦桩，桩径为1.0 m，共9根，桩长为45.5 m，桥墩结构状况良好。设计时重新对桥墩进行了检算，结果表明，既有桥墩的强度、刚度、稳定性、位移等均满足要求。新建桥梁其余桥墩采用圆端形实体桥墩。
既有桥33#墩顶梁部原设计为双线T梁，新建桥梁为双线箱梁，故需对既有桥墩顶部支承垫石进行改造，拆除既有桥墩大里程一侧支承垫石，浇筑新的支承垫石，以满足支座布置要求，如图13、图14所示。
该桥所有墩台桩基按钻孔摩擦桩设计，桩径采用1.25 m，其中1#～8#墩台处覆盖有易坍孔土层，桩基施工时采用钢护筒跟进。为确保承台施工质量，承台底部均设置C20混凝土垫层，宽度较承台每边宽0.5 m，其中0#台承台底位于软土中，垫层厚度为20 cm，其余墩台承台底垫层厚度为10 cm。
6 既有声屏障拆除重建设计
新建南崇铁路淡新街双线大桥从既有桥梁33#墩接长引出，新建桥梁左侧靠近既有桥梁，与既有桥上右侧的声屏障冲突，需拆除既有桥梁右侧声屏障，共拆除声屏障长度为38.7 m。拆除后，于南崇铁路淡新街双线大桥右侧设置约66 m（两跨长度）金属声屏障（高2.31 m），以降低噪声对沿线居民的影响。
7 现浇箱梁施工主要注意事项
（1）现浇箱梁施工方法一般有满堂支架、移动模架或移动模架与移动支架结合等三种方法，其中满堂支架制梁法虽周期相对较长，但在桥梁规模较小、地质条件较好时，能发挥其施工灵活及投入较少的优势［6］。南崇铁路仅淡新街双线大桥8孔简支箱梁采用现浇施工，因此考虑采用满堂支架法施工。
（2）桥梁左侧邻近既有高铁，现浇支架搭设过程中需要考虑对高铁运营的影响，做好支架设计，避免支架坍塌影响高铁运营。
（3）施工过程中应注意模板刚度及支架刚度对梁体的影响，要求支架整体具有足够强度、刚度及稳定性，并严格控制不均匀沉降。根据梁体混凝土重量对支架进行预压，以便消除支架变形对现浇箱梁质量的影响。
（4）该桥采用现浇法施工，采用单端张拉方式解决张拉空间不足的问题。为保证梁端有足够的张拉空间，应特别注意相邻梁的施工顺序，封锚混凝土在相邻两孔梁预应力筋张拉作业完毕后再灌筑。当梁体与桥台相接时，桥台胸墙部分应在张拉完成后再浇筑［5］。
（5）现浇箱梁桥面与云桂线接触网立柱有干扰处可开孔，开孔位置需现场核实确定。
（6）该桥左侧靠近既有高铁桥梁，现浇箱梁与既有桥上右侧的声屏障冲突，需拆除云桂线桥梁右侧部分声屏障。云桂线为电气化客运专线，为确保行车安全和施工安全，须设置防护栅栏实施封闭，做好隔离防护措施。
（7）施工时需核实新南宁邕江四线特大桥既有条件，包括桥墩垫石尺寸、高程、平面位置等。若0#墩（既有桥33#墩）右侧桥面遮板与既有接触网立柱有冲突，现场应根据实际情况对遮板进行处理，保证遮板与接触网立柱的净距≥5 cm。
（8）现浇箱梁梁体悬臂板的长度以控制现浇箱梁与云桂线简支梁的净距为15 cm为准，施工中应注意核实，以现场放样为准。
8 结语
（1）南崇线淡新街双线大桥采用现浇简支箱梁接长既有桥梁，不需要进行梁部运架施工，避免了架梁施工对紧邻的既有南昆客专运营的影响，降低了安全风险。该桥于2020年3月开工，至2021年10月顺利竣工，期间未对既有南昆客专运营造成大的影响，保证了既有高铁安全运营。
（2）新旧既有桥梁桥面按间距D值分三种情况进行处理，解决了桥面顺接过渡的问题。
（3）接长铁路桥梁设计，需要注意新建桥梁与相邻既有桥梁桥面间的过渡设计，尽量利用既有铁路设备并避免冲突。
（4）枢纽地区铁路受市区条件限制，线路平面采用较小曲线半径的情况越来越多，且邻近既有线情况越来越复杂，相应的小半径曲线桥梁应用更加广泛，故淡新街双线大桥可为类似工程提供参考。
参考文献
［1］TB 10002-2017，铁路桥涵设计规范［S］.
［2］Q/CR 9603-2015，高速铁路桥涵工程技术规程［S］.
［3］TB 10303-2020，铁路桥涵工程施工安全技术规程［S］.
［4］TG/01-2014，F路技术管理规程［S］.
［5］王文利.客运专线铁路预应力混凝土现浇简支箱梁设计［J］.铁道标准设计，2009（9）：56-59.
［6］金 飞，彭小兵.客运专线简支箱梁原位现浇施工方案及经济性比较［J］.中华建设，2008（7）：76-77.
［7］姚亚茹.客运专线铁路40 m预应力混凝土简支箱梁设计［J］.铁道标准设计，2007（2）：27-28.
［8］薛宇光.铁路小半径曲线连续梁桥设计研究［J］.铁道建筑技术，2014（6）：1-4，9.
作者简介：
周 宏（1972―），高级工程师，主要从事铁路技术管理和建设管理工作。
nlc202211181618
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15442358.htm
