京滬高速鐵路上海段橋梁設(shè)計

陳裕民

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概況

京滬高速鐵路上海段正線長度27.8 km，設(shè)高架橋梁1座(蘊藻浜特大橋，橋長23.292 km)、框架中橋7座。除正線外，本項目還包括:上海站聯(lián)絡(luò)線、虹橋站南北端普速客車聯(lián)絡(luò)線、動車組進出段線、上海虹橋站、虹橋動車運用所、七寶站改造等相關(guān)工程，聯(lián)絡(luò)線、動車組走行線設(shè)高架橋梁9座(總橋長19.0 km)、框架中橋11座。區(qū)段內(nèi)設(shè)有4個鐵路疏解區(qū)，分別為:黃渡疏解區(qū)、吳淞江北部疏解區(qū)及虹橋站南、北疏解區(qū)。

1.1 建設(shè)環(huán)境

京滬高速鐵路上海段所經(jīng)地區(qū)城鎮(zhèn)化程度高，沿線道路、河道密布，民宅、廠房較多。除站所落地外，正線、聯(lián)絡(luò)線、動車走行線均以高架橋梁為主，跨越城市等級道路34條、河道38條(其中航道4條)、既有鐵路4處。

1.2 地質(zhì)條件

建設(shè)區(qū)段位于瀉湖沼澤平原和濱海平原地區(qū)，區(qū)內(nèi)地層均為第四系松散堆積層，總厚度在100 m以上，以第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)海積、沖海積黏性土、粉性土及砂類土為主，軟土層厚度40～50 m。場地類別為Ⅲ類，地震動峰值加速度0.10g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.35 s。

1.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)高速鐵路正線

鐵路等級:高速鐵路;正線數(shù)目:雙線;軌道結(jié)構(gòu)形式:Ⅱ型板式無砟軌道;設(shè)計速度:350 km/h;線間距:5.0 m;設(shè)計活載:ZK活載。

(2)上海站聯(lián)絡(luò)線(上、下行線)

鐵路等級:聯(lián)絡(luò)線;線路數(shù)目:單線;軌道結(jié)構(gòu)形式:Ⅰ型板式無砟軌道;設(shè)計速度:160 km/h;設(shè)計活載:ZK活載。

(3)普速客車聯(lián)絡(luò)線(虹橋站南、北普速客車聯(lián)絡(luò)線)

鐵路等級:聯(lián)絡(luò)線;線路數(shù)目:單線;軌道結(jié)構(gòu)形式:有砟軌道;設(shè)計速度:140 km/h(北)、120 km/h(南);設(shè)計活載:ZK活載。

(4)動車組進出段線

鐵路等級:動車走行線;線路數(shù)目:單線－雙線;軌道結(jié)構(gòu)形式:有砟軌道;設(shè)計速度:100 km/h;設(shè)計活載:ZK活載。

2 上海段橋梁設(shè)計特點

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)類型多

樞紐內(nèi)線別較多，橋梁梁部、墩臺設(shè)計根據(jù)不同的線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選定與其相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型。各線常用跨度簡支梁及墩臺設(shè)計情況如下。

(1)高速鐵路正線

蘊藻浜特大橋常用跨度簡支梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，以32 m梁為主，橋面寬12 m;簡支梁大部分為梁場預(yù)制，架橋機架設(shè)。該橋最小墩高1.0 m，最大墩高29.5 m;墩型選擇根據(jù)剛度要求、經(jīng)濟指標(biāo)、環(huán)境因素等，分段采用矩形雙柱墩、矩形空心墩及圓端形空心墩，如圖1～圖3所示。

圖1 矩形雙柱橋墩

圖2 矩形空心橋墩

圖3 圓端形空心橋墩

(2)上海站聯(lián)絡(luò)線

京滬高速鐵路上海站聯(lián)絡(luò)線上、下行線自高速正線分出，通過疏解銜接滬寧城際鐵路正線引入上海站，梁部采用特別設(shè)計的無砟T梁，橋墩采用圓端形實體墩，如圖4所示。

圖4 上海站聯(lián)絡(luò)線橋梁

(3)普速客車聯(lián)絡(luò)線及動車組走行線

虹橋站南、北普速客車聯(lián)絡(luò)線及動車組走行線設(shè)計速度小于160 km/h，常用跨度梁采用有砟簡支T梁，橋墩采用圓端形實體墩。如圖5、圖6所示。

2.2 特殊結(jié)構(gòu)種類多、密度大

京滬高速鐵路上海段相交道路、河道、航道、鐵路較多，正線設(shè)大跨度提籃拱6孔、連續(xù)梁20聯(lián)、道岔區(qū)簡支梁及非標(biāo)簡支梁28孔、門式橋墩14處;聯(lián)絡(luò)線和動車走行線設(shè)連續(xù)梁13聯(lián)、道岔區(qū)簡支梁及非標(biāo)簡支梁34孔、門式橋墩29處。

圖5 普速客車聯(lián)絡(luò)線橋梁

圖6 動車組走行線橋梁

(1)大跨度提籃拱橋

為滿足跨越功能、減小橋梁建筑高度，蘊藻浜特大橋在跨越高速公路、高等級航道時采用了1－96 m、1－112 m、1－128 m等類型的大跨度提籃拱橋。如圖7、圖8所示。

圖7 1-128 m提籃拱橋跨滬寧高速公路

圖8 1-112 m提籃拱橋跨蘊藻浜效果圖

(2)連續(xù)梁

蘊藻浜特大橋采用的連續(xù)梁種類有:(32+48+32)m、(32+2×48+32)m、(40+56+40)m、(40+64+40)m、(40+72+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m 及(24+4×32+24)m道岔區(qū)連續(xù)梁、3×32 m道岔區(qū)連續(xù)梁、6×32 m道岔區(qū)連續(xù)梁、(60+100+60)m斜連續(xù)梁。

聯(lián)絡(luò)線、動車走行線采用的連續(xù)梁種類有:(32+48+32)m、(30+2×40+30)m、(40+64+40)m、(40+72+40)m及(60+100+60)m低高度斜連續(xù)梁、(24+3×32)m異形連續(xù)梁。如圖9～圖11所示。

圖9(40+56+40)m連續(xù)梁跨金鶴公路

圖10(60+100+60)m斜連續(xù)梁跨吳淞江

(3)門式橋墩

圖11(24+3×32)m異形連續(xù)梁跨高速正線

京滬高速鐵路上海段正線與滬寧城際鐵路、上海站聯(lián)絡(luò)線、既有滬昆鐵路及動車組走行線相交，受城市規(guī)劃控制，線路間的交叉角度較小，其中京滬正線與既有滬昆鐵路的夾角僅7°。蘊藻浜特大橋、動車組走行線橋梁采用了較多門式橋墩，門式橋墩的種類有:鋼混組合門式橋墩、預(yù)應(yīng)力混凝土門式橋墩及雙層門式橋墩。如圖12～圖14所示。

圖12 鋼混組合門式橋墩跨滬昆鐵路

圖13 京滬正線跨上海站聯(lián)絡(luò)線雙層門式墩

圖14 動車組走行線門式橋墩

2.3 疏解區(qū)平立面關(guān)系復(fù)雜

京滬高速鐵路上海段設(shè)有4處鐵路疏解區(qū)，分別為:黃渡疏解區(qū)、吳淞江北部疏解區(qū)及虹橋站南、北疏解區(qū)。疏解區(qū)內(nèi)除新建鐵路互跨外，各線還需要同時跨越多條既有鐵路、城市道路及河道。

(1)黃渡疏解區(qū)

為集約建設(shè)用地，京滬高速鐵路上海段與滬寧城際鐵路并行。京滬正線引入上海虹橋站，其上海站聯(lián)絡(luò)線在黃渡地區(qū)通過疏解銜接滬寧城際鐵路正線引入上海站;滬寧城際鐵路虹橋聯(lián)絡(luò)線在該地區(qū)自正線分出，向南引入上海虹橋站。上述新建鐵路設(shè)高架橋梁6座，在黃渡地區(qū)立體交叉，形成上海市規(guī)模最大的鐵路疏解區(qū)。疏解區(qū)東西方向長4 122 m，南北方向?qū)?48 m，最上層的京滬高速鐵路正線高出地面32 m。

疏解區(qū)橋梁需要跨越既有鐵路2條(滬寧鐵路、翔黃鐵路)、規(guī)劃鐵路1條(滬通鐵路上海站聯(lián)絡(luò)線)，跨越既有高速公路1條(嘉金高速公路)、規(guī)劃城市道路2條，跨越河道6條(含航道1條)。如圖15～圖18所示。

(2)吳淞江北部疏解區(qū)

京滬高速鐵路正線、滬寧城際鐵路虹橋站聯(lián)絡(luò)線在吳淞江北側(cè)分別跨越既有滬昆鐵路、虹橋站北端普速客車聯(lián)絡(luò)線(上下行線)、既有金鶴公路、愛特路及望浪河，疏解區(qū)南北方向長3 000 m，東西方向?qū)?20 m。如圖19、圖20所示。

圖15 黃渡疏解區(qū)橋梁模型

圖16 建設(shè)中的黃渡疏解區(qū)

圖17 黃渡疏解區(qū)局部(一)

圖18 黃渡疏解區(qū)局部(二)

圖19 吳淞江北部疏解區(qū)效果圖

圖20 吳淞江北部疏解區(qū)局部

(3)虹橋站北部疏解區(qū)

虹橋站北部疏解區(qū)在虹橋綜合交通樞紐范圍內(nèi)，受交通樞紐綜合規(guī)劃控制，疏解區(qū)被限制在南北方向長1 400 m，東西方向?qū)?80 m的范圍內(nèi)。該范圍內(nèi)有3條城市道路、1條河道與鐵路相交且同步建設(shè)。如圖21～圖23所示。

圖21 虹橋站北部疏解區(qū)效果圖

(4)虹橋站南部疏解區(qū)

虹橋站南端普速客車聯(lián)絡(luò)線上跨新角浦河道、華翔路及滬青平公路，與既有滬昆鐵路形成立交疏解，疏解區(qū)南北方向長度1 500 m，東西方向?qū)挾?80 m。受新建鐵路、規(guī)劃磁懸浮線路影響，既有華翔路及滬青平公路改為下穿立交。如圖24～圖26所示。

圖22 虹橋站北部疏解區(qū)局部(一)

圖23 虹橋站北部疏解區(qū)局部(二)

3 特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計

京滬高速鐵路上海段特殊結(jié)構(gòu)類型較多，具有代表性的結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹如下。

圖24 虹橋站南部疏解區(qū)平面

圖25 華翔路立交

圖26 滬青平公路立交

3.1 (60+100+60)m斜連續(xù)梁設(shè)計

京滬高速鐵路正線、動車組走行線，滬寧城際鐵路虹橋站聯(lián)絡(luò)線及虹橋站北端普速客車聯(lián)絡(luò)線預(yù)留段共十線并行斜跨吳淞江，線路中心線與河道中心線的夾角為31°。除預(yù)留線外，同步建設(shè)4座雙線連續(xù)梁橋。如圖27、圖28所示。

圖27 吳淞江橋位平面

吳淞江規(guī)劃為六級航道，要求通航凈寬45 m。由于斜交角度較大，橋墩順河道斜置，梁部設(shè)計為(60+100+60)m斜連續(xù)梁。如圖29所示。

(1)高速正線梁部設(shè)計

為滿足正線列車高速運行的動力性能要求，高速正線跨吳淞江主橋支點梁高采用7.8 m、跨中梁高采用4.8 m。

圖28 吳淞江橋梁效果圖

圖29 斜連續(xù)梁結(jié)構(gòu)(單位:m)

(2)動車組走行線梁部設(shè)計

動車組走行線跨吳淞江的設(shè)計軌面高程受虹橋動車運用所場坪高程限制，斜連續(xù)梁支點梁高采用6.6 m、跨中梁高采用3.8 m

3.2 道岔區(qū)梁部設(shè)計

京滬高速鐵路上海站聯(lián)絡(luò)線自正線分出，采用42號道岔，岔區(qū)梁部布置根據(jù)《高速鐵路高架橋車站無縫線路設(shè)計原則》(暫行)確定，采用6×32 m單箱雙室變截面連續(xù)梁。如圖30、圖31所示。

圖30 箱梁橫截面

圖31 道岔區(qū)橋面布置

3.3 門式橋墩設(shè)計

京滬高速鐵路上海站段線路交叉點多，多處線路夾角小于30°，采用門式橋墩騎跨被交線。

(1)鋼混組合門式橋墩

京滬高速鐵路正線、普速客車聯(lián)絡(luò)線多次跨越既有滬昆鐵路，采用鋼混組合門式橋墩。橋墩立柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁采用鋼箱梁，角點鋼混固結(jié)。鋼橫梁工廠節(jié)段制作，現(xiàn)場組拼焊接，采用1 000 t履帶吊機整體吊裝。鋼橫梁一次吊裝到位，減少了對既有鐵路的運營干擾，確保既有鐵路運營安全。如圖32～圖34所示。

圖32 鋼橫梁吊裝

圖33 鋼混組合門式橋墩跨既有鐵路

圖34 鋼混組合門式橋墩跨城際鐵路

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土門式橋墩

上海站聯(lián)絡(luò)線上跨滬寧城際鐵路、動車組走行線上跨京滬正線采用預(yù)應(yīng)力混凝土門式橋墩。如圖35、圖36所示。

(3)預(yù)應(yīng)力混凝土雙層門式橋墩

京滬高速鐵路正線跨上海站聯(lián)絡(luò)線、動車組走行線互跨時，上下兩線均為高架橋，部分橋墩設(shè)計為預(yù)應(yīng)力混凝土雙層門式橋墩，上下兩橋共用。

3.4 異形連續(xù)梁設(shè)計

虹橋綜合交通樞紐北部的北翟路規(guī)劃為地面與高架兩層，京滬高速鐵路正線、滬寧城際鐵路虹橋站聯(lián)絡(luò)線、動車組走行線共10條線路在北翟路地面道路與高架橋梁之間穿越。受北翟路高架橋控制，上述10線5橋并行等高。

在該穿越點以南265 m處城際動車進段線需要上跨京滬高速鐵路正線，受建筑高度限制，跨線橋穿越(24+3×32)m異形連續(xù)梁。連續(xù)梁中支點處橫梁外挑，墩柱布置在正線兩側(cè)。如圖37、圖38所示。

圖35 門式橋墩跨京滬正線

圖36 門式橋墩跨滬寧城際鐵路聯(lián)絡(luò)線

圖37 北翟路高架橋

圖38 異形連續(xù)梁跨京滬正線

4 結(jié)語

京滬高速鐵路上海段橋梁設(shè)計受外部條件影響大，在保證線路技術(shù)條件的前提下，為盡可能滿足城市區(qū)域規(guī)劃、城市道路及航道交通、跨線立交要求，采用了較多的特殊結(jié)構(gòu)。特殊橋梁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與應(yīng)用為樞紐內(nèi)鐵路線形優(yōu)化創(chuàng)造了條件，使鐵路疏解區(qū)內(nèi)的夾心地大大減少，集約了城市建設(shè)用地，使高速鐵路建設(shè)與城市規(guī)劃更加融合。

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