南廣鐵路西江橋位、橋式方案的選擇

陳達(dá)建

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

南寧至廣州鐵路是南寧與廣州間最便捷的運輸通道，為以客為主的客貨混運鐵路，旅客列車設(shè)計行車速度200 km/h及以上。南廣鐵路進(jìn)入貴港、梧州、云浮、肇慶以后，從大的走向上基本沿西江東行，由于廣東省肇慶市、云浮市的經(jīng)濟(jì)行政重心分別處于西江的南北兩側(cè)。為更好帶動兩個地級市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路線路走向在經(jīng)過位于西江南側(cè)的云浮市后，跨過西江至北岸進(jìn)入肇慶市是必然的選擇。鐵路跨越大江大河橋梁的橋址、橋式方案的選擇就成為制約線路走向方案的因素之一。

西江是珠江流域最大的一條支流，起源于云南省廣南縣，流域跨越滇、黔、桂、粵四省區(qū)及越南，全長2 075 km，流域面積353 120 km2，廣西梧州至廣東三水縣思賢滘稱西江。西江為廣西、廣東的主要通航河道，船只過往頻繁，通航等級為國家內(nèi)河Ⅱ級，船舶噸級2 000 t，按Ⅱ級2排2列通航的航道等級進(jìn)行設(shè)計，雙向通航孔凈寬210 m，上底寬183 m，凈高18 m。通航水位為20年一遇標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計通航水位為國家85高程16.3 m。

2 西江橋位方案的初步規(guī)劃(圖1)

南廣鐵路云浮市范圍內(nèi)設(shè)置云浮站后向東進(jìn)入肇慶市與線路大走向相適應(yīng)的西江河段一定范圍內(nèi)，合適設(shè)橋的位置主要有兩處:一處是小湘河段，該段河流位于西江轉(zhuǎn)彎隘口處，水的流速快、水深深達(dá)80 m，兩岸山體地質(zhì)條件較好，兩岸狹窄，有條件一跨過江;另一處是三榕峽河段，江面開闊，水流較緩，水深20 m左右，可設(shè)水中大跨橋梁過江。

圖1 南廣線跨西江橋位示意

3 小湘橋位方案(圖2)

圖2 小湘橋位西江主跨布置(單位:mm)

3.1 小湘橋位橋式方案

小湘橋位處接近河段彎曲段頂部，河面寬度450 m，河床最大深度約80 m。該處西江深切，形成峽谷，兩岸為中低山，橋位處西江兩岸基巖出露，地質(zhì)條件好，為推力拱橋的理想天然橋位。如果采用單塔斜拉橋橋式，則需要在西江中設(shè)墩，一則在80 m深水中設(shè)基礎(chǔ)施工技術(shù)難以達(dá)到，二來不能滿足通航要求;如果采用雙塔斜拉橋橋式，則受地形限制，沒有配置邊跨的條件，主跨受力偏心，技術(shù)上難以成立。而充分利用西江兩側(cè)的山體推力，設(shè)置推力拱橋，采用一跨越過西江，橋梁對航道的不利影響最小，避免了深水基礎(chǔ)。

拱橋的橋式有鋼箱拱橋、鋼管混凝土拱橋2種方案。從外觀上來講，鋼箱拱橋更加簡潔，線條更加流暢、美觀;從受力性能上講，鋼箱拱橋比鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力更可靠;而且鋼箱拱橋的動力特性和橫向穩(wěn)定性都優(yōu)于鋼管混凝土拱橋。鋼箱拱橋方案在技術(shù)、施工、運營安全等方面具有明顯優(yōu)勢，因此采用鋼箱拱橋方案，橋梁主跨為450 m中承式提籃式鋼箱拱橋。

3.2 小湘橋位其他重點工程

小湘橋位方案線路位于山區(qū)，其他重點工程為飛鷹隧道7 143 m和北嶺山隧道12 438 m。

3.3 小湘橋位拱肋施工方案

3.3.1 豎轉(zhuǎn)+大段提升的施工方案

拱肋分為三大段在拼裝場地進(jìn)行組拼，其中拱肋邊段水平投影長度為160 m，弦長188 m，質(zhì)量約7 000 t，拱肋中段水平投影長度為108 m，弦長108 m，質(zhì)量約2 900 t。拱肋邊段采用豎轉(zhuǎn)施工，施工完畢后，在拱肋邊段頂端安裝提升塔架，利用提升塔架，拱肋中段采用整體提升的施工方法(圖3)。豎轉(zhuǎn)+大段提升的施工方案的重點在拱肋邊段與拱座連接時的高程控制、大噸位船只的配置和大段豎轉(zhuǎn)及提升施工中對通航的影響。

圖3 豎轉(zhuǎn)+大段提升的施工

3.3.2 纜索吊裝方案

拱肋每個節(jié)段質(zhì)量不超過300 t，開始3個節(jié)段利用500 t浮吊安裝，其余節(jié)段采用纜索吊機(jī)施工。吊桿及橋面系均采用纜索吊機(jī)架設(shè)完成(圖4)。纜索吊裝方案的主要難點在于施工期長受臺風(fēng)暴雨等惡劣氣候影響大，節(jié)段拼裝中線形控制要求高等。

圖4 纜索吊裝方案

4 三榕峽橋位橋式方案

4.1 三榕峽橋位橋式方案

三榕峽橋位位于小湘橋位西江下游4.5 km，河面平坦開闊，河床寬度700 m，常水位河床深度20 m，橋址區(qū)范圍內(nèi)地層由新到老依次為第四系全新統(tǒng)人工填土，泥盆系中上統(tǒng)砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、石英砂巖，該地層中石英砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)砂巖呈互層狀產(chǎn)出。

由于該方案線路高程在整個線路中起控制作用，橋式方案采用鋼桁梁斜拉橋跨越西江。根據(jù)通航要求，主橋孔跨布置需要滿足通航凈寬不小于194 m及橋墩結(jié)構(gòu)、防撞附屬設(shè)施等構(gòu)造要求，通航孔跨采用2-228 m。橋式方案有鋼桁拱橋方案和斜拉鋼桁梁橋方案。

4.1.1 三榕峽橋位鋼桁拱橋方案(圖5)

主橋結(jié)構(gòu)形式:下承式連續(xù)鋼桁拱橋，主跨布置為:32.7 m+(114+2×228+114)m+32 m。

主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造:矢跨比為 0.25，橋面距拱頂61.2 m，拱肋采用鋼結(jié)構(gòu)，橋面采用密布橫梁結(jié)構(gòu);主桁間距16 m;主跨跨中處桁高8.5 m，支點處桁高26 m，主跨跨中吊桿間距12 m，靠近支點處2個節(jié)間吊桿間距15 m;邊跨桁高13 m，節(jié)間距離:除靠近主跨的2個節(jié)間為15 m外其余為12 m。

4.1.2 三榕峽橋位斜拉鋼桁梁橋方案(圖6)

主橋結(jié)構(gòu)形式三塔斜拉橋，主跨布置為:(73.2+120+2×228+120+73.2)m。

圖5 三榕峽橋位鋼桁拱橋主橋孔跨布置(單位:m)

圖6 三榕峽橋位斜拉鋼桁梁橋主橋孔跨布置(單位:m)

4.1.3 三榕峽橋位橋式比較結(jié)論

鋼桁拱橋方案和斜拉鋼桁梁橋方案主橋工程數(shù)量比較接近，斜拉橋方案略省，鋼桁拱橋施工臨時設(shè)施數(shù)量較大。同時，由于鋼桁梁斜拉橋方案動力性能優(yōu)于鋼桁拱橋，故三榕峽橋位的西江橋式推薦采用斜拉鋼桁梁橋方案。

4.2 斜拉鋼桁梁橋施工方法

采用打設(shè)鋼管樁搭設(shè)平臺施工鉆孔樁，采用鋼吊箱圍堰施工承臺，斜拉橋采用懸臂吊裝施工。

5 橋位橋式方案比選結(jié)論

小湘橋位方案與三榕峽橋位方案比較見表1。

表1 小湘橋位方案與三榕峽橋位方案比較

橋位方案的選擇需結(jié)合線路走向、工程設(shè)計情況、地方規(guī)劃銜接、環(huán)境影響及運營條件等因素綜合考慮，雖然小湘橋位方案工程艱巨，工程投資大，但避開了城市規(guī)劃區(qū)和建成區(qū)。本段線路方案的選擇經(jīng)過多方面綜合比較后，最終選擇西江小湘橋位方案。

橋式方案采用450 m中承式提籃式鋼箱拱橋，拱肋施工有豎轉(zhuǎn)+大段提升和纜索吊裝方案。這2種施工方案均能完成本橋施工，結(jié)合施工難度和施工資源配置情況，在南廣線施工中采用纜索吊裝方案。

6 結(jié)語

結(jié)合以上南廣鐵路在肇慶市跨越西江的橋位、橋式方案選擇的分析，在新建鐵路跨越大江大河的橋渡方案選擇應(yīng)考慮以下因素。

(1)由于跨越大江大河的橋梁往往有通航、行洪方面的要求，橋梁高、跨度大和深水基礎(chǔ)施工等要求，橋梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，工程投資高，橋址位置的選擇往往成為影響線路走向的因素之一。

(2)橋址位置應(yīng)充分結(jié)合河流兩岸及水中地形、地質(zhì)條件，既有及規(guī)劃航道要求、水流情況、排洪要求，在此基礎(chǔ)上選擇合理的橋式方案，進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

(3)橋式的設(shè)計應(yīng)考慮:①結(jié)構(gòu)耐久性和維護(hù)的方便性;②建設(shè)條件的合理性;③通航條件、行洪條件、地質(zhì)條件、地形條件、交通條件、河床演變等;④安全性:結(jié)構(gòu)安全性、防洪安全性、地基穩(wěn)定性、通航安全性;⑤施工操作的可行性:施工技術(shù)、設(shè)備、費用、安全、環(huán)保等綜合比選;⑥與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］140號 新建時速200～250 km客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.GB50090—2006 鐵路線路設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.新建南廣鐵路桂平至新肇慶段初步設(shè)計總說明書［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，2008.

［4］中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.新建鐵路南寧至廣州線桂平至肇慶東段肇慶西江特大橋Ⅰ類變更設(shè)計說明［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，2010.

［5］鐵鑒函［2008］1691號 關(guān)于新建南寧至廣州鐵路黎塘至廣州段初步設(shè)計的批復(fù)［Z］.北京:鐵道部工程設(shè)計鑒定中心，2008.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［8］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］285號 新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［9］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)函［2003］205號 新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.