北京動(dòng)車段走行線特殊結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)

馮利波

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處,天津 300142)

1 基本概況

作為北京樞紐內(nèi)的檢修基地,北京動(dòng)車段是我國(guó)北方地區(qū)動(dòng)車組檢修基地及京滬高速鐵路北段的檢修中心,對(duì)完善樞紐客運(yùn)設(shè)施及動(dòng)車檢修設(shè)施,配套京津城際軌道交通項(xiàng)目的正常運(yùn)營(yíng),及改善首都的環(huán)境和形象,具有重要作用和重大意義。北京動(dòng)車段走行線工程是北京南站和京津城際鐵路及京滬高速鐵路、京廣客運(yùn)專線、京哈客運(yùn)專線配套項(xiàng)目,動(dòng)車段走行線起于北京南站西側(cè),跨京開(kāi)高速公路、南三環(huán)、南四環(huán)路及京九、豐雙鐵路后到達(dá)動(dòng)車段。

動(dòng)車段走行線工程共有京滬高速鐵路正線、京滬高速鐵路動(dòng)車左右線、京津城際鐵路動(dòng)車線、京石客運(yùn)專線動(dòng)車左右線7條線,其中京滬高速鐵路正線為無(wú)砟軌道,設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值200 km/h,其余5條動(dòng)車線均采用有砟軌道,設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值120 km/h。工程共有京滬高速鐵路正線、京滬高速鐵路動(dòng)車左右線、京津城際鐵路動(dòng)車線特大橋及京滬高速鐵路動(dòng)車左右線、京石客運(yùn)專線動(dòng)車左右線、京津城際鐵路動(dòng)車線特大橋等五線特大橋2座,單線特大橋1座,框構(gòu)5座,涵洞23座。由于本線位于北京市內(nèi),為5線并行,跨越眾多市政道路、高速公路、規(guī)劃地鐵、既有鐵路等,特殊結(jié)構(gòu)橋梁多,主要技術(shù)難點(diǎn)有5線并行800 m小半徑大跨度連續(xù)彎梁、400 m小半徑連續(xù)彎梁、預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩、低高度T梁,非標(biāo)T梁,5線并行小半徑曲線布置等。

2 橋跨布置及墩臺(tái)、基礎(chǔ)選擇

為了滿足高速鐵路列車安全運(yùn)行和旅客乘坐舒適度的要求,京滬高速鐵路正線橋梁結(jié)構(gòu)采用了20、24、32 m簡(jiǎn)支箱梁,京滬高速鐵路動(dòng)車走行線、京津城際鐵路動(dòng)車走行線及京石客運(yùn)專線動(dòng)車走行線則采用12～32 m簡(jiǎn)支T梁,還采用了40 m簡(jiǎn)支箱梁、(32+48+32)m連續(xù)箱梁,(71+120+71)m連續(xù)箱梁,預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩等。

由于受場(chǎng)地限制,簡(jiǎn)支箱梁采用支架現(xiàn)澆法施工,簡(jiǎn)支T梁采用預(yù)制架設(shè)法施工,連續(xù)梁采用懸臂灌注法和支架現(xiàn)澆法施工。

動(dòng)車段走行線橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩,根據(jù)線路情況,分別設(shè)計(jì)了單線、雙線及三線墩。簡(jiǎn)支箱梁橋臺(tái)采用雙線一字形橋臺(tái),簡(jiǎn)支T梁橋臺(tái)采用了T形橋臺(tái)。動(dòng)車段走行線橋梁采用了鉆孔灌注摩擦樁基礎(chǔ),圖1為正在施工中的橋梁。

圖1 正在架梁中的動(dòng)車段走行線橋梁

3 5線并行小半徑曲線橋梁布置

3.1 5線并行徑向布置

北京動(dòng)車段走行線跨南三環(huán)及京開(kāi)高速公路處位于800 m半徑曲線上,該段橋梁位于三環(huán)附近,為保證視野通透及城市景觀的需要,本段曲線橋采用了徑向布置,橋墩位于同一軸線上。曲線內(nèi)側(cè)走行線采用標(biāo)準(zhǔn)跨度簡(jiǎn)支T梁,中間京滬高速鐵路正線采用現(xiàn)澆異型跨度簡(jiǎn)支箱梁,梁體中心線設(shè)計(jì)成直線,箱部結(jié)構(gòu)按照直線布置,梁端按照徑向布置,橋面板及橋面系構(gòu)造按照曲梁曲做；外側(cè)走行線采用異型簡(jiǎn)支T梁布置；跨越南三環(huán)及京開(kāi)高速公路采用了(71+120+71)m雙線+三線并置大跨度連續(xù)彎梁跨越,梁端徑向布置。5線并行徑向橋墩布置平面如圖2所示。

圖2 5線并行徑向橋墩布置平面

3.2 5線并行錯(cuò)線布置

北京動(dòng)車段走行線5線跨越豐雙鐵路，位于半徑400 m曲線上,交叉角度小,由于受線路縱斷面的控制,只能選用(32+48+32)m連續(xù)梁錯(cuò)線跨越,因此該段曲線橋均采用了錯(cuò)線布置法：以豐雙鐵路及橋下道路為控制點(diǎn),兩側(cè)簡(jiǎn)支梁分別按平分中矢法進(jìn)行曲線布置,并通過(guò)梁跨調(diào)整,在直線段保證橋墩對(duì)齊布置。錯(cuò)線布置時(shí)存在一線梁梁端對(duì)應(yīng)另一線梁跨中的情況,而5線間最小間距為5 m,400 m半徑曲線上梁端最大偏移距離達(dá)17 cm,為避免相鄰線梁部相互干擾,設(shè)計(jì)中對(duì)部分T梁懸臂進(jìn)行了局部切除。5線并行錯(cuò)線橋墩布置平面見(jiàn)圖3。

圖3 5線并行錯(cuò)線橋墩布置平面

4 特殊結(jié)構(gòu)橋梁

4.1 橋梁類型

北京動(dòng)車段走行線位于北京市區(qū)內(nèi),沿線跨越多處高等級(jí)公路、既有鐵路及規(guī)劃道路、地鐵等,受立交凈空、城市景觀及施工方法等諸多條件制約,設(shè)計(jì)中采用了許多“量身定制”的特殊結(jié)構(gòu)橋梁(表1)。

表1 動(dòng)車段走行線橋梁特殊結(jié)構(gòu)匯總

4.2 (71+120+71)m 5線連續(xù)箱梁

跨越京開(kāi)高速公路及南三環(huán)路時(shí)均采用3跨(71+122+71)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁。其中跨越京開(kāi)高速公路點(diǎn)在京開(kāi)高速公路與北京市政路菜戶營(yíng)南路的連接處,要求凈寬86 m、凈高5 m,線路與其交角117°10′。京開(kāi)高速公路由雙向6條車道組成,線路跨越處京開(kāi)高速公路大小里程分別有2車道匝道,橋位兩側(cè)靠近京山鐵路以及西黃鐵路。橋梁結(jié)構(gòu)位于800 m半徑的曲線上,共5條線并行,線間距5.0 m,2條線為京滬高速鐵路正線,其余3條為動(dòng)車走行線,采用(71+120+71)m雙線連續(xù)彎梁與(71+120+71)m 3線連續(xù)彎梁并置跨越,兩梁橫向懸臂板間距10 cm,梁部構(gòu)造及布置見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 (71+120+71) m雙線+三線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁平剖面

圖5 連續(xù)箱梁跨中截面示意(單位：cm)

雙線連續(xù)箱梁采用有砟軌道,各控制截面的梁高分別為：端支座處及邊跨直線段和跨中處為5.0 m；墩頂處梁高9.0 m,墩底平段長(zhǎng)4.8 m,梁高按2.0次拋物線變化；單箱單室直腹板截面。箱梁頂寬11.65 m,底寬7.0 m。

3線連續(xù)箱梁上京滬高速鐵路正線采用無(wú)砟軌道,京滬高速鐵路動(dòng)車右線采用有砟軌道,各控制截面的梁高分別為：端支座處及邊跨直線段和跨中處為5.0 m；墩頂處梁高9.0 m,墩底平段長(zhǎng)4.8 m,梁高按2.0次拋物線變化；為單箱雙室直腹板截面。箱梁頂寬16.65 m,底寬12.0 m。

箱梁兩側(cè)腹板與頂?shù)装逑嘟惶幘捎脠A弧倒角過(guò)渡。曲線梁按曲線曲做。梁體輪廓、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束及管道等均以梁體中心線為對(duì)稱線沿徑向根據(jù)曲率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,支座、橋墩亦按徑向布置。梁體采用三向預(yù)應(yīng)力體系。為便于檢查,橫隔梁設(shè)過(guò)人孔,梁端處設(shè)進(jìn)人洞。

其中3線連續(xù)彎梁上京滬高速鐵路正線采用無(wú)砟軌道形式,因此對(duì)大跨度彎梁的動(dòng)力性能、剛度指標(biāo)、變形控制等要求高,梁部設(shè)計(jì)撓跨比(中跨)為1/3 444,梁端豎向轉(zhuǎn)角0.584‰(rad),梁端水平折角0.123‰(rad),設(shè)計(jì)徐變上拱值0.55 mm。

京開(kāi)高速公路與南三環(huán)位于北京市內(nèi),均比較繁忙,因此梁部采用了大跨度支架現(xiàn)澆法施工,既保證了橋下南三環(huán)和京開(kāi)高速車輛的安全、順暢通行,也滿足了工期的需要。

4.3 預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩

京津城際動(dòng)車線、京滬高速鐵路動(dòng)車左線跨京滬高速鐵路正線、既有京九線及京滬高速鐵路動(dòng)車右線跨越既有京九線斜角角度為8°～18°,為滿足跨越,需采用框架墩結(jié)構(gòu),上架設(shè)16 m T梁。

為減少施工對(duì)既有線干擾,一般跨線框架墩橫梁均采用鋼箱橫梁。鋼橫梁雖然施工簡(jiǎn)單,對(duì)既有線干擾小,但由于鋼材長(zhǎng)期暴露在大氣中,其防腐是控制其使用壽命的關(guān)鍵。目前最好的防腐涂裝也需要定期對(duì)鋼材進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；框架墩下方均為電氣化鐵路,鋼橫梁長(zhǎng)期處于高壓電磁環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生靜電,而且走行線尚需跨越京滬高速鐵路正線,在高速鐵路上方作業(yè),對(duì)運(yùn)營(yíng)后的養(yǎng)護(hù)工作造成了極大的困難。

為解決以上難點(diǎn),設(shè)計(jì)中考慮采用預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁的結(jié)構(gòu)形式,施工完成后基本上不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修,跨既有線橫梁施工采用貝雷梁支架法施工,減少了對(duì)既有線的干擾。

該結(jié)構(gòu)橫梁長(zhǎng)20、22 m,順橋向?qū)挾?.7 m,橫梁高2.5 m,與墩柱相連接的部分加厚至3.0 m；墩柱高14.5～21.0 m,截面形式為2.5 m×2.5 m矩形；樁基為φ1.0 m鉆孔灌注摩擦樁,承臺(tái)方向與既有線方向基本平行?？蚣芏罩饕Y(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖6。

圖6 框架墩立面示意(單位：cm)

橫梁計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表2、表3。

表2 橫梁截面強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

表3 橫梁正截面抗裂計(jì)算結(jié)果

同時(shí)為滿足橋下凈高,框架墩橫梁上方采用16 m低高度T梁,梁高1.1 m,軌底至梁底建筑高度1.75 m。

4.4 (32+48+32)m小半徑曲線連續(xù)彎梁

各動(dòng)車走行線在豐臺(tái)區(qū)柳村道口附近5線并行跨越既有豐雙鐵路,斜交角度50°左右,線路曲線半徑400 m,為實(shí)現(xiàn)5線跨越豐雙鐵路,采用3跨(32+48+32) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁,橋墩錯(cuò)線布置。

梁部采用有砟軌道,梁高沿縱向按二次拋物線變化,中支點(diǎn)梁高3.50 m(高跨比為1/13.71),邊支點(diǎn)及跨中梁高2.50 m(高跨比1/19.20)。截面采用單箱單室、變高度、變截面直腹板形式。箱梁頂寬9.0 m,底寬6.60 m。箱梁兩側(cè)腹板與頂?shù)装逑嘟惶幫鈧?cè)均采用圓弧倒角過(guò)渡,曲梁曲做布置,支座亦按徑向布置。梁部設(shè)計(jì)撓跨比(中跨)為1/3 707,梁端下?lián)限D(zhuǎn)角0.84‰(rad),梁端反彎轉(zhuǎn)角0.54‰(rad),設(shè)計(jì)徐變上拱值9.5 mm。

4.5 5線并行電纜槽

北京動(dòng)車段各走行線5線并行段每側(cè)共需設(shè)置通信、信號(hào)及電力電纜3個(gè)或4個(gè)；如按常規(guī)將電纜槽設(shè)于欄桿外側(cè)懸掛,既不美觀,也無(wú)法滿足檢查維修需要,同時(shí)大風(fēng)對(duì)其影響較大。

設(shè)計(jì)考慮采用角鋼將人行道進(jìn)行加寬加高,將電纜槽置于人行道板以下,既滿足了檢修需要,刮風(fēng)時(shí)對(duì)其也是有效保護(hù)。電纜槽布置見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 每側(cè)3個(gè)電纜槽示意

圖8 每側(cè)4個(gè)電纜槽示意

5 結(jié)語(yǔ)

本線設(shè)計(jì)中采用的非標(biāo)箱梁、伸縮T梁及多線電纜槽等在其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)中已得到了廣泛應(yīng)用。

目前北京動(dòng)車段已開(kāi)通運(yùn)營(yíng),京滬高速鐵路也已經(jīng)開(kāi)通,走行線橋梁設(shè)計(jì)突破了常規(guī)的設(shè)計(jì)理念,在滿足功能需要的同時(shí)進(jìn)行了多方面的嘗試和創(chuàng)新,為以后的樞紐多線、小半徑橋梁設(shè)計(jì)提供了良好的借鑒,也為今后同類的鐵路建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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