京石客運(yùn)專線重點(diǎn)橋渡設(shè)計(jì)綜述

牛遠(yuǎn)志

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

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京石客運(yùn)專線重點(diǎn)橋渡設(shè)計(jì)綜述

牛遠(yuǎn)志

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

摘要：結(jié)合京石客運(yùn)專線橋梁設(shè)計(jì),著重介紹端刺剛構(gòu)梁、柳辛莊轉(zhuǎn)體連續(xù)梁、五環(huán)路提籃拱、高墩大跨剛構(gòu)道岔梁、高框架墩等5 項(xiàng)重點(diǎn)橋渡設(shè)計(jì),簡要介紹4項(xiàng)重點(diǎn)橋墩設(shè)計(jì)。相關(guān)成果可為今后的中國高速鐵路建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：京石客運(yùn)專線；重點(diǎn)橋渡；設(shè)計(jì)；綜述

1京石客運(yùn)專線概況

1.1總體概況

京石客運(yùn)專線是京廣高速鐵路的重要組成部分，是我國“四縱四橫”客運(yùn)專線南北向主骨架之一，北起我國首都北京，南至河北省省會石家莊市，全線包括京石正線、引入北京樞紐、石家莊樞紐配套工程及石太直通線工程，其中，京石正線線路全長283.672 km，橋梁44座共222.98 km，占正線線路長度的78.6%；石太直通線線路全長29.3 km，橋梁16座14.77 km，占石太直通線線路長度的50.4%[1]。

1.2沿線自然特征

線路位于燕山南麓、太行山東麓的山前沖洪積平原，石太直通線西部位于低山丘陵區(qū)。線路地處海河流域，沿線河流水系發(fā)達(dá)，尤其以海河水系最為發(fā)育，經(jīng)過主要河流為永定河、大寧水庫、小清河行滯洪區(qū)、北拒馬河、蘭溝洼蓄滯洪區(qū)、南拒馬河、漕河、龍泉河、唐河、沙河、磁河、滹沱河等。沿線城市規(guī)劃、道路交通發(fā)展迅速，既有道路、高速公路、鐵路四通八達(dá)，水利設(shè)施多，地下管線星羅棋布。沿線有分布較為廣泛的軟土地區(qū)、非自重濕陷黃土區(qū)、地震液化層、巖溶和巖溶塌陷區(qū)、沉降漏斗區(qū)等，沉降控制問題非常突出； 沿線地震動峰值加速度為0.05g～0.20g。

1.3主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

北京樞紐、石家莊樞紐和石太直通線均采用有砟軌道，五環(huán)路至大寧水庫段落采用Ⅰ型板式軌道，其他段落均采用Ⅱ型板式無砟軌道。京石正線鐵路等級為客運(yùn)專線，設(shè)計(jì)速度為350 km/h，正線數(shù)目為雙線，線間距為5 m，列車荷載為ZK活載；石太直通線設(shè)計(jì)速度為250 km/h，雙線，線間距為4.6 m，列車荷載與石太客運(yùn)專線一致采用ZK活載和中-活載。

2重點(diǎn)橋渡設(shè)計(jì)

京石客運(yùn)專線橋渡設(shè)計(jì)以保證線路安全性、舒適性、穩(wěn)定性為前提，注重與環(huán)境相適應(yīng)[4]，充分借鑒京津城際和京滬高速鐵路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上力爭創(chuàng)新，服務(wù)于本線安全運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)維修。京石客運(yùn)專線全線一般段落梁部采用以32 m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁的簡支橋跨，部分跨河段落采用40 m雙線簡支箱梁，除此之外，受沿線眾多既有及規(guī)劃公鐵道路、地下管線、河流等因素影響采用了大量的特殊橋梁型式，下面介紹其中的幾個典型橋梁設(shè)計(jì)。

2.1杜家坎線路所2×22.71 m端刺剛構(gòu)梁

北京鐵路樞紐豐臺客站工程連接京石客運(yùn)專線，由于豐臺站建設(shè)滯后，不能與全線工程同期完成，為此引入豐臺站修建杜家坎線路所，亦為豐臺樞紐的后續(xù)引入預(yù)留接口。一般特大橋在兩端路橋過渡段處設(shè)置端刺，由于該預(yù)留接口處無設(shè)置常規(guī)路橋過渡段的條件，為此需要在預(yù)留接口處以永臨結(jié)合方式設(shè)置橋上端刺梁替代路橋過渡段端刺。

橋上設(shè)置端刺必然使得橋梁需承受巨大的縱向力，同時必須滿足嚴(yán)格的水平變形要求，本端刺要求縱向力達(dá)13.0MN[2]，錨固點(diǎn)容許位移≤3 mm。在設(shè)計(jì)時創(chuàng)新性地采用了兩跨斜腿剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)形式。斜腿剛構(gòu)端刺橋因其具有呈水平向的梁式構(gòu)件和呈斜向的支承構(gòu)件而在力學(xué)行為上兼具梁式剛架特性和拱的受力特點(diǎn)，呈現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。在橋型構(gòu)造上以少量構(gòu)件和簡潔明了的幾何圖形構(gòu)成簡練的橋梁形態(tài)，在視覺和精神上給人簡明而生動，纖細(xì)而有力的橋梁美學(xué)效應(yīng)。斜腿剛構(gòu)端刺橋，橋梁上下部各構(gòu)件相互固結(jié)形成一個整體，共同受力抵抗外荷載。因此，橋梁整體性和剛度均得到提高，并大大減小了組成構(gòu)件的內(nèi)力峰值。

設(shè)計(jì)時進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案的比選和優(yōu)化，對兩跨斜腿剛構(gòu)橋的受力特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究：包括罕遇地震反應(yīng)分析，預(yù)應(yīng)力鋼束配束方式、節(jié)點(diǎn)剛域效應(yīng)以及墩梁固結(jié)處的局部應(yīng)力分析等。該橋在受力和景觀效果均取得了較好的效果，且橋中設(shè)置端刺梁的設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)上僅在1座橋臺尾設(shè)置的慣例，以后類似線路橋梁設(shè)計(jì)可以充分借鑒，如采用分段設(shè)置橋上端刺梁的形式，可實(shí)現(xiàn)不在橋臺尾設(shè)置端刺，也可為未來可能的線路大修提供一個可操作的平臺。

端刺設(shè)計(jì)簡圖見圖1，竣工后現(xiàn)場實(shí)景見圖2。

圖1　斜腿剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)(單位：cm)

圖2　端刺竣工立面

2.2柳辛莊(80+128+80) m連續(xù)梁轉(zhuǎn)體

跨越既有柳辛莊車站采用(80+128+80) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越，是全線最大跨度的連續(xù)梁，橋墩采用圓端形橋墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。既有線包括京廣下行、京廣上行，2條到發(fā)線及石太聯(lián)絡(luò)線，斜交角度24°，既有線路為電氣化鐵路，接觸網(wǎng)采用硬橫跨。

主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度為(80+128+80) m，橋面板寬12.0 m，橋梁建筑寬度為12.2 m，底寬7.0 m。中支點(diǎn)梁高9.6 m，邊支點(diǎn)及跨中梁高5.6 m，梁部采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

施工方法：首先采用順橋下既有鐵路線路旁位大節(jié)段滿布支架現(xiàn)澆施工，其中普通鋼筋采用橋下大節(jié)段預(yù)制綁扎，整體吊裝就位；然后雙主墩處對稱轉(zhuǎn)體就位，轉(zhuǎn)體質(zhì)量為1.2萬t，轉(zhuǎn)體時設(shè)計(jì)靜摩擦力為12 000 kN，動摩擦力為7 200 kN[3]；中跨合龍段在既有京廣線上方采用可退回式特設(shè)掛籃施工；梁端不平衡段采用原位現(xiàn)澆施工。

本橋采用大跨度連續(xù)梁旁位大節(jié)段現(xiàn)澆轉(zhuǎn)體施工工法，合龍段創(chuàng)新地采用可退回全封閉構(gòu)造，解決了跨越既有京廣鐵路運(yùn)營的難題，在高速鐵路項(xiàng)目中為同類橋梁較早采用大跨梁轉(zhuǎn)體施工的案例，為后續(xù)項(xiàng)目提供了成功借鑒經(jīng)驗(yàn)。轉(zhuǎn)體實(shí)景見圖3。

圖3　轉(zhuǎn)體完成后的主橋

2.31-92 m簡支提籃拱橋

跨越阜石高速公路匝道及北京西五環(huán)采用1-92 m簡支提籃拱。該拱橋?yàn)?—92 m下承式簡支提籃拱橋，是預(yù)應(yīng)力混凝土梁與鋼管混凝土加勁拱組合結(jié)構(gòu)體系，梁長97.4 m。

該提籃拱橋拱肋軸線和上下弦鋼管軸線在豎直面上的投影是3條拋物線。拱肋軸線跨度92 m，矢高18.4 m，矢跨比為1/5，吊索間距6 m。兩片拱肋軸線間距：拱腳處為15.6 m，拱頂處為6.4 m。單片拱肋向內(nèi)傾角為14.036°。兩片拱肋間共設(shè)3道橫撐，每道橫撐為由φ500 mm和φ250 mm的鋼管組成的桁架結(jié)構(gòu)。拱橋主梁采用現(xiàn)澆整體主梁，截面形式為由中間π形和兩側(cè)箱形組成的整體截面，梁高2.5 m。標(biāo)準(zhǔn)截面頂寬16.4 m，底寬17.764 m，梁端12.7 m范圍加寬1.6 m，橫梁處加寬0.2 m。吊索錨固于橫梁底部，順橋向每隔6.0 m設(shè)1道標(biāo)準(zhǔn)橫梁，標(biāo)準(zhǔn)橫梁厚0.5 m，支座附近設(shè)1道箱形橫梁。拱座設(shè)于主梁之上，與主梁固結(jié)。該梁采用膺架現(xiàn)澆法施工。本橋與周圍環(huán)境渾然一體，現(xiàn)已經(jīng)成為京廣高速鐵路進(jìn)出首都北京五環(huán)路的第一道靚麗風(fēng)景。完工后的提籃拱橋見圖4。

圖4　1-92 m簡支提籃拱橋

2.4(60+100+60) m剛構(gòu)道岔梁

石家莊樞紐南疏解處采用了高墩大跨的(60+100+60) m剛構(gòu)連續(xù)道岔梁，之所以采用該結(jié)構(gòu)，主要考慮因素首先是由石太直通線雙線通過42號道岔從33 m高的橋上引出北西聯(lián)絡(luò)線；其次是石太直通線跨越石武客運(yùn)專線；第三是出岔點(diǎn)恰好是在跨越石武客運(yùn)專線處；再次是石太直通線與石武客運(yùn)專線交叉角度僅為19°；最后是橋上道岔對橋梁的變形要求高，此處橋高33 m。

主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度為(60+100+60) m，邊跨支座中心線至梁端0.75 m，梁全長221.5 m。中支點(diǎn)截面中心處梁高7.2 m，中跨跨中8 m等高段及邊跨14.75 m等高段截面中心處梁高4.6 m。橋面設(shè)有道岔，橋面隨限界加寬變化，其中小里程往大里程方向前118.7 m橋面寬度由15.0 m變化至12.2 m，其余長度橋?qū)挒?2.2 m。這一結(jié)構(gòu)把常規(guī)小跨度道岔梁拓展至大跨度100 m結(jié)構(gòu)，可為以后類似工程借鑒采用。

2.539 m高框架墩

因京廣客運(yùn)專線引入豐臺線路所是后期調(diào)整增加，受場地條件和已施工程控制，京石客運(yùn)專線左聯(lián)特大橋跨京廣客運(yùn)專線雙線，交叉角度12°14′～13°59′。由于交叉角度較小，如果采用一跨方案，則主橋跨度將達(dá)到110m，施工周期長，投資大；比選后采用5-20 m無砟單線簡支箱梁框架墩跨越，工期和經(jīng)濟(jì)上都較有優(yōu)勢，墩高為38～38.5 m，平面關(guān)系見圖5。

圖5　高框架墩平面關(guān)系(單位：m)

一般框架墩墩高均小于20 m，主要是高框架墩剛度指標(biāo)控制，且一般造價較高。京石客運(yùn)專線杜家坎線路所處因技術(shù)條件、地理?xiàng)l件、工期條件、經(jīng)濟(jì)條件等多重因素控制，采用高框架墩形式可以較好解決以上難題。

框架墩橫梁采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，橫梁長27.30 m，順橋向?qū)挾?.0 m，橫梁高3.0 m，與墩柱相連接的部分加厚至3.5 m；框架墩立柱采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩柱高38.0～38.5 m，墩頂截面形式為3.0 m×2.8 m矩形截面；基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)。

本框架橋經(jīng)過車橋耦合動力分析，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了優(yōu)良。通過本設(shè)計(jì)，高速鐵路上框架墩的高度推高到了一個新的高度，為今后類似工程可提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。高框架墩施工見圖6。

圖6　高框架墩施工

2.6其他重點(diǎn)橋渡

京石客運(yùn)專線除以上幾個重點(diǎn)橋渡外，具有一定創(chuàng)新性的橋梁工點(diǎn)還有如下幾個。

(1)跨越307省道大橋采用(48+80+80+48) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)連續(xù)梁跨越既有石太線和307省道，梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)；最高墩采用墩高74 m的矩形變截面空心墩，為京石全線最高墩。采用全封閉掛籃防護(hù)取代棚架防護(hù)的施工方法，完成了使用全封閉掛籃對跨越多條既有公、鐵線路的多跨連續(xù)剛構(gòu)橋的懸臂澆筑施工；采用以掛籃懸臂澆筑連續(xù)剛構(gòu)直線段的施工工法代替常規(guī)的支架現(xiàn)澆直線段的工法，簡化了施工，并顯著降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。

(2)跨越北京西四環(huán)主路采用(71.8+104+71.8) m系桿拱連續(xù)梁。拱軸線采用二次拋物線，中孔跨度104 m，矢高20.8 m，矢跨比1/5，拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土截面，鋼管外徑0.8 m，拱肋全高2.4 m。兩榀拱肋中心距11.6 m，吊桿縱向間距6.0 m，中跨共設(shè)14對吊桿，每側(cè)14根。施工工序?yàn)橄攘汉蠊啊?/p>

(3)跨越青銀高速公路采用64 m簡支鋼桁梁。該梁采用現(xiàn)場臺后拼裝，而后采用高位拖拉法施工，最后高位落梁，落梁高度達(dá)到了2.3 m，施工控制困難，在同類施工中較為少見。

圖7　2-25.4 m鋼筋混凝土框構(gòu)(單位：cm)

(4)跨越S333省道采用2-25.4 m鋼筋混凝土框構(gòu)，該框構(gòu)位于野橋營南拒馬河特大橋中，即框構(gòu)兩側(cè)設(shè)橋臺過渡，然后與兩側(cè)橋梁相連。該結(jié)構(gòu)解決了增設(shè)徐水站線路縱斷面的控制要求，也解決了與S333省道的以39°小角度交叉問題，克服了框構(gòu)、橋臺、梁式橋相連處沉降控制的難題。本框構(gòu)為高速鐵路無砟軌道線路上應(yīng)用大跨度兼小角度、框構(gòu)連接一般梁式橋的形式。2-25.4 m鋼筋混凝土框構(gòu)見圖7。

3結(jié)語

京石客運(yùn)專線于2012年12月26日正式開通運(yùn)營以來，至今已經(jīng)有2年多的時間，全線運(yùn)營良好，橋渡設(shè)計(jì)滿足高速條件下的安全性、舒適性與穩(wěn)定性要求，滿足安全運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)維修的要求[4]，在已有高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)成果基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新及突破，希望京石客運(yùn)專線重點(diǎn)橋渡設(shè)計(jì)成果及經(jīng)驗(yàn)可為今后的中國高速鐵路建設(shè)提供技術(shù)支撐以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5]。

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The Summary of Important Bridge Design for Beijing-Shijiazhuang Passenger Dedicated RailwayNIU Yuan-zhi

(The Third Railway Survey & Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

Abstract：With reference to the design of bridges on Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated line, the focus is placed on the end thorn rigid frame, the Liu Xinzhuang rotating continuous beam, the Fifth Ring Road basket arch, the high pier large span rigid turnout beam and the high frame pier. A brief introduction is made to the four kinds of important pier design. The related results may provide references for future high-speed railway construction in China.

Key words：Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated railway; Important bridge; Design; Summary

中圖分類號：U238； U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.020

文章編號：1004-2954(2015)05-0090-04

作者簡介：牛遠(yuǎn)志(1974—)，男，高級工程師，1997年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：lsj203602@sina.com。

收稿日期：2014-02-27； 修回日期：2015-03-10