長昆高速鐵路貴州、云南段橋梁設計

何庭國 徐 勇 曾 焰 許智焰

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

長昆高速鐵路貴州、云南段橋梁設計

何庭國 徐 勇 曾 焰 許智焰

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

長沙至昆明高速鐵路穿行于云貴高原，多次跨越河流、水庫和深谷。高原山區(qū)通道資源有限，高速鐵路與既有普通鐵路、公路、石油管線等在多個地段選擇同一通道，相互交叉時，高速鐵路多以橋梁上跨通過。在山區(qū)常常出現(xiàn)地面設站困難，而將車站設于橋上。同時本線還穿過9度地震區(qū)，橋梁抗震設計需要特殊考慮。橋梁結構設計時充分考慮了上述諸多因素的影響，結合橋梁的功能需求、橋梁所處環(huán)境、橋址地形和地質條件，研究設計了多種經(jīng)濟、合理的結構形式，取得了良好的經(jīng)濟和社會效果。本文對長昆高速鐵路貴州、云南段橋梁設計進行了總結，介紹了橋梁結構的多樣化設計，希望對類似工程設計有所啟示。

高速鐵路； 長昆鐵路； 橋梁設計； 多樣化

長沙至昆明高速鐵路穿越云貴高原時，由于高原地形變化劇烈，起伏大，而高速鐵路曲線半徑很大，對地形的適應性較差，線路多次跨越深大峽谷，如跨越清水河、壩陵河、北盤江、岔河等，因此出現(xiàn)了大量的高墩大跨橋梁。同時，在與長昆高速鐵路同一通道內(nèi)有既有鐵路、高速公路、油氣管線等大量既有工程，因此高速鐵路也多次跨越既有鐵路、高速公路、油氣管線以及眾多規(guī)劃道路。云貴高原為典型喀斯特地貌，地表洼地、漏斗較多，橋梁墩臺為了躲避這些不良地質，也常采用調整跨度的辦法。本線與貴陽鐵路樞紐東北環(huán)線小角度交叉，上跨東北環(huán)線南明河特大橋，交叉處兩線共用一個橋墩。本線壁板坡隧道采用單線隧道分修，前后引線橋梁為單線橋梁，需滿足高速鐵路運行安全、平穩(wěn)的要求。山區(qū)地面設站條件有限，有時不得不將車站設于橋上，本線也出現(xiàn)了大量的車站多線橋梁。線路還穿越9度地震區(qū)，橋梁抗震設計需要特殊考慮。以上諸多因素導致本段高速鐵路橋梁設計難度增大，為滿足各種需求，橋梁結構形式呈現(xiàn)多樣化，而且為適應地形和立交的需要，設計還研究采用了一些異形的橋墩結構形式。

1 簡支梁橋

1.1 高墩簡支梁橋

云貴高原山嶺與平壩相間出現(xiàn)，線路在跨越山頭后地勢突然陡降，兩山之間多以橋梁通過，往往出現(xiàn)高橋。經(jīng)技術經(jīng)濟比較，墩高在60 m以下一般采用32 m簡支梁橋通過，更高的橋梁通常以多跨連續(xù)梁或連續(xù)剛構通過。高墩簡支梁橋的橋墩剛度決定了行車的安全和舒適性，但其橫向剛度規(guī)范沒有明確的規(guī)定，為此，開展了“高速鐵路橋墩橫向靜力剛度對行車性能的影響”專題研究，提出了不同墩高的橫向靜力剛度指標建議值[4]，以指導設計。圖1為一典型高墩簡支梁橋布置圖。

1.2 大跨度簡支梁橋

為了避免在陡坡上設墩，部分跨U形谷橋首孔或末孔采用40 m跨度簡支梁跨越。圖2為一跨40 m簡支梁與一聯(lián)連續(xù)梁跨越U形峽谷布置圖，40 m簡支梁特殊設計，現(xiàn)澆施工。

圖1 典型高墩簡支梁橋布置圖(m)

圖2 大跨度簡支梁布置圖(m)

1.3 單線簡支梁橋

長昆高速鐵路壁板坡隧道采用單線隧道分修，其前后引線橋梁為單線橋梁。為了滿足高速鐵路運行安全、平穩(wěn)的要求，對單線橋梁設計進行了專題研究。單線梁為特殊設計，比較了結合梁、混凝土箱梁方案，采用混凝土箱梁方案。通過實橋的車橋耦合動力分析，驗證了行車的安全性和舒適性，穩(wěn)定了墩、梁結構尺寸。單線橋墩高在20 m以內(nèi)，為統(tǒng)一模板，采用圓端形直坡實體墩。

2 連續(xù)結構橋

因跨越河流、水庫、峽谷、道路、高速公路、鐵路、油氣管線以及山間U型深槽等，長昆高速鐵路云南、貴州段共設計采用了70余聯(lián)預應力混凝土連續(xù)梁或連續(xù)剛構，主跨跨度從48 m到168 m。

跨越清水河和巖寨水庫都采用(72+128+72)m預應力混凝土連續(xù)梁。圖3為巖寨水庫大橋布置圖，深水基礎采用高承臺樁基礎設計，吊箱圍堰施工。

跨越高速公路的姚官屯特大橋采用了(42+128+42)m的拱加勁連續(xù)梁橋，如圖4所示?？缭経型寬谷的下莊特大橋采用(40+4×64+40)m連續(xù)梁、小寨坡特大橋采用(40+3×64+40)m連續(xù)梁、小巖頭特大橋采用(48+3×80+48)m剛構-連續(xù)梁。圖5為下莊特大橋布置圖。

圖3 巖寨水庫大橋布置圖(m)

圖4 拱加勁連續(xù)梁橋跨越高速公路(m)

跨越深大峽谷壩陵河和岔河時比較了人字墩的雙主跨連續(xù)梁橋式和單主跨連續(xù)剛構橋式方案，采用了施工方便、工藝成熟的連續(xù)剛構橋式。岔河橋(88+168+88)m 連續(xù)剛構方案如圖6所示。

跨越既有鐵路的4座連續(xù)梁橋為沾益特大橋(72+128+72)m、白水特大橋(56+100+56)m、張家田特大橋(60+100+60)m和鄧家山村大橋(40+56+40)m。為避免連續(xù)梁懸灌施工對鐵路運營的干擾，采用在鐵路旁懸灌后再平轉就位的轉體施工方法[8]，圖7為白水特大橋轉體施工示意圖。

圖5 U型深谷典型連續(xù)梁橋布置圖(m)

圖6 岔河特大橋(88+168+88)m連續(xù)梁剛構布置圖(m)

3 道岔連續(xù)梁橋及車站高架橋

3.1 小跨度多跨連續(xù)梁

車站中兩正線間設置渡線時，采用6×32 m等高連續(xù)梁，長昆線有多處此種標準渡線上橋，設計了6×32 m連續(xù)梁通用圖。

圖7 白水特大橋轉體施工(m)

3.2 車站高架橋

長昆高速鐵路貴州、云南段受地形條件限制，部分站場選址困難，有多座車站設于橋上。普安車站設于虎跳河特大橋上，是一座典型的車站高架橋，且橋墩較高，地形橫坡陡峭，結構最為復雜。該橋上設2條正線，2條到發(fā)線，并且從一側到發(fā)線上再引出2條段管線、1條安全線，避開段管線和安全線后，在到發(fā)線兩側各設9 m寬站臺。全橋共采用10種梁型(含站臺梁)，除正線采用標準雙線箱梁外，其他均為特殊設計的變寬梁、單線梁、超寬梁等，虎跳河高架橋梁片布置如圖8所示。站臺區(qū)正線梁、到發(fā)線梁、站臺梁共用門式剛架墩，典型剛架墩構造如圖9所示。道岔區(qū)變寬連續(xù)梁與段管線、安全線梁也共用門式墩。而進站端正線與段管線間距較大，墩、梁均為分修。

圖8 普安車站虎跳河高架橋梁片布置(站臺區(qū)僅示局部)

圖9 普安車站虎跳河高架橋典型剛架墩構造

4 大跨度拱橋

跨越北盤江峽谷線位較高，比較了鋼桁梁懸索橋、鋼桁梁斜拉橋、鋼桁拱橋和鋼筋混凝土拱橋，最終采用了剛度大、經(jīng)濟性好的445 m跨度上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱橋,為世界上最大跨度的鋼筋混凝土拱橋，北盤江特大橋布置如圖10所示。

圖10 北盤江特大橋布置圖(m)

骨架采用鋼管桁架拱，由8根鋼管組成4片桁，再連接成拱橋骨架。鋼管桁架拱采用纜索吊裝、斜拉扣掛法懸拼施工。骨架成拱后灌注鋼管內(nèi)混凝土，然后依托骨架并在斜拉扣、背索輔助下澆筑拱圈兩邊箱室，最后澆筑中箱頂、底板形成拱圈全斷面。拱圈斷面混凝土澆筑順序如圖11所示。

圖11 拱圈骨架施工及拱圈混凝土澆筑順序

5 9度地震區(qū)及跨越油氣管線橋梁設計

5.1 9度地震區(qū)橋梁設計

長昆高速鐵路從云南小江斷裂帶附近通過，地震烈度為9度，橋梁設計遵循如下原則：

(1)橋位選擇在地基穩(wěn)固的地段；

(2)控制橋高，避免出現(xiàn)高墩大跨橋梁；

(3)采用小跨梁等跨布置。

全線9度地震區(qū)的橋梁總長約9 km，在選線設計時進行了橋高控制，最大橋高控制在30 m以內(nèi)，大多數(shù)墩高在20 m以內(nèi)。

對20 m、24 m、32 m梁跨進行了抗震分析和技術經(jīng)濟比較，采用了24 m預應力混凝土簡支箱梁，各橋全部等跨布置，同時配合摩擦擺隔震支座使用。

因部頒標準梁不適用于9度地震區(qū)，特別設計了9度地震區(qū)24 m后張法預應力混凝土簡支箱梁。梁長24.55 m，支點跨徑23.3 m，并將梁縫由10 cm加大到15 cm以適應摩擦擺支座的活動需要。

結合9度地震區(qū)24 m簡支箱梁的設計，開展了適用于高烈度地震區(qū)的三向限位措施研究[6]。采用了縱、橫向防落梁擋塊配合球鉸式豎向限位器的防落梁體系。

5.2 跨越石油管線橋梁設計

石油部門要求結構物邊緣距離輸油管道的水平距離不得小于5 m，且還需滿足檢修空間的要求。施工方案應報相關部門審批后方可實施。

當管道穿越長昆高速鐵路路基地段時，一般采用門式剛架橋的形式，如圖12所示。

石油管道下穿鐵路橋梁時，通常采用簡支梁跨越。當橋梁與輸油管道交角很小時，常用跨度的簡支梁橋難以跨越，這時可在交叉處設門式橋墩，仍采用簡支梁橋型，如圖13所示。剛架墩橫梁跨度需滿足基礎最外緣距油管安全距離不小于5 m的要求。剛架墩墩高較小時，為避免墩柱出現(xiàn)過大溫度力，將一側墩柱釋放水平約束，在墩頂設支座。

圖12 路基填方段油管剛架橋(m)

6 異形橋墩設計

6.1 倒錐形八角墩

線路在凱里附近斜跨規(guī)劃的城市主干道，橋墩設于分隔帶和綠化帶中，受分隔帶、綠化帶的制約，墩身尺寸需盡量縮小，但墩頂部分又需要較大尺寸來支撐上部結構。同時從景觀效果考慮，經(jīng)比較研究，采用了正八邊形的橋墩。墩底內(nèi)切圓直徑2.2 m，為了支撐上部結構，墩身上段約5.5 m逐漸向上擴大，形成倒錐形結構，如圖14所示。

圖14 八邊形倒錐體橋墩(m)

圖16 上下層鐵路交叉平面關系

6.2 縱向懸臂頂帽橋墩

在另一跨越規(guī)劃道路的工程中，原設計鐵路橋墩設于道路中央分隔帶內(nèi)。鐵路與道路在同一時段施工，但道路實施時線位偏離原規(guī)劃位置約3 m。為了避免將鐵路橋墩設在行車道上，鐵路橋墩改變設計，采用了橋墩頂帽偏離墩中心的懸臂式頂帽設計，支承中心偏離墩中心2.15 m，如圖15所示。

圖15 懸臂式頂帽橋墩(m)

6.3 雙層鐵路剛架橋墩

長昆高速鐵路與貴陽鐵路樞紐東北環(huán)線小角度交叉，上跨東北環(huán)線南明河特大橋，設長昆高速鐵路石頭寨特大橋。在交叉處，下層南明河特大橋采用32 m簡支梁，上層石頭寨特大橋采用(40+2×64 m+40)m連續(xù)梁跨過，上下層橋梁平面關系如圖16所示。兩橋在交叉點共用一個橋墩，采用門式剛架墩，梁部分別架設在上下兩層橫梁上。橋墩構造如圖17所示。

7 結束語

本文對長昆高速鐵路貴州、云南段橋梁設計進行了總結，介紹了橋梁結構按照功能需要、地形和環(huán)境條件因地制宜進行的多樣性設計，全段橋梁設計經(jīng)濟、合理，取得了良好的經(jīng)濟和社會效果，希望可為類似工程提供借鑒。

圖17 雙層鐵路橋墩構造圖(m)

[1] TB 10621-2014 高速鐵路設計規(guī)范[S]. TB 10621-2014 Code for design of High Speed Railway [S].

[2] TB 10002.1-2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S]. TB 10002.1-2005 Fundamental code for design on railway bridge and culvert[S].

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[4] 何庭國，李永樂，曾焰. 高速鐵路橋墩橫向靜力剛度對行車性能的影響研究[J].高速鐵路技術，2010(S1)：25-30. HE Tingguo,LI Yongle,ZENG Yan. Influence of Pier Lateral Static Force Rigidity on Tran Operation on High Speed Railway[J].High Speed Railway Tecnology,2010 (S1):25-30.

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Bridge Design of Guizhou & Yunnan Section in Changsha-Kunming High Speed Railway

HE Tingguo XU Yong ZENG Yan XU Zhiyan

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.，Chengdu 610031，China)

ChangSha-KunMing high-speed railway runs through Yunnan-Guizhou Plateau, crosses rivers, reservoirs and ravine many times. The channel resources of plateau mountain area are limited, ordinary railway, high-speed railway, highway and oil pipeline select the same channel. Usually high-speed railways overpass other lines while they intersect. In the mountains it is often difficult to set up ground stations and the station will be located at the bridge. The line also goes through 9 degree earthquake zone, bridge seismic design needs special consideration. Impact of the above factors is fully taken into account when designing bridges. Combined with the functional requirements of the bridge, the environment, topography and geological conditions of bridge site, a variety of economic and reasonable bridge structures are researched and designed, good economic and social effects are achieved. In this paper, bridge design of Guizhou & Yunnan Section of Changsha-Kunming high speed railway has been summarized , diversity design of the bridge structure is introduced, it is hoped to have implications for similar projects.

high-speed railway; Changsha-Kunming Railway; bridge design; diversity

2016-02-06

何庭國(1971-)，男，教授級高級工程師。

1674—8247(2016)05—0084—07

U442.5

A