嘉善至西塘市域鐵路工程上跨紅旗塘航道橋型方案比選

錢(qián)震 呂晨 陳小剛

摘要 跨紅旗塘航道大橋是嘉善至西塘市域鐵路控制性工程。文章綜合考慮地形、航道、水利等因素，提出（90+160+

90）m連續(xù)剛構(gòu)橋、（74.75+160+74.75）m連續(xù)梁拱橋兩個(gè)方案，并從橋梁的結(jié)構(gòu)性能、對(duì)總體的影響、工程經(jīng)濟(jì)性及施工工期等方面進(jìn)行比較。結(jié)果表明：連續(xù)剛構(gòu)橋、連續(xù)梁拱橋兩個(gè)方案在受力方面均能滿足相應(yīng)規(guī)范要求，連續(xù)剛構(gòu)橋后期易產(chǎn)生跨中下?lián)线^(guò)大等問(wèn)題，且為滿足連續(xù)剛構(gòu)的受力要求，相比連續(xù)梁拱橋方案需將設(shè)計(jì)軌面標(biāo)高提高約7.6 m；在工程經(jīng)濟(jì)性及工期方面連續(xù)梁拱橋方案不占優(yōu)勢(shì)，但是連續(xù)梁拱橋方案軌面線形更加平順，行車(chē)條件更好，故推薦跨紅旗塘梁大橋采用（74.75+160+74.75）m連續(xù)梁拱橋方案。

關(guān)鍵詞 連續(xù)剛構(gòu)橋；連續(xù)梁拱橋；橋型方案；方案比選

中圖分類(lèi)號(hào) U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0122-03

0 引言

近幾年來(lái)，都市圈城際鐵路及市域（郊）鐵路發(fā)展較快，其主要功能是連接都市圈中心城市城區(qū)和周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)，為通勤客流提供快速度、大運(yùn)量、公交化運(yùn)輸服務(wù)。市域（郊）鐵路選線受制于既有通道、城市規(guī)劃布局等因素的影響，線路選擇具有唯一性，如何在條件受制的情況下合理地選擇建設(shè)方案是設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注的重點(diǎn)。

1 工程概況

嘉善至西塘市域鐵路項(xiàng)目是長(zhǎng)三角地區(qū)首條跨兩省一市的快速鐵路，起于嘉興至楓南市域鐵路嘉善站，止于太浦河浙滬省界，線路全長(zhǎng)20.4 km，共設(shè)中新產(chǎn)業(yè)園、姚莊、西塘、祥符蕩4座高架站。

跨紅旗塘航道大橋位于姚莊站～西塘站區(qū)間，線間距4～4.5 m，線路與紅旗塘航道夾角為72 °，紅旗塘為現(xiàn)狀Ⅳ級(jí)航道、規(guī)劃Ⅲ級(jí)航道（杭申線航道），最小通航凈高要求7 m，最小通航凈寬要求60 m，最高通航水位為1.76 m，南側(cè)堤后有3 m寬防汛通道，北側(cè)堤后有6 m寬省級(jí)步道。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為市域郊鐵路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度160 km/h，活載等級(jí)為ZS荷載，采用雙塊式無(wú)砟軌道。橋址處抗震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度0.125 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅲ類(lèi)。

3 橋型方案

根據(jù)港航及水利相關(guān)部門(mén)的要求，橋跨應(yīng)采用一跨跨越紅旗塘河道?？紤]對(duì)堤岸的保護(hù)和確保防洪通道、省級(jí)步道的設(shè)置，擬定橋梁主跨為160 m，平面位置示意圖見(jiàn)圖1。該項(xiàng)目軌道為無(wú)縫線路軌道，需要考慮橋梁溫度跨度對(duì)軌道的影響。依據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，將不設(shè)伸縮調(diào)節(jié)器的溫度跨度限定在一個(gè)范圍內(nèi)（一般為200 m左右，考慮氣候條件有差異），且目前軌道伸縮調(diào)節(jié)器只能設(shè)置在直線上[1]。

圖1 項(xiàng)目平面位置示意圖

該文提出連續(xù)剛構(gòu)橋和連續(xù)梁拱橋兩種方案，對(duì)兩種方案的總體布置、橋梁結(jié)構(gòu)等要點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)性能、建設(shè)規(guī)模、對(duì)總體的影響等方面進(jìn)行比較，確定最優(yōu)方案。

3.1 方案一：連續(xù)剛構(gòu)橋

相比較連續(xù)梁拱橋來(lái)說(shuō)，連續(xù)剛構(gòu)橋具有整體受力性能好，順橋向、橫橋向抗彎剛度大，無(wú)須設(shè)置支座等優(yōu)點(diǎn)。連續(xù)剛構(gòu)橋在無(wú)縫線路設(shè)計(jì)檢算中的溫度跨度變形零點(diǎn)近似等于橋梁梁跨的中心點(diǎn)，即連續(xù)剛構(gòu)橋的溫度跨度為總梁長(zhǎng)的一半[2]。

該方案采用（90+160+90）m連續(xù)剛構(gòu)橋，梁體混凝土采用C55混凝土，軌面控制標(biāo)高由橋墩受力控制，中墩橋墩高度為15 m。中墩處梁高為10.8 m，邊支點(diǎn)及跨中梁高為5.8 m，采用2次拋物線變化。中墩采用雙支薄壁墩，與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)，結(jié)構(gòu)尺寸為2.5 m×8 m（順橋向×橫橋向），雙支薄壁墩中心線間距為6 m，承臺(tái)尺寸為18.2 m×28.2 m（順橋向×橫橋向），高度為4 m，樁基采用24根φ2 m鉆孔灌注樁，橋型圖詳見(jiàn)圖2。

3.2 方案二：連續(xù)梁拱橋

該方案采用（74.75+160+74.75）m連續(xù)梁拱橋。梁體混凝土采用C55混凝土，拱肋及橫撐采用Q345qD鋼，吊桿采用PES（FD）5-55型低應(yīng)力防腐拉索，主梁中支點(diǎn)截面梁高9 m，跨中及邊支點(diǎn)梁高4.5 m，鋼管拱計(jì)算跨度160 m，矢高32 m。在靠近西塘側(cè)中墩位置處設(shè)置固定支座，橋型圖見(jiàn)圖3。

4 橋型方案比選

綜合比較以上兩個(gè)方案，對(duì)受力性能、對(duì)總體方案影響、工程經(jīng)濟(jì)性及施工難度等因素進(jìn)行分析。

4.1 受力性能

該文采用Midas Civil建立兩個(gè)方案的整體模型進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算模型見(jiàn)圖4，其中二期恒載曲線段為120.6 kN/m，直線段為107.8 kN/m。

4.1.1 連續(xù)剛構(gòu)橋

主梁、橋墩采用梁?jiǎn)卧M，主墩下部群樁基礎(chǔ)采用承臺(tái)底彈性支承進(jìn)行模擬，連續(xù)剛構(gòu)橋主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

梁部位移、梁端及工后徐變轉(zhuǎn)角等梁體變形均滿足規(guī)范要求，橋梁溫度跨度為170 m，無(wú)須設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

4.1.2 連續(xù)梁拱橋

主梁采用梁?jiǎn)卧M，施工方法為先梁后拱，梁部的主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

拱肋的主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

吊桿最大索力為540 kN，斷索力1 803 kN，安全系數(shù)為3.34，滿足規(guī)范要求。橋梁溫度跨為234.75 m，需在小里程側(cè)設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，滿足無(wú)縫軌道的受力要求。

根據(jù)上述計(jì)算，兩個(gè)方案均可行，結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求?？紤]大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋在后期梁體的徐變及撓度難以控制，且會(huì)對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)存在一定的安全隱患[3]，因此連續(xù)梁拱橋方案比較適合該項(xiàng)目。

4.2 對(duì)總體方案的影響

為滿足連續(xù)剛構(gòu)橋受力，選取合適的墩高及橋墩尺寸是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[2]，根據(jù)前期計(jì)算，連續(xù)剛構(gòu)橋橋墩高度在15 m左右受力較為合適，因此該項(xiàng)目總體線位主要受到剛構(gòu)橋墩高的影響，中墩處軌面標(biāo)高為28.125 m。連續(xù)梁拱橋縱斷面設(shè)置主要受杭申線航道的影響，中墩處軌面標(biāo)高為20.533 m。

4.3 工程經(jīng)濟(jì)性及施工工期

分別對(duì)兩個(gè)方案影響范圍內(nèi)的區(qū)間進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，采用連續(xù)梁拱方案總投資需增加約800萬(wàn)元，連續(xù)剛構(gòu)方案工程經(jīng)濟(jì)性更好；連續(xù)剛構(gòu)方案和連續(xù)梁拱方案都為常規(guī)結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工的同類(lèi)橋梁較多，無(wú)特殊技術(shù)難度，兩個(gè)方案主體結(jié)構(gòu)的工期分別為16個(gè)月和18個(gè)月，連續(xù)剛構(gòu)方案施工難度和工期相對(duì)可控。

綜上所述，結(jié)合多方面因素的分析，盡管（74.75+160+74.75）m連續(xù)梁拱方案投資增加約800萬(wàn)元，但是軌面線形更加平順，行車(chē)條件更好，故推薦跨紅旗塘梁部改為采用（74.75+160+74.75）m連續(xù)梁拱方案。

5 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)航道、地形、地質(zhì)等建設(shè)條件綜合考慮，提出了連續(xù)剛構(gòu)和連續(xù)梁拱橋兩個(gè)橋型方案。經(jīng)過(guò)受力分析、對(duì)總體的影響、工程經(jīng)濟(jì)性、施工難易度與工期的比選，最終推薦采用連續(xù)梁拱橋方案。在整個(gè)方案的比選中，需要考慮多方面的因素，同時(shí)要抓住主要矛盾，從痛點(diǎn)入手，如此方可得出最優(yōu)方案。

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