昌九城际铁路桥梁工程设计技术

王新国（中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063）

【关键词】客运专线；昌九城际铁路；桥梁；设计DesigntechnologyofbridgesengineeringinNanchan-Jiujianginter-cityrailway

WangXin-guo

(FourthSurveyandDesignInstituteofChinaRailwayGroupLtd.WuhanHubei430063)【Abstract】IntroducedNanchan-Jiujiangintercityrailroadbridgedesignsmaincharacteristic,includingalongtheroutenaturalcharacteristic,maintechnicalstandard,girderspancommonlyusedstructure,specialstructure,bridgepiermodellingaswellasimportantcontrolengineeringoverallsituation.

【Keywords】Passengerdedicatedline;Nanchan-Jiujiangintercityrailroad;Bridge;Design1.

概述昌九城际铁路位于江西省北部，线路自九江地区既有庐山站引出，沿京九铁路东侧而行，经德安、永修、乐化至南昌北站北端接上既有京九铁路，线路长度91.578Km（不含九江地区、南昌枢纽配套工程）。昌九城际铁路与武九线一起构成连接京广线、浙赣线的重要通道。本线的建设为京九线九江至南昌段提供了新的客运通道，使京九铁路最繁忙区段实现了客货分线，它除承担沿线客流外，主要承担大量的通过客流，对于释放京九铁路货运能力，解决南北通道能力不足，有着极其重要的作用和意义。全线桥梁长度总长为31.9Km，其中特大桥16座，长27102.57m，大桥18座共计4816.77m，桥梁长度占线路总长的34.9％。永修特大桥长为11.6Km，是全线最长桥梁，主跨128m为全线最大桥梁跨度。1.1沿线自然特征。线路穿越赣北滨湖平原漫滩、阶地、低丘、岗地及赣抚平原，大部分地段地势较平缓，水系发育，沟渠纵横，湖塘密布。区内主要河流有沙河、博阳河、杨柳津河、修水等，其中沙河水系注入八里湖，经控制闸流入长江；其余河流均注入鄱阳湖后汇入长江。修水为Ⅴ级航道，。杨柳津河为Ⅷ级航道，博阳河为Ⅵ-级航道。全线地处中亚热带湿润季风区，雨量充沛，光照充足，年平均气温为17℃，最高月平均气温为31.9℃，绝对最高气温41.7℃，极端最低气温-11.2℃。年平均降雨量为1430mm，集中在4～6月。主导风向以东北风为主，极值风速达25.1m/s。全线大地构造上属扬子准地台，南北两段地质构造特征有明显差异，大致以德安米粮铺为界：北段表层为粉质黏土、粉土，局部布有淤泥质黏土，总厚约5～13m，下部为中粗砂夹卵砾石，厚约3～13m；下伏基岩为第三系下统新余群泥质粉砂岩，局部夹砂砾岩，局部为志留系中上统粉砂岩、砂质页岩，全风化～弱风化。南段表层为粉质黏土、粉土，局部透镜体状淤泥质黏土，总厚约5～10m，下部为卵砾石层，厚约10～20m；下伏基岩为奥陶系中统白云质灰岩、寒武系中统泥质、炭质灰岩，元古界板溪群粉砂质板岩，第三系下统武宁群含砾砂岩、泥质粉砂岩，全风化～弱风化。地震动峰值加速度≤0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s。1.2主要技术标准。全线采用有砟轨道，一次铺设跨区间无缝线路；铁路等级为客运专线；正线数目为双线，线间距为4.6m；限制坡度为9‰，局部困难地段经检算可不大于12‰；速度目标值为200Km/h，预留发展条件；最小曲线半径一般为4000m，困难3500m，枢纽地区根据速度目标值选定；牵引种类为电力；机车类型为SS9,电力动车组；到发线有效长度为700m；闭塞类型为列车运行控制。桥梁设计活载为ZK活载；采用洪水频率桥梁为1/100，涵洞为1/100。

2.常规桥梁设计技术2.1孔跨布置原则(1)根据京沪高速铁路［1，2］及客运专线铁路［3］等项目的研究成果，常规跨度桥梁以采用32m简支箱梁最为经济合理。(2)桥涵孔径类型力求简化，除因跨越道路或河沟的需要外，常用跨度桥梁尽量按等跨布置，减少变跨桥梁，便于架桥机架梁。考虑到景观要求，在使用24m调整32m桥跨时，采用与32m等高箱梁的处理措施。(3)路桥分界高度除城镇以外的线路地段根据地质条件确定，一般应≤8.0m，以避免高桥台大锥体。(4)桥跨布置以不压缩河道为原则，根据桥涵水文情况合理确定桥涵孔径、基础类型及埋深。2.2梁部结构类型。梁部结构根据本线的设计活载，首此采用了并编制了时速250公里客运专线（城际铁路）简支箱梁（通桥［2008］2224）。2.3墩台与基础类型。根据城际铁路的项目特点，其桥墩高度一般均在20m以下，为简化施工，本线全线桥墩均采用实体墩。墩台设计着重考虑了与梁型的协调，在满足刚度的情况下，优化了桥墩尺寸，15m以下桥墩墩底纵向尺寸为2.2m，横向尺寸为6.0m，具有较好的经济性。同时对桥墩外形，亦根据建造美学原则，考虑了与环境的协调，造型采用了流线形花瓶形状，线条流畅美观，与梁部相互衬托，使本线桥梁具有独特的效果(图1、图2)。桥台也采用与梁型匹配的矩形空心桥台。桥墩基础在墩高15m以下一般选用8根1.0m的钻孔钻，可保证墩台和基础整体具有足够的纵横向刚度，可以满足高速行车的安全性和旅客乘坐的舒适度。桥台一般采用12根1.0m的钻孔钻。

3.连续梁设计技术3.1孔跨布置。当跨越道路采用常用跨度简支梁不能满足跨越要求时，采用多种常用跨度连续梁，包括（40+64+40）m，（40+64+64+40）m，（48+80+48）m，施工方案为挂篮悬浇施工方案。本线连续梁外形轮廓为了与简支梁跨相适应，选用了与简支梁外形一致的大园弧大斜腹板外形。(1)40+64+40m、40+64+64+40m连续梁设计。梁部为预应力混凝土连续箱梁，采用三向预应力体系。箱梁横截面为单箱单室斜腹板；跨中处梁高为2.8m，中支点处梁高5.2m，梁底按圆曲线变化；箱梁顶宽13.0m，中支点处箱梁底宽5.54m，边支点处箱梁底宽6.50m，顶板厚34cm，腹板厚分别为50cm、70cm，中支点处加厚到90cm和110cm，底板厚由跨中的44cm变化至中支点梁根部的100cm，中支点处加厚到125cm。其截面尺寸见图3。(2)48+80+48m连续梁设计。梁部为预应力混凝土连续箱梁，采用三向预应力体系。箱梁横截面为单箱单室斜腹板；跨中处梁高为3.8m，中支点处梁高6.2m，梁底按圆曲线变化；箱梁顶宽13.0m，中支点处箱梁底宽5.14m，边支点处箱梁底宽6.10m，顶板厚37cm，腹板厚分别为45cm、80cm，中支点处加厚到90cm和110cm，底板厚由跨中的45cm变化至中支点梁根部的85cm，中支点处加厚到150cm。其截面尺寸见图4。3.3连续梁桥墩及基础类型。为了尽量减少连续梁桥墩对河道及交通的影响，在满足结构受力要求的前提下，优化了桥墩尺寸，桥墩墩底纵向尺寸为3.8m，横向尺寸为7.0m，造型亦采用了流线花瓶形圆端实体墩。桥墩基础均采用了桩基础，64m跨主墩采用9根1.5m的钻孔钻，80m跨主墩采用6根2.0m的钻孔钻，边墩均采用8根1.25m的钻孔钻。

4.主跨32+128+32m等高连续梁钢箱拱肋刚架系杆拱桥设计4.1桥式方案。永修特大桥在跨越修水河时，受通航及线路标高控制，在铁路上首次采用了主跨32+128+32m等高连续梁钢箱拱肋刚架系杆拱桥方案，在主梁高度仅为2.5m的情况下，满足了高速行车的要求，主桥效果图见图5。图632+128+32m刚架系杆拱桥效果图4.2主桥结构体系。主桥采用32+128+32m刚架系杆拱桥，刚架拱桥是拱墩固结、梁墩分离、以拱受力为主、梁仅承受节间荷载和提供桥面系的结构体系，梁节间的荷载通过吊杆传递至拱肋，转化为拱肋内的轴向力，拱脚轴向力竖直分量荷载由桥墩传递至基础，水平分量荷载由桥墩间张拉的系杆力平衡。4.3主梁构造。主梁梁长193.0m，采用等高单箱双室截面形式，截面中心梁高为2.5m，外侧梁高为2.7m。边跨主梁桥面梁宽为13.0m，主跨跨中桥面梁宽为17.0m，底板宽8.0m，跨中顶板厚30cm、底板厚28cm，腹板厚35cm，支点截面顶板厚64cm、底板厚80cm，腹板厚70cm，腹板斜率按1：2，边支座及中支座处分别设1.5m及2.5m的横隔梁。箱形截面顶板主跨处两侧悬臂板的长度4.5m，边跨处两侧悬臂板的长度2.5m。截面如图6。4.4主拱拱肋。主拱拱肋采用等截面钢箱双肋平行拱结构，拱肋中心距为15.6m，拱肋计算跨度为128m，拱肋计算矢高为32.0m，矢跨比为1/4，拱肋轴线采用二次抛物线。钢箱拱肋截面高3500mm，宽1200mm，顶、底板厚度由跨中的20mm分段变厚至拱脚根部的32mm，腹板厚度由跨中的20mm分段变厚至拱脚根部的24mm。顶、底板及腹板均设置纵向加劲肋，加劲肋高200mm，厚20mm。钢箱拱肋内设置板厚为20mm的横隔板，横隔板间距不大于3000mm。

半边跨半主跨主梁截面（mm）拱座为变截面钢筋混凝土实心截面，钢箱拱肋与拱座混凝土交接面处设置厚度为50mm的承压板，顺着钢箱拱肋的顶、底、腹板增设加劲肋，并通过32mm的预应力螺纹钢筋的预应力使钢拱肋与混凝土紧密连接，预应力螺纹钢筋上端锚固于承压板上钢箱拱肋的锚板处，其下锚锚固于拱座混凝土处的预埋锚板处。在承压板下，连接有预埋钢板与钢箱拱肋的顶、第、腹板及加劲肋板对应，预埋钢板上端设置有60mm的园孔，内设25mm的普通钢筋穿过，形成PBL连接方式，预埋钢板下端设置有长园形孔，方便混凝土浇筑。在承压板上方至钢箱拱肋锚板内，亦灌注C50混凝土。4.5拱肋横撑。根据横向稳定的需要，两钢箱拱肋之间设置了2道“K”字端横撑，4道“一”字横撑。横撑截面采用钢箱截面，截面高2.0m，宽1.0m，截面壁厚均为16mm钢板，设置有纵向加劲肋及横隔板。4.6吊杆主桥设14对吊杆，顺桥向吊点中心距为8.0m，每点吊杆为双吊杆，其中心距为50cm，吊杆钢索采用挤包双层大节距扭绞型拉索，每根吊杆钢索分别由55～127根7mm的镀锌高强度低松弛预应力钢丝组成，钢丝的标准强度fpk＝1670MPa。4.7系杆。本桥选用可换索式钢绞线系杆，每根系杆由53根j15.24mm镀锌涂油外包PE钢绞线，其抗拉标准强度fpk=1770MPa。索体为多层防护下半黏结PE钢绞线,具有优良的防腐性能，可以避免PE/PE间的摩擦损伤。系杆张拉需采用单根张拉、整体调索工艺，并配以电子传感器和电脑精确控制索力。施工工艺应完全可逆，以确保以后单根钢绞线换索及检查。系杆索共8根，单侧4根分两层布置，单层2根，间距为0.8m。4.8主墩。主墩采用双柱式门形刚构墩，由矩形墩柱和矩形横梁组成。墩柱截面的纵向长度为5.0m，横向宽度为3.2m；矩形横梁的宽度为4.5m，中心高度为3.0m。墩柱横梁上方及横梁为预应力混凝土结构，采用C50混凝土。墩柱下方为钢筋混凝土结构。主桥的梁部支承在桥墩横梁上，横梁内设фj15.2mm钢绞线，两端张拉。4.9主墩基础。根据地质条件，主墩采用钻孔桩基础、分离式承台，每个墩柱设一个13.0×11.4×4.0m的承台，两承台用系梁连接，系梁尺寸为4.5×3.2×4.0m。每个承台下设8根ф1.8m钢筋混凝土钻孔桩，梅花形布置。

5.昌九城际铁路桥梁工程主要设计特点昌九城际铁路桥梁在设计过程中，借鉴国内客运专线铁路及城际铁路的设计、施工的成熟经验，在满足规范、规定、标准及技术条件的前提下，对桥梁工程进行了创新设计，有着明显的特点，具体体现如下：(1)首次采用了新型城际简支箱梁，并配以流线型园端形桥墩，不仅整体外型优美，而且工程造价低。(2)首次采用了与新型简支箱梁外形相适应的连续梁结构，整体外形和谐统一。(3)首次在铁路上采用了等高度连续梁钢箱拱肋刚架系杆拱结构，在梁高较小的情况下，满足了高速行车要求。(4)注重桥梁附属结构设计，采用预制电缆槽、盖板、钢筋混凝土栏杆等构造措施，进一步简化施工、降低造价。

6.结语昌九城际铁路桥梁设计贯彻了铁路建设的新理念，在吸取已建和在建客运专线的成功经验的基础上，创新采用了一些结构新颖、外形优美的桥梁结构，解决了本线工程建设中的实际问题，又具有一定的景观效应。随着昌九城际铁路的顺利建成通车，本线的桥梁设计技术必将为城际铁路建设提供新的成功经验和技术积累。

参考文献

［1］文望青客运专线桥梁设计的思考［J］铁道标准设计，2005(11)

［2］许三平等京沪高速铁路徐州至上海段桥梁设计［J］铁道勘测与设计2008(5)

［3］孙树礼等京津城际铁路无砟轨道桥梁设计［J］中国工程科学，2009(1)

［文章编号］1006-7619（2009）07-14-556

［作者简介］王新国（1972.03～），男，中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处处副总工程师，高级工程师，1993年毕业于西南交通大学土建结构工程专业，工学学士。