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        鄭西客??瓦\(yùn)北環(huán)線咸陽渭河特大橋設(shè)計(jì)

        2015-03-13 08:44:44錢楓
        鐵道建筑 2015年9期
        關(guān)鍵詞:咸陽渭河調(diào)節(jié)器

        錢楓

        (中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710043)

        鄭西客??瓦\(yùn)北環(huán)線咸陽渭河特大橋設(shè)計(jì)

        錢楓

        (中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710043)

        鄭西客??瓦\(yùn)北環(huán)線渭河主橋?yàn)槎嗦?lián)主跨達(dá)120 m的連續(xù)梁。橋位屬八度地震區(qū),橋梁須設(shè)置減震措施以解決高烈度地震區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)難題;渭河主橋位于半徑3 500 m的曲線上,而橋上無縫線路必須設(shè)置軌溫調(diào)節(jié)裝置,這是國內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器,技術(shù)要求復(fù)雜,難度大。本文主要介紹設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮并解決上述設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

        高烈度地震區(qū) 高速鐵路 減震榫 曲線橋梁 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器

        1 工程概況

        鄭西客??瓦\(yùn)北環(huán)線咸陽渭河特大橋東起鄭西客專西安北站,西至鄭西客專咸陽西站。咸陽渭河特大橋橋梁全長22.16 km,包括544孔32 m,46孔24 m,4孔40 m,5孔44 m簡支梁,以及(32+48+32)m,(40+64+40)m,(75+120+75)m,(75+120+120+ 75)m,(54+90+54)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁及多種跨度連續(xù)剛構(gòu)等多處特殊橋跨結(jié)構(gòu);下部結(jié)構(gòu)以圓端形實(shí)體墩為主,矩形空心橋臺(tái),鉆孔灌注樁基礎(chǔ)??偼顿Y12.5億。

        2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

        1)防洪評價(jià)影響橋梁設(shè)計(jì)因素

        本橋跨越渭河河道,處于渭河防洪敏感區(qū),既有隴海鐵路三線橋橋長僅為渭河河道寬的一半,并且由于線位條件控制橋梁水流斜交角度達(dá)45°,防洪條件困難。黃河水利委員會(huì)專家在2006年5月27日的咨詢審查意見中提出:“咸陽大橋?qū)Ψ篮橛绊懹葹閲?yán)重,應(yīng)采取超常規(guī)措施,對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),最大限度地增大橋孔跨度,盡最大努力減少對防洪的影響?!苯?jīng)過多次咨詢論證,黃河水利委員會(huì)在防洪評價(jià)報(bào)告審查會(huì)上形成了書面審查意見,最終同意采用(75+120 +75)m連續(xù)梁+(75+2×120+75)m連續(xù)梁+ (75+2×120+75)m連續(xù)梁 +(75+120+75)m連續(xù)梁跨越渭河河道。主跨120 m連續(xù)梁為全線跨度最大的特殊結(jié)構(gòu),體量大、聯(lián)長長,設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜。

        2)高烈度地震區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)

        咸陽渭河特大橋位于地震動(dòng)峰值加速度0.185g的八度地震區(qū),而高速鐵路客運(yùn)專線橋梁由于橋梁剛度要求高導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體量較大,地震力往往控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),尤其是跨渭河主橋采用的(75+120+120+75)m連續(xù)梁,一聯(lián)梁部混凝土圬工量7 712 m3,質(zhì)量近2萬t,普通的32 m簡支梁的質(zhì)量也超過900 t,地震力工況下的橋梁下部結(jié)構(gòu)及支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)困難。

        3)3 500 m半徑曲線橋上設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器

        咸陽渭河特大橋渭河主橋最大溫度跨達(dá)195 m,且橋梁位于3 500 m的小半徑曲線上,為滿足無縫線路長鋼軌應(yīng)力設(shè)計(jì)要求,必須設(shè)置溫度調(diào)節(jié)裝置。這是國內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器,技術(shù)要求復(fù)雜,難度大。

        3 主要技術(shù)水平及創(chuàng)新點(diǎn)

        1)跨越渭河跨度的選擇

        根據(jù)防洪評價(jià)要求,在渭河河堤迎水面、河堤及背水坡坡面上均不得設(shè)置橋墩,且橋下凈高需滿足堤頂通行道路的要求。

        采用主跨120 m的多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)跨越渭河河道滿足了水利部門關(guān)于河道內(nèi)橋梁主跨跨度的要求,但同時(shí)也給橋梁設(shè)計(jì)提出了不小的難題。通過合理措施盡量減小橋梁梁體及下部結(jié)構(gòu)尺寸,既要滿足橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性和整體剛度的要求,同時(shí)又要盡量降低結(jié)構(gòu)自重以解決地震力設(shè)計(jì)難題。主跨連續(xù)梁立面、跨中及支點(diǎn)橫截面見圖1、圖2。

        2)高烈度地震區(qū)橋梁設(shè)置減震措施

        針對本線高烈度地震區(qū)的橋梁抗震研究,首次研發(fā)并采用了新型抗震榫結(jié)構(gòu)(圖3),實(shí)現(xiàn)了正常運(yùn)營

        狀態(tài)下梁體可自由伸縮,地震時(shí)固定墩與活動(dòng)墩上的抗震榫相繼進(jìn)入屈服耗能,大幅度降低了地震作用,為鐵路橋梁減隔震技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展從理論和實(shí)踐上開創(chuàng)了新的思路,達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

        圖1 120 m主跨連續(xù)梁立面(單位:cm)

        圖2 主跨連續(xù)梁橫截面(單位:cm)

        圖3 減震榫布置(單位:mm)

        3)曲線橋上設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器

        咸陽渭河特大橋是國內(nèi)客運(yùn)專線首次在曲線地段鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。我國早期曾在普速鐵路曲線橋上鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器,但由于曲線地段橫向力較大、軌道幾何尺寸不易保持,曲線上伸縮器結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素,導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)維修工作量過大,最終拆除。

        高速鐵路行車速度高,對軌道平順性、安全性、穩(wěn)定性等要求極高,我國客運(yùn)專線尚無在曲線上鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的先例,也沒有相關(guān)的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)難度均較大。此外,咸陽渭河特大橋溫度跨度較大,梁縫變化量較大,理論檢算跨越梁縫的軌枕支承間距最大可達(dá)880 mm,超過規(guī)范規(guī)定的650 mm,伸縮器結(jié)構(gòu)還需解決梁縫處鋼軌支承間距超限問題。

        設(shè)計(jì)期間國內(nèi)尚沒有適用于客運(yùn)專線鐵路曲線上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的成熟產(chǎn)品。設(shè)計(jì)采用了BWG曲線鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器,適應(yīng)動(dòng)車組(軸重17 t)最高通過速度350 km/h(+10%),標(biāo)準(zhǔn)軌距、60 kg/m鋼軌、曲線半徑≥2 000 m、梁端鋼軌伸縮量≤600 mm、無砟軌道的使用條件。

        4)跨越河流、道路采用特殊結(jié)構(gòu)

        咸陽渭河特大橋沿線控制橋跨布置因素眾多,尤其在西安市近郊,交通發(fā)達(dá),道路密集,橋梁在跨越各種控制因素時(shí)采用合理適宜的橋跨結(jié)構(gòu)跨越,使橋跨布置出現(xiàn)眾多非標(biāo)梁跨。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、混凝土連續(xù)剛構(gòu)等特殊橋跨由于施工難度大、施工周期長、工程造價(jià)高等因素,故盡量少用。布跨時(shí)全橋以32 m簡支梁為主,跨越不同建筑物時(shí)根據(jù)具體條件和相關(guān)要求分別采用了(32+48+32)m,(40+64+40)m,(75+120+75)m,(75+2×120+75)m,(54+90+ 54)m連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)。由于全橋較長,跨越的建筑物較多,對橋梁孔跨布設(shè)有較多約束,因此,在設(shè)計(jì)過程中對部分連續(xù)梁及剛構(gòu)的邊跨長度進(jìn)行局部調(diào)整以適應(yīng)跨度要求。值得一提的是,跨樂育路立交橋處采用的44 m簡支梁為當(dāng)時(shí)國內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線最大跨度簡支梁結(jié)構(gòu)。

        4 結(jié)語

        通過該橋的設(shè)計(jì)實(shí)踐,利用設(shè)置減震榫解決了高烈度地震區(qū)高速鐵路橋梁支承結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、高速鐵路曲線橋梁上設(shè)置無縫線路溫度調(diào)節(jié)器解決了鋼軌應(yīng)力設(shè)計(jì)等技術(shù)難題,積累了相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),取得了良好

        的效果,為今后類似相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒案例。

        [1]孟兮,高日,李承根.鐵路簡支梁橋中減震榫的設(shè)計(jì)及其減震性能研究[J].橋梁建設(shè),2014,44(3):81-86.

        [2]孟兮,倪燕平.減震榫設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,37(3):103-106.

        [3]范立礎(chǔ),王志強(qiáng).橋梁減隔震設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [4]高芒芒.客運(yùn)專線鐵路簡支梁橋減震榫方案動(dòng)力特性仿真分析[R].北京:中國鐵道科學(xué)研究院,2011.

        [5]鄧敏.大跨度連續(xù)梁橋地震反應(yīng)分析研究[D].成都:西南交通大學(xué),2008.

        [6]陳浩.減震榫力學(xué)性能及其在橋梁減震中的應(yīng)用[D].北京:北京交通大學(xué),2010.

        [7]曾憲海,蔣金洲.高速鐵路曲線地段長大連續(xù)梁橋無縫線路方案研究[J].鐵道建筑,2011(4):1-5.

        [8]盧耀榮.無縫線路研究與應(yīng)用[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

        (責(zé)任審編 孟慶伶)

        U442.5

        :ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.03

        2015-05-20;

        :2015-06-25

        錢楓(1977— ),男,浙江寧波人,高級工程師。

        1003-1995(2015)09-0009-03

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