童登國(guó)，劉曉琴

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

新井口嘉陵江大橋四線鐵路連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

童登國(guó)，劉曉琴

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

以蘭渝鐵路重點(diǎn)控制性工程新井口嘉陵江大橋84m+152m+76m四線鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑥木€路方案及橋位控制條件、橋跨布置方案、橋面布置型式及結(jié)構(gòu)型式、多線橋梁車橋動(dòng)力性能等方面進(jìn)行了研究，提出了主橋四線并行、墩身上段及梁體分修、墩身下段及基礎(chǔ)合修的新型結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，可為同類型橋梁建造提供思路及參考。

鐵路橋；四線；連續(xù)剛構(gòu)；動(dòng)力性能；新井口嘉陵江大橋

0 引言

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，大跨度超高墩連續(xù)剛構(gòu)橋不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的鐵路單線及雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋技術(shù)已經(jīng)十分成熟。隨著橋梁比例在鐵路線路中不斷提高，三線以上的橋梁的數(shù)量也逐漸增加，但已建成的三線以上的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋不多。目前，對(duì)于鐵路多線大跨高墩剛構(gòu)橋施工階段及運(yùn)營(yíng)階段空間靜力行為、車橋耦合振動(dòng)性能、橋墩的合理型式以及寬幅箱梁的力學(xué)性能等問(wèn)題的研究還遠(yuǎn)不夠，不能滿足鐵路橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展需求，嚴(yán)重地影響了其在鐵路橋梁中應(yīng)用和推廣[1-5]。

為了保證結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營(yíng)階段的安全性與經(jīng)濟(jì)性，開(kāi)展鐵路多線、高墩、大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究是十分必要的。

1 工程概況

新建蘭渝鐵路重點(diǎn)控制性工程新井口嘉陵江大橋位于重慶市沙坪壩區(qū)嘉陵江井口河段，在已建渝懷鐵路井口嘉陵江大橋下游45 m處過(guò)江。蘭渝鐵路與渝利貨車外繞線共用橋位，四線一次建成。

蘭渝鐵路為客車雙線，設(shè)計(jì)速度為200 km/h，雙線線間距4.6 m。渝利貨車外繞線為貨車雙線，設(shè)計(jì)速度為120 km/h，雙線線間距4.0 m。蘭渝鐵路與渝利貨車外繞線線間距5.3 m。

主橋設(shè)計(jì)活載為四線“中-活載”，采用跨區(qū)間無(wú)縫線路。為減小梁軌相互作用對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響，在全橋范圍內(nèi)布設(shè)小阻力扣件。

大橋主橋四線并行段采用：（64 m+64 m）混凝土連續(xù)T構(gòu)+（84 m+152 m+76 m）混凝土連續(xù)剛構(gòu)+（64 m+64 m）混凝土連續(xù)T構(gòu)。

大橋主橋84 m+152 m+76 m混凝土連續(xù)剛構(gòu)是世界第一座墩身下段及基礎(chǔ)合修，墩身上段及梁部分修，四線并行的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其成橋?qū)嵕耙?jiàn)圖1。

圖1 蘭渝鐵路新井口嘉陵江四線大橋?qū)嵕罢掌ê淆垼?/p>

2 設(shè)計(jì)主要控制因素

2.1 線路條件及橋位方案

本橋?yàn)橹貞c北站往蘭州方向出站后的第一座大型橋梁，距離重慶北站僅8 km，被稱為“千里蘭渝第一橋”。受重慶北站站位及鐵路沿線城市建設(shè)影響，蘭渝鐵路線路走向受限于既有渝懷鐵路兩側(cè)的狹長(zhǎng)走廊內(nèi)。因此，本橋臨近區(qū)段線路條件及橋位方案受控因素較多。

2.2 橋跨布置方案

橋區(qū)河段河勢(shì)總體穩(wěn)定，地質(zhì)條件較好，因而影響主跨跨度的主要因素是通航及行洪的影響?？紤]到既有橋梁為主跨144 m，因此本橋的跨度也應(yīng)與之匹配。

主橋孔跨布置確定從以下幾個(gè)方面考慮：（1）主橋的孔跨布置盡量與既有橋?qū)?；?）邊跨孔跨布置應(yīng)盡量結(jié)合施工方案確定，降低施工難度及造價(jià)；

（3）合理的邊中跨使橋型方案結(jié)構(gòu)受力合理、橋式新穎且具有良好的剛度；

（4）水利部門(mén)建議在與既有橋梁對(duì)孔的基礎(chǔ)上盡量加大主跨的跨度，降低橋梁與水流存在夾角帶來(lái)的阻水不利影響。

結(jié)合各方面的意見(jiàn)和建議，主橋主跨初步確定采用152 m，比既有井口嘉陵江大橋大8 m，具體方案考慮以下幾種：預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋；連續(xù)鋼桁梁橋；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-拱組合橋；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。

2.3 橋面布置方案

針對(duì)本橋四線共橋位并線合修的特點(diǎn)，橋面布置方案可將蘭渝鐵路雙線和渝利鐵路雙線分別布置于兩個(gè)相互獨(dú)立的箱梁上，即“并置雙箱”方案，見(jiàn)圖2；也可采用四線整體箱梁方案，即“單箱雙室”方案，見(jiàn)圖3。采用“并置雙箱”方案還是“單箱雙室”方案，涉及到的結(jié)構(gòu)型式及受力行為區(qū)別較大。

圖2 梁體橫斷面-“并置雙箱”箱梁布置方案（單位：cm）

圖3 梁體橫斷面-“單箱雙室”箱梁布置方案（單位：cm）

布置方案一：蘭渝鐵路與渝利鐵路分別布置于兩個(gè)梁體上，各梁體均采用單箱單室箱梁截面。

布置方案二：蘭渝鐵路與渝利鐵路共用一個(gè)箱梁，截面為單箱雙室截面。

2.4 多線橋梁剛度控制

本橋?yàn)樗木€大跨度橋梁，之前未有類似橋梁建設(shè)先例。一方面，蘭渝鐵路與渝利貨車外繞線鐵路設(shè)計(jì)列車運(yùn)行速度高，高速列車與橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用突出。另一方面，該橋?yàn)槎嗑€鐵路橋，不僅涉及到單線和雙線列車作用下的車橋動(dòng)力分析，還可能涉及到多線列車共同作用下的車橋振動(dòng)的問(wèn)題。

3 主要應(yīng)對(duì)措施

3.1 采用六線并線橋位

為了最大限度地減少鐵路夾心地，蘭渝鐵路、既有渝懷鐵路及渝利鐵路貨車外繞線六線鐵路并線布置，在跨越嘉陵江井口河段時(shí)，除既有的渝懷鐵路井口嘉陵江大橋外，蘭渝鐵路與渝利貨車外繞線形成四線規(guī)模。考慮到該河段的河道條件，橋梁主跨宜在140～160 m左右。同時(shí)為了滿足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于跨河橋梁橋位的間距要求，本橋應(yīng)采用四線共橋位修建。新橋位于既有橋的下游約45 m處，平行于既有橋布置。

3.2 采用四線并行合建連續(xù)剛構(gòu)

針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋、連續(xù)鋼桁梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-拱組合橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋等五種橋梁設(shè)計(jì)方案，從橋梁長(zhǎng)度、施工工藝、受力特點(diǎn)等方面進(jìn)行比選，各自的優(yōu)缺點(diǎn)比較列于表1。

通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋、連續(xù)鋼桁梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-拱組合橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋等5種方案的比較，綜合方案的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案最適合本橋。

3.3 采用梁部分修、橋墩合修的結(jié)構(gòu)方案

針對(duì)本橋四線共橋位并線合修的特點(diǎn)，對(duì)兩種橋面布置方案所對(duì)應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析：

針對(duì)四線橋梁分幅布置方案（方案一）和整體布置方案（方案二）：

（1）整體上兩種布置方案均能滿足本項(xiàng)目的需求。計(jì)算表明，施工階段和運(yùn)營(yíng)階段兩種布置方案的應(yīng)力值均小于規(guī)范限值，但布置方案二在施工階段的最大壓應(yīng)力值已接近容許應(yīng)力值，因此從安全度的角度來(lái)看，布置方案一的應(yīng)力水平較為合理；

表1 不同主橋設(shè)計(jì)方案綜合比較表

（2）在列車活載作用下，布置方案一的梁體主跨豎向變形比布置方案二大13%，但均遠(yuǎn)小于規(guī)范所要求的豎向撓跨比限值；

（3）兩布置方案的自振頻率基頻相差很?。?/p>

（4）布置方案一梁體混凝土數(shù)量比布置方案二梁體大9.4%，但布置方案二的施工時(shí)間較長(zhǎng)。并且布置方案（方案一）與普通雙線剛構(gòu)橋差別不大，是一種成熟、經(jīng)濟(jì)的布置方案，而整體布置4線鐵路方案（方案二）采用單箱雙室截面，梁體寬度大、施工節(jié)段重量大；

（5）從受力的角度方案二的橫向剪力滯效應(yīng)較明顯，應(yīng)力的不均勻分布程度較大，容易引起結(jié)構(gòu)的病害，并且在施工階段其壓應(yīng)力水平接近規(guī)范的容許限值；

（6）從施工的角度，布置方案二不能夠利用普通橋梁的既有設(shè)備，需專門(mén)研制大噸位、大尺寸掛籃，這會(huì)導(dǎo)致掛籃前移等工序的施工時(shí)間增長(zhǎng)，總體上會(huì)增長(zhǎng)施工時(shí)間，且增大施工設(shè)備的投入。

因此，本橋采用分幅箱梁布置方案，即推薦采用方案一。

新井口嘉陵江四線大橋主墩構(gòu)造見(jiàn)圖4。

圖4 新井口嘉陵江四線大橋主墩構(gòu)造（單位：cm）

3.4 采用車橋仿真分析驗(yàn)證

根據(jù)車橋耦合振動(dòng)分析理論，采用空間有限元方法建立其全橋動(dòng)力分析模型，對(duì)該橋的空間自振特性進(jìn)行了計(jì)算；同時(shí)，對(duì)該橋在CRH2、CRH3動(dòng)車組和C80貨車作用下的車橋空間耦合振動(dòng)進(jìn)行了分析：

（1）橋梁自振特性分析

主梁一階橫彎0.632 Hz，主梁一階豎彎1.180 Hz。

（2）橋梁振動(dòng)性能

在CRH2、CRH3動(dòng)車組以速度160～240 km/h通過(guò)蘭渝鐵路和C80貨車以速度60～120 km/h通過(guò)渝利鐵路時(shí)，蘭渝鐵路側(cè)主跨跨中最大豎向位移為4.59 mm，最大豎向加速度為7.35 cm/s2；渝利鐵路側(cè)主跨跨中最大豎向位移為11.99 mm，最大豎向加速度為5.69 cm/s2，橋梁動(dòng)力性能良好。

（3）列車行車安全性

主橋在CRH2、CRH3動(dòng)車組以速度160～240 km/h通過(guò)蘭渝鐵路側(cè)和C80貨車以速度60～120 km/h通過(guò)渝利鐵路側(cè)時(shí)，車輛的脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌橫向力等安全性指標(biāo)均在限值以內(nèi)。

（4）列車乘坐舒適性

主橋在CRH2、CRH3動(dòng)車組以速度160～240 km/h通過(guò)蘭渝鐵路側(cè)和C80貨車以速度60～120 km/h通過(guò)渝利鐵路側(cè)時(shí)，除C80貨車以速度120 km/h通過(guò)時(shí)車輛乘坐舒適性指標(biāo)為“良”，其余均能達(dá)到“優(yōu)”。

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

新井口嘉陵江大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)最大跨度的四線鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其主墩墩身下段及基礎(chǔ)合修，墩身上段及梁部分修的結(jié)構(gòu)型式為世界首創(chuàng)。該橋的成功修建，解決了多線共橋位大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋面臨的系列難題，對(duì)類似橋梁工程具有較高的指導(dǎo)價(jià)值。

大橋設(shè)計(jì)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）新井口嘉陵江大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)時(shí)速200公里客貨共線鐵路最大跨度的四線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。它的成功實(shí)施為高墩多線連續(xù)剛構(gòu)橋在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用提供了借鑒。

（2）該橋充分考慮了通航條件、河槽地形與水文條件；主橋四線并行，主墩墩身下段及基礎(chǔ)合修有效保證了結(jié)構(gòu)剛度和行車安全性與舒適性；主墩墩身上段及梁體分修，給結(jié)構(gòu)提供了適度的變形協(xié)調(diào)空間，有利于結(jié)構(gòu)受力。

（3）該墩身結(jié)構(gòu)較大地節(jié)約了圬工量，有效解決了高墩大跨橋梁橫向剛度控制難題，為國(guó)內(nèi)同類型鐵路橋梁首例。

（4）該橋?qū)ι钏邩冻信_(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工、土體-樁-高墩-多線連續(xù)剛構(gòu)橋動(dòng)力性能研究、靜動(dòng)力特性分析等研究，對(duì)該類型橋梁的設(shè)計(jì)施工具有廣泛的指導(dǎo)意義。

[1]李國(guó)豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1992.

[2]徐君蘭,顧安邦.連續(xù)剛構(gòu)主墩剛度合理性的探討[J].西部交通利技,2005(2):59-62.

[3]韓嫁春.高速鐵路無(wú)砟軌道大跨度連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)[J].交通科技, 2007(4):7-9.

[4]馮鵬程.連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討[J].橋梁建設(shè)，2009(4): 46-49.

[5]辛躍輝.不對(duì)稱超大跨度單線連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2012(8):45-48.

U448.23

B

1009-7716（2017）04-0059-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.018

2017-03-01

童登國(guó)（1983-），男，湖北枝江人，高級(jí)工程師，從事公路、鐵路大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作。