付小軍

（1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063；2. 中鐵建大橋設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430063）

1 工程概況

新建商丘—合肥—杭州高鐵（簡稱商合杭高鐵），連接河南省商丘市、安徽省合肥市與浙江省杭州市，有“華東第二通道”之稱。商丘—合肥段（即京港高速鐵路商合段）、合肥—杭州段分別是我國“八縱八橫”高速鐵路主通道中“京港（臺(tái)）通道”和“京滬通道”的重要組成部分。

1.1 橋位概況

淮河特大橋位于安徽省淮南市毛集試驗(yàn)區(qū)和壽縣境內(nèi)，橋址位于沖積平原區(qū)，總體地勢平坦。流域內(nèi)年平均氣溫為15.6 ℃，最冷1 月，平均氣溫2.4 ℃；最熱7月，平均氣溫28.4 ℃。橋址場區(qū)巖土層包括較厚的粉質(zhì)黏土、細(xì)砂及中砂等，橋址區(qū)域主要有較厚的粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂，下伏基巖為泥質(zhì)砂巖等。橋區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.1g，特征周期0.35 s。

1.2 淮河水位條件及航道情況

淮河是我國七大江河之一，是我國中部一條重要的河流。本橋橋址設(shè)在安徽淮南境內(nèi)，位于淮河中游。該河道平緩，平均比降僅為0.03‰，橋址處淮河百年一遇設(shè)計(jì)流量Q1%=12 218 m3/s，設(shè)計(jì)水位H1%=26.16 m，設(shè)計(jì)流速V1%=1.86 m/s。

淮河為Ⅲ（2）級(jí)航道，按單孔雙向通航，通航凈寬不小于150 m，凈高10 m，最高通航水位25.63 m，最低通航水位16.34 m。

1.3 東淝河水文條件及航道現(xiàn)狀

東淝河由瓦埠湖入淮南市，出瓦埠湖分流南北，南為老河、北為新河，西北向平行流過東津段，至李嘴孜轉(zhuǎn)向西流，出淮南市經(jīng)壽縣城北門西北入淮。東淝河航道現(xiàn)狀為限制性Ⅲ級(jí)。

橋址處老河百年一遇設(shè)計(jì)流量Q1%=1 801.2 m3/s，設(shè)計(jì)水位H1%=25.79 m，設(shè)計(jì)流速V1%=1.53 m/s；新河百年一遇設(shè)計(jì)流量Q1%=1 110.3 m3/s，設(shè)計(jì)水位H1%=25.79 m，設(shè)計(jì)流速V1%=1.6 m/s。

1.4 規(guī)劃引江濟(jì)淮工程概況

商合杭高鐵因上跨規(guī)劃引江濟(jì)淮工程而相互影響，規(guī)劃引江濟(jì)淮工程是在東淝河現(xiàn)狀基礎(chǔ)上拓寬下挖改建。商合杭高鐵與之交叉地段位于該工程與淮河交匯地段附近，河道平面向入淮河口逐漸變寬。

2015年3月，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)（簡稱國家發(fā)改委）批復(fù)引江濟(jì)淮工程項(xiàng)目建議書，明確江淮溝通段（派河—東淝河河段）按Ⅱ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。根據(jù)交通部通航條件影響評(píng)價(jià)的要求，本橋在跨東淝河（引江濟(jì)淮工程入淮口）需采用一跨跨越河道。規(guī)劃的Ⅱ級(jí)（限制性航道）航道通航凈寬60 m，凈高10 m，最高通航水位23.86 m，最低通航水位17.40 m。

1.5 淮河北岸董峰湖退堤

淮河干流共有行蓄洪區(qū)23 處，本橋與淮河交叉處兩岸分別位于毛集實(shí)驗(yàn)區(qū)段的東風(fēng)湖滯洪區(qū)和壽縣段的壽西湖行洪區(qū)?；春痈闪餍行詈閰^(qū)啟用標(biāo)準(zhǔn)大部分較低，蓄洪區(qū)啟用機(jī)遇約合5～8年一遇。

2012年7月水利部以水規(guī)計(jì)〔2012〕313號(hào)文上報(bào)國家發(fā)改委進(jìn)行董峰湖退堤改防洪保護(hù)區(qū)，并獲得批復(fù)。根據(jù)防洪規(guī)劃，橋位處垂直既有河堤向外退堤600 m左右。鐵路里程DK268+226—268+900 為退堤疏浚區(qū)域，其中約DK268+600—268+900為河床疏浚區(qū)域（見圖1）。

1.6 其他條件

商合杭高鐵在壽縣設(shè)站，壽縣高鐵站位于八公山環(huán)境敏感區(qū)和壽縣老縣城之間的狹窄區(qū)域，站址位于本橋大里程方向，距本橋跨淮河位置約7 km。鳳臺(tái)南站設(shè)于淮南市毛集實(shí)驗(yàn)區(qū)，位于城市規(guī)劃區(qū)和合淮阜高速公路之間，站址在本橋小里程側(cè)，距離本橋跨越淮河位置約13 km。

圖1 董峰湖防洪保護(hù)區(qū)退堤示意圖

八公山環(huán)境敏感區(qū)及壽縣老縣城均是本橋橋址選擇的控制因素。八公山位于壽縣縣城北側(cè)，是國家地質(zhì)公園、國家森林公園和省級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)（AAAA 級(jí)），同時(shí)在八公山分布有淮南王劉安墓等（國家級(jí)）、廉頗墓等（省級(jí)）重點(diǎn)保護(hù)文物，是環(huán)保部商合杭高鐵全線環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。壽縣縣城老城區(qū)（城墻四周以內(nèi)）是國家重點(diǎn)保護(hù)文物，包括壽縣縣城老城區(qū)至東淝河之間的區(qū)域在內(nèi)，是國家明確禁止開發(fā)、建設(shè)的保護(hù)區(qū)域。

2 橋梁總體設(shè)計(jì)

2.1 橋位選擇

本橋橋位由線路走向、通航、防洪、壽縣站位控制。商合杭高鐵淮河段線路自鳳臺(tái)南站引出東南行，在合淮阜高速公路淮河橋下游跨越淮河后，依次跨越東淝河老河、新河（規(guī)劃引江濟(jì)淮工程江淮溝通段）、靖淮路，與合淮阜高速公路并行，引入壽縣站。

線位跨越淮河的位置及角度主要由通航要求控制，經(jīng)過多方案比選，最終選擇線位在合淮阜高速公路淮河橋下游2.0 km 處跨越淮河，線路中線的法線與淮河主航道水流交角為14.18°。

2.2 跨淮河孔跨布置

跨淮河主橋是本橋設(shè)計(jì)的1個(gè)控制點(diǎn)。本橋跨淮河位置距上游合淮阜高速公路淮河橋2.0 km，公路橋與淮河水流方向夾角為67.5°，主跨采用（90+3×160+90）m連續(xù)梁跨越。由于橋址處淮河較寬，航道部門要求主通航孔按照單向雙孔通航設(shè)計(jì)，并在主通航孔右側(cè)預(yù)留單向單孔通航的條件。結(jié)合合淮阜高速公路淮河橋通航孔布置情況和航道疏浚，主橋跨徑布置為（112+228+112）m。

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)-柔性拱橋、預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋、鋼桁梁-柔性拱橋3 種橋型方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，結(jié)合本橋鋪設(shè)無砟軌道的要求，最終選擇技術(shù)成熟、受力性能好、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越的連續(xù)剛構(gòu)-柔性拱橋這一組合結(jié)構(gòu)橋式方案［1-5］。

2.3 跨東淝河（規(guī)劃引江濟(jì)淮工程）孔跨布置

東淝河現(xiàn)狀為限制性Ⅲ級(jí)航道。根據(jù)規(guī)劃的引江濟(jì)淮工程江淮溝通段，即在東淝河新河的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓寬下挖改建，按Ⅱ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。根據(jù)通航要求，本橋在跨東淝河（引江濟(jì)淮工程入淮口）一跨跨越河道。本橋航道與線路大里程夾角為39°，根據(jù)通航“一跨跨越河道”的要求，主橋跨徑布置為（112+224+112）m。由于標(biāo)高受壽縣站標(biāo)高控制，最小墩高為15.0 m，墩高僅為主跨跨度的1/14.9。較矮的墩高致使橋梁難以采用主墩梁固結(jié)體系，即使將其設(shè)計(jì)為雙肢薄壁墩，在體系降溫、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、混凝土收縮徐變效應(yīng)的疊加作用下，橋墩墩身難以承受巨大的次內(nèi)力。經(jīng)過分析研究比選，本處主橋采用了連續(xù)梁-柔性拱組合結(jié)構(gòu)橋式方案。

2.4 淮河北岸董峰湖退堤范圍孔跨布置

本橋在淮河北岸跨越董峰湖滯洪區(qū)，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃，董峰湖擬實(shí)施退堤改防洪保護(hù)區(qū)。本橋284#—293#墩為退堤疏浚區(qū)域，其中289#—293#墩為河床疏浚區(qū)域，防洪評(píng)價(jià)要求鐵路橋梁盡可能減少在該處的阻水面積，疏浚區(qū)域橋墩承臺(tái)頂?shù)陀谑杩：蟮暮哟驳酌妗２捎?2 m 簡支梁無法滿足防洪要求，經(jīng)過多次與防洪主管部門對(duì)接，為了盡量減少退堤范圍的橋墩數(shù)量，本橋采用了中等跨度橋梁跨越該區(qū)域及退堤后的董峰湖大堤，孔跨布置為3聯(lián)（64.5+65+64.5）m連續(xù)梁。

2.5 全橋孔跨布置

綜合以上各控制點(diǎn)的研究，跨淮河主橋采用（112+228+112）m 剛構(gòu)拱橋，跨東淝河主橋（規(guī)劃引江濟(jì)淮工程）采用（112+224+112）m 連續(xù)梁拱橋，淮河北岸董峰湖退堤采用3聯(lián)（64.5+65+64.5）m連續(xù)梁。除去跨河堤、道路采用中小跨度連續(xù)梁外，其余均為24、32 m標(biāo)準(zhǔn)簡支梁，橋梁全長17 041.72 m。

2.6 橋墩及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

全橋簡支梁采用圓端型橋墩，墩高大于26 m，圓端型空心橋墩。由于本橋位于壽西湖、董峰湖蓄滯洪區(qū)，改用圓端型實(shí)體橋墩，剛構(gòu)拱主墩采用雙薄壁橋墩，其他特殊結(jié)構(gòu)橋墩采用實(shí)體墩。橋臺(tái)采用雙線矩形空心橋臺(tái)。采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑根據(jù)不同跨度和地質(zhì)條件選用。跨淮河（112+228+112）m 連續(xù)剛構(gòu)主墩采用2.0～2.5 m 鉆孔樁基礎(chǔ)，跨東淝河（112+224+112）m連續(xù)梁拱主墩采用2.0～2.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)，2座主橋主墩樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)。

2.7 施工組織設(shè)計(jì)

跨淮河主橋294#、295#水中主墩施工水深17 m，采用雙壁鋼圍堰施工?？鐤|淝河主橋394#、395#主墩承臺(tái)底附近地層為圓礫土和泥質(zhì)砂巖，采用鋼板樁圍堰實(shí)施困難，汛期施工樁基礎(chǔ)平臺(tái)考慮度汛的要求，主墩鉆孔樁采用筑島施工，圍堰采用鉆孔樁支護(hù)+旋噴樁咬合止水，樁基礎(chǔ)施工完成后度汛基本完成，圍堰頂按非汛期施工水位19.2 m控制。

跨淮河主橋至跨東淝河主橋之間共86 孔簡支梁，采用移動(dòng)模架施工，其余地段的簡支梁預(yù)制架設(shè)，非標(biāo)準(zhǔn)簡支梁采用支架現(xiàn)澆施工，連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工。

（112+228+112） m 剛構(gòu)拱及 （112+224+112） m 連續(xù)梁拱均采用先梁后拱施工方法，主梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，主梁合龍后，在橋面上拼裝拱肋，搭設(shè)塔架。拱肋拼裝完成后，采用豎轉(zhuǎn)法將拱肋轉(zhuǎn)體到位，合龍拱肋。

3 跨淮河（112+228+112）m剛構(gòu)拱橋

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

跨淮河主橋采用（122+228+122）m 剛構(gòu)拱橋，橋型布置見圖2。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用單箱雙室變高度箱形截面，跨中及邊支點(diǎn)處梁高5.5 m，中支點(diǎn)處梁高14.0 m，梁底按1.6次拋物線變化。

箱梁頂寬14.2 m，中支點(diǎn)處局部加寬至17.1 m；箱梁頂板厚0.42 m，局部加厚到0.62 m，中支點(diǎn)處局部頂板厚1.00 m，邊支點(diǎn)處局部頂板厚0.72 m；箱梁底寬11.0 m；底板厚度0.4～1.5 m。

圖2 跨淮河主橋橋型布置圖

箱梁采用直腹板，腹板厚分為0.40、0.60、0.80 m三種，中支點(diǎn)處局部腹板厚1.10 m，箱梁各腹板上下交錯(cuò)設(shè)置φ10 cm的通風(fēng)孔，用以降低箱內(nèi)外溫差。

主梁共布置橫隔板7 道，即在梁的兩端各設(shè)厚155 cm 的橫隔板，每個(gè)主墩雙薄壁墩柱頂主梁各設(shè)置2 道240 cm 厚橫隔板，中跨跨中設(shè)置1 道厚40 cm 橫隔板，各橫隔板均設(shè)進(jìn)人孔。

箱梁于各吊桿處共設(shè)22 道吊點(diǎn)橫梁，吊點(diǎn)橫梁高1.6 m，橫梁厚0.4 m?？缁春又鳂蛑髁旱湫徒孛嬉妶D3。

圖3 跨淮河主橋主梁典型截面

拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面，拱肋高度3.8 m，管徑1.3 m。拱肋計(jì)算跨度L=220 m，設(shè)計(jì)矢高f=44 m，矢跨比f/L=1/5，拱軸線采用二次拋物線。

拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面，截面高度3.8 m。拱肋弦管直徑φ=1.3 m，由δ=26、32 mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間用δ=20 mm厚鋼綴板連接，拱肋弦管及綴板內(nèi)填充微膨脹混凝土（見圖4）。2榀拱肋間橫向中心距12.2 m。

主墩采用鋼筋混凝土雙肢薄壁墩柱，墩高均為29.5 m，每肢墩柱壁厚2.4 m。兩肢墩壁的中心距6.4 m；橫橋向墩柱寬16.8 m。主墩墩高均為29.5 m。

圖4 拱肋截面

主墩采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁基按行列式布置，承臺(tái)尺寸為24.0 m（長）×30.6 m（寬）×6.0 m（高）。每個(gè)主墩設(shè)置20根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

整體計(jì)算采用有限元程序按照實(shí)際施工階段模擬分析橋梁各階段的受力狀態(tài)，模型中主墩與主梁固結(jié)并考慮基礎(chǔ)剛度的影響。

本橋鋪設(shè)無砟軌道，對(duì)主梁的線形條件要求極高。除檢算各施工階段各部件各截面的強(qiáng)度、應(yīng)力和疲勞之外，還應(yīng)重點(diǎn)研究分析主梁的變形以滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求［6-8］。計(jì)算結(jié)果表明：

（1）主橋（112+228+112） m 剛構(gòu)拱橋在各施工階段以及成橋運(yùn)營階段主梁、拱肋、吊桿、主墩及基礎(chǔ)的強(qiáng)度、應(yīng)力、疲勞等均滿足規(guī)范要求，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

（2）在ZK活載作用下梁端最大轉(zhuǎn)角為+0.67‰rad，滿足規(guī)范梁端轉(zhuǎn)角不大于1‰rad 的規(guī)定。主梁最大豎向撓度為0.63 倍靜活載+全部溫度工況，撓度值為-55.3 mm（向下），撓跨比為1/4 120，滿足豎向剛度要求。

（3）本橋主梁為大跨度混凝土梁，在柔性拱的輔助作用下，并結(jié)合主梁縱向預(yù)應(yīng)力優(yōu)化，軌道鋪設(shè)后梁的殘余徐變值為-9.2 mm（邊跨）、-11.9 mm（中跨），均為豎直向下位移，滿足鋪設(shè)無砟軌道的變形要求。

3.3 橋上鋪設(shè)無砟軌道情況

全橋均鋪設(shè)CRTS Ⅲ型板式無砟軌道，跨淮河（112+228+112）m 剛構(gòu)拱橋兩端的上、下行端各設(shè)置1組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，共設(shè)4組［9-10］。

4 跨東淝河（112+224+112）m連續(xù)梁拱橋

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

跨東淝河主橋采用（112+224+112）m連續(xù)梁拱橋。主梁全長449.6 m，共劃分為99個(gè)梁段，梁拱結(jié)合部0#梁段長25 m，中跨合龍梁段長3.0 m，邊跨直線段梁段長8.3 m，其余梁段長分為3.0、3.5、4.0、4.5 m四種。

主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用單箱雙室變高度箱形截面，跨中及邊支點(diǎn)處梁高5.5 m，中支點(diǎn)處梁高14.5 m，梁底按1.6次拋物線變化。

箱梁頂寬14.2 m，中支點(diǎn)處局部頂寬17.1 m；箱梁頂板厚0.42、0.64 m，中支點(diǎn)處局部頂板厚1.14 m，邊支點(diǎn)處局部頂板厚0.92 m；箱梁底寬11.0 m，中支點(diǎn)處局部底寬14.4 m；底板厚度0.4～2.0 m，中支點(diǎn)處局部底板厚2.5 m，邊支點(diǎn)處局部底板厚0.9 m。

箱梁采用直腹板，腹板厚為0.4、0.6、0.8、1.0 m四種，中支點(diǎn)處局部腹板厚1.5、1.8 m，邊支點(diǎn)處局部腹板厚0.7 m。

箱梁共設(shè)5 道橫隔板，邊支點(diǎn)橫隔板厚1.6 m，中支點(diǎn)橫隔板厚5.0 m，中跨中橫隔板厚0.4 m，各橫隔板均設(shè)進(jìn)人孔。

箱梁于各吊桿處共設(shè)22 道吊點(diǎn)橫梁，吊點(diǎn)橫梁高1.8 m，橫梁厚0.4 m。

拱肋計(jì)算跨度L=224 m，設(shè)計(jì)矢高f=44.8 m，矢跨比為1/5，拱軸線采用二次拋物線。

拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面，截面高度3.8 m。拱肋的截面形式與跨淮河主橋的拱肋截面形式基本一致。

橋梁采用球形支座，各支點(diǎn)沿橫向設(shè)3個(gè)支座，邊支點(diǎn)支座噸位10 000 kN，中支點(diǎn)支座噸位145 000 kN，固定方向設(shè)計(jì)水平力為豎向承載力的30%。

4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

整體計(jì)算采用有限元程序，按照實(shí)際施工階段模擬分析橋梁各階段的受力狀態(tài)。與跨淮河主橋類似，本橋鋪設(shè)無砟軌道，對(duì)主梁的線形條件要求極高。除檢算各施工階段各部件各截面的強(qiáng)度、應(yīng)力和疲勞之外，還應(yīng)重點(diǎn)研究主梁變形以滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求。計(jì)算結(jié)果表明：

（1）主橋（112+224+112） m 連續(xù)梁拱橋在各施工階段以及成橋運(yùn)營階段主梁、拱肋、吊桿、支座的強(qiáng)度、應(yīng)力、疲勞等均滿足規(guī)范要求，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

（2） 在 ZK 活 載 作 用 下 ， 最 大 梁 端 轉(zhuǎn) 角為-0.803‰ rad，主梁最大豎向撓度為ZK 靜活載撓度+0.5 倍溫度工況，撓度值為-53.1 mm（向下），撓跨比為1/4 216，滿足要求。

（3）軌道鋪設(shè)后梁的殘余徐變值為-11.5 mm（邊跨）、18.9 mm（中跨），滿足鋪設(shè)無砟軌道的變形要求。

4.3 橋上鋪設(shè)無砟軌道情況

全橋均鋪設(shè)CRTS Ⅲ型板式無砟軌道，跨東淝河（112+224+112）m 連續(xù)梁拱橋兩端的上、下行端各設(shè)置1組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，共設(shè)4組。

5 結(jié)論

商合杭高鐵淮河特大橋?yàn)闀r(shí)速350 km 無砟軌道雙線橋梁，橋位位于淮河內(nèi)澇區(qū)、行洪區(qū)，受防洪、通航、淮河退堤等諸多因素影響，對(duì)本橋的橋位選擇、孔跨布置、主橋設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了研究。結(jié)論如下：

（1）線位跨越淮河的位置及角度主要由通航要求控制，本橋在合淮阜高速公路淮河橋下游2.0 km 處跨越淮河，線路中線的法線與淮河主航道水流交角14.18°。

（2） 結(jié)合通航及防洪要求，跨淮河主橋采用（112+228+112）m 剛構(gòu)拱橋跨越淮河主航道；淮河北岸采用3 聯(lián)（64.5+65+64.5）m 連續(xù)梁跨越董峰湖退堤區(qū)域；采用（112+224+112）m 連續(xù)梁拱橋跨越東淝河（規(guī)劃引江濟(jì)淮工程），主跨一跨跨越河道。

（3）跨淮河主橋和跨東淝河主橋均為大跨度混凝土主梁-柔性拱組合結(jié)構(gòu)，靜動(dòng)力計(jì)算分析表明主橋的各項(xiàng)受力指標(biāo)滿足良好，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性能。

（4）跨淮河主橋?yàn)槟壳笆澜缱畲罂缍鹊臒o砟軌道剛構(gòu)拱橋，跨東淝河主橋?yàn)槟壳笆澜缱畲罂缍鹊臒o砟軌道連續(xù)梁拱橋，2座主橋的主梁變形均滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求。

（5）2座主橋采用先梁后拱施工方法，主梁采用懸臂澆筑施工方法。除2座主橋之間的簡支梁采用移動(dòng)模架施工，其余地段的簡支梁預(yù)制架設(shè)，非標(biāo)準(zhǔn)簡支梁采用支架現(xiàn)澆施工，連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工。

橋梁于2019 年12 月建成通車投入運(yùn)營。自開通運(yùn)營以來，列車運(yùn)行安全平穩(wěn)，整體效果好，評(píng)價(jià)度高，具有良好的示范作用。