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        漢巴南鐵路嘉陵江橋址方案研究

        2022-07-25 02:11:46張駿鵬
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年22期
        關(guān)鍵詞:橋址橋位橋隧

        張駿鵬

        (中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

        1 概述

        漢巴南鐵路嘉陵江特大橋位于四川省南充市南部縣,橋址位于低山丘陵區(qū),地勢北高南低,地形起伏較大。嘉陵江為長江上游左岸一級支流,河道蜿蜒曲折。漢巴南鐵路跨越嘉陵江段有江心洲一處,水文條件復(fù)雜。根據(jù)新建漢中至巴中至南充鐵路南充至巴中段跨越嘉陵江橋址選擇實例,結(jié)合線路總體走向、地質(zhì)、水文、地貌、引線條件等因素,對丘陵山區(qū)鐵路跨越復(fù)雜地形、水文條件的大江大河方案進(jìn)行研究。

        2 漢巴南鐵路概況[1]

        新建鐵路漢中至巴中至南充線南充至巴中段位于四川省東北部,線路自蘭渝鐵路南充北站北端引出,經(jīng)南充市順慶區(qū)、蓬安縣、南部縣、儀隴縣,巴中市恩陽區(qū)、巴州區(qū)、經(jīng)開區(qū),接入巴中東站至設(shè)計終點(diǎn)。正線全長148.040km,其中南充市正線長度102.706km,巴中市正線長度45.334km。正線橋隧比為69.13%,為設(shè)計速度250km/h 的高速鐵路。

        漢巴南鐵路是連接南充、巴中、漢中及沿途主要縣市的高速鐵路,是川渝地區(qū)城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分,川渝地區(qū)北出客運(yùn)通道之一,國家脫貧攻堅和國土開發(fā)的鐵路,也是一條生態(tài)紅色旅游鐵路,對沿線的居民出行和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

        3 嘉陵江概況

        流域范圍嘉陵江是長江水系中流域面積最大的支流,流域地跨北緯29°18′~34°30′,東經(jīng)102°33′~109°00′,北側(cè)及東北側(cè)以秦嶺、大巴山與黃河、漢江為界,東側(cè)及東南側(cè)以華鎣山與長江相隔,西北側(cè)經(jīng)龍門山脈與岷江接壤,西側(cè)及西南側(cè)與沱江流域毗連。[2]嘉陵江干流全長1119km,控制流域面積159812km2,流域呈扇形,地勢由西北向東南傾斜,北高南低,地形復(fù)雜。研究段落位于廣元至合川段,屬于嘉陵江中游段,河道蜿蜒曲折,水流較平緩,兩岸有較多臺地,沿河漫灘與階地相間,植被較差,農(nóng)耕發(fā)達(dá)。規(guī)劃為Ⅲ級航道,根據(jù)航道通航條件影響評價意見,需采用一孔跨越通航水域。(圖1、2)

        圖1 研究段落嘉陵江平面圖

        圖2 研究段落嘉陵江現(xiàn)狀圖

        4 橋址方案研究

        結(jié)合線路總體走向、環(huán)保、水文、地貌等因素,可研階段研究了龍興寺橋位方案、永安村橋位方案和睦壩鄉(xiāng)橋位方案,詳見圖3。

        圖3 嘉陵江橋址方案平面圖

        4.1 方案說明

        4.1.1 龍興寺橋位方案

        漢巴南鐵路在睦壩鄉(xiāng)與王家鎮(zhèn)之間設(shè)睦壩站后,跨西河,于龍興寺村東側(cè)跨越嘉陵江,向北至方案比較終點(diǎn)儀隴站。

        嘉陵江橋采用(44+49+45+335+45+49+44)m 斜拉橋,主橋工程投資約4.13 億元。

        比較段落線路長度23.404km,橋梁長度9.018km-19座,隧道長度6.492km-10 座,橋隧比66.26%,靜態(tài)投資30.16 億元。

        4.1.2 永安村橋位方案

        漢巴南鐵路在睦壩鄉(xiāng)西側(cè)設(shè)睦壩站后,向西北,在永安村東側(cè)跨越嘉陵江,之后北上至方案比較終點(diǎn)儀隴站。

        嘉陵江橋采用(220+500+220)m 斜拉橋,主橋工程投資約7.49 億元。

        比較段落線路長度23.098km,橋梁長度5.957km-17座,隧道長度6.333km-10 座,橋隧比53.21%,靜態(tài)投資32.95 億元。

        4.1.3 睦壩鄉(xiāng)橋位方案

        本方案在睦壩鄉(xiāng)南側(cè)預(yù)留睦壩站,向西跨越嘉陵江,之后折向北至方案比較終點(diǎn)儀隴站。

        嘉陵江橋采用(50+55+55+300+55+41)m 斜拉橋,主橋工程投資約3.82 億元。

        比較段落線路長度25.827km,橋梁長度6.169km-21座,隧道長度8.665km-13 座,橋隧比57.44%,靜態(tài)投資31.58 億元。

        4.2 比選意見(表1)

        表1 嘉陵江橋位方案優(yōu)缺點(diǎn)對照表

        綜上分析,龍興寺橋位方案線路較順直,工程投資最省,跨越嘉陵江采用主跨(44+49+45+335+45+49+44)m 斜拉橋,主橋工程投資適中,對環(huán)境影響小,研究采用龍興寺橋位方案。

        5 嘉陵江引線及橋高方案研究

        龍興寺橋位方案(方案I-1)南充端引線有兩座淺埋短隧道。并且嘉陵江橋軌面高H-353m,而設(shè)計嘉陵江最高通航水位為H-313.8m,通航凈高不小于10m。

        根據(jù)嘉陵江行洪論證結(jié)論,嘉陵江排洪控制高程:H1/300 水位321.03m+ 結(jié)構(gòu)高度4.5m+ 軌道結(jié)構(gòu)高度0.886m+ 行洪安全值1.5m=327.916m。

        通航控制高程:最高通航水位313.88m+通航凈空10m+結(jié)構(gòu)高度4.5m+軌道結(jié)構(gòu)高度0.886m+通航富余值2.0m=331.3m。

        經(jīng)計算,嘉陵江橋面高程是由通航高度控制,控制高程為331.3m,初步設(shè)計軌面高程H-353m 有較大富余。

        降低橋高可以減少工程投資并降低支架現(xiàn)澆高度,從而減小工程風(fēng)險。根據(jù)以上兩點(diǎn)考慮,初步設(shè)計階段優(yōu)化調(diào)整嘉陵江橋梁兩端引線縱斷面,盡量減少隧道工程,并結(jié)合嘉陵江橋高的選擇,研究了方案I-2(抬高引橋縱坡方案)和方案I-3(軌面H-345.5m 方案),擇優(yōu)進(jìn)行下一級比較。詳見嘉陵江縱坡方案示意圖(圖4)。

        圖4 嘉陵江縱坡方案研究示意圖

        經(jīng)初步研究,方案I-3(軌面H-345.5m方案)降低了橋高,引橋兩端對地形的適應(yīng)性較差,工程量較大,較方案I-1(軌面H-353m方案)不具優(yōu)勢,不進(jìn)行下一步比較。

        ①I-2 ( 抬 高 引 橋 縱 坡 方 案):D1K38+000-D1K47+200(嘉陵江主橋軌面標(biāo)高不變,調(diào)整引橋標(biāo)高)

        比較段落全長9.2km,橋梁5.317km/10座,隧道0.748km/2 座,橋隧比65.92%,投資14.14 億元。嘉陵江橋高程為353m,江心洲邊跨墩高37.5m。

        方案I-2 調(diào)整抬高了嘉陵江引橋段線路縱斷面,雖增加銅寶山、鐘家溝、楊家灣橋梁高度,但可取消天平地和頂子山兩座淺埋短隧道,節(jié)省投資4153 萬元,故推薦方案I-2 進(jìn)入下一輪比選。

        為了進(jìn)一步優(yōu)化降低嘉陵江橋高,在保證必要的通航高度情況下,補(bǔ)充研究了方案II 移位降低橋高方案,與方案I-2 進(jìn)行比選,詳見圖5。

        圖5

        ①方案I-2(高線位方案)

        嘉陵江主橋軌面標(biāo)高353m,調(diào)整引橋高程,減少隧道工程。比較段落線路長10.7km,橋梁6.561km/12 座,隧道1.090km/4 座,橋隧比71.50%,投資15.35 億元。

        ②方案Ⅱ(移位降低橋高方案H-339.65m)

        經(jīng)計算,嘉陵江橋排洪控制高程為327.916m,通航控制高程為331.3m,嘉陵江橋面高程由通航高度控制。

        用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,計量資料用表示,進(jìn)行t檢驗,計數(shù)資料以[n(%)]表示,進(jìn)行 χ2檢驗。

        因嘉陵江橋跨布置需要,嘉陵江大里程方向不宜出現(xiàn)挖方,以滿足邊跨布置,初步設(shè)計橋面高程定為353.0m。為了降低鐵路橋梁高度,調(diào)整線路平面,適當(dāng)扭轉(zhuǎn)橋梁中線,降低地面高程,以滿足橋梁邊跨布置需要。調(diào)整后,嘉陵江橋梁軌面高程降低高至H-339.65m 可滿足橋跨布置需要。

        比較段落線路長10.7km,橋梁4.696km/12座,隧道1.626km/5 座,橋隧比59.02%,投資15.39億元。

        ③優(yōu)缺點(diǎn)分析

        a.從工程規(guī)模分析:方案I-2 隧道長度較短,有四處深挖方工程;方案Ⅱ隧道工程較大,挖方工程量大。

        b.從橋梁施工安全角度分析:混凝土梁采用支架現(xiàn)澆時,要控制現(xiàn)澆支架高度,有條件宜控制在30m 左右,方案II 能滿足支架高度30m 要求,方案I-2 橋高稍高,兩方案均能保證施工安全;如降低橋梁高度,橋梁大里程端挖方做橋段不利于橋梁養(yǎng)護(hù)維修。

        c.從地形適應(yīng)性分析,嘉陵江特大橋,地處嘉陵江和西江交匯地帶的三角區(qū),地形屬于臨江丘陵區(qū),兩岸地形以溝壑相間的山丘為主,地形起伏較大,相對高差為20~80m,地勢西北高東南低,靠山地形完整,臨江因丘陵沖溝間布,地形相對破碎。嘉陵江北岸山丘成東北西南走向,山脈延伸至江邊并形成陡崖與江水相接,山水間無明顯河床階地帶。嘉陵江南岸地處拐彎區(qū),除分布較窄山間溝槽外,亦無明顯河床階地。方案I-2 橋面距離河岸線40m,基本上可適應(yīng)沿線地形,橋隧工程規(guī)模適中,隧道工程較??;方案Ⅱ降低橋高后,調(diào)整了線路平面,雖然一定程度上滿足了適應(yīng)地形需要,但橋隧工程優(yōu)化有限,橋隧總長度減少1.33km,但線路走行在臨江山區(qū)側(cè)向沖溝內(nèi),線路順溝走行長度長,增加了深挖方和防護(hù)工程數(shù)量,投資稍高。且另行增加了危巖侵害風(fēng)險,存在安全隱患。故從環(huán)境適應(yīng)性分析,應(yīng)采用方案I-2。

        d.從通航條件分析,兩方案均能滿足通航要求。

        e.從工程安全角度分析,方案I-2 在江陵江兩岸地形相對完整地帶通過,抵抗山洪、危巖落石等自然災(zāi)害風(fēng)險能力強(qiáng);方案Ⅱ調(diào)整線路后,部分段落進(jìn)行山前沖溝地帶,明線段落較長,路塹邊坡高,抵抗自然災(zāi)害能力差,存在不確定自然災(zāi)害風(fēng)險較大。

        f.從沿江環(huán)境保護(hù)的角度分析,方案I-2 對江陵江兩岸開挖小,對原狀山體破壞作用弱,有利于沿江自然環(huán)境保護(hù);方案Ⅱ明線段落長,填挖方段落長,對臨江自然地貌改觀較大。

        g.從沿江景觀效果看,方案I-2 橋位較高,橋梁建成后可體現(xiàn)“一橋飛架南北”的宏偉而壯觀景象,而方案II橋梁較低,橋梁景觀效果較差。

        ④方案比較結(jié)論

        綜上分析,方案Ⅱ嘉陵江橋小里程端有900m 長深挖方,平均挖深23m,挖方工程量大,邊坡防護(hù)量大,廢棄8300m2水塘一座,且工程投資稍貴;方案I-2 有效的優(yōu)化了線路縱斷面,減少了工程規(guī)模,投資較省,挖方適中,工程安全和抵抗自然災(zāi)害均有保證,具有良好環(huán)境保護(hù)和沿江景觀效果,研究后嘉陵江橋址方案采用方案I-2。

        6 嘉陵江特大橋布置方案

        嘉陵江特大橋主橋橋型采用(45+55+58+335+58+49)m高低塔鋼箱混合組合梁斜拉橋,主橋長611m。主梁邊跨側(cè)138m 范圍采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,其余采用鋼箱梁。主塔采用H 形花瓶式混凝土塔,橋面以上塔高97m,21 號塔全高148m,22 號塔全高132m。橋塔采用鉆孔樁基礎(chǔ);除24 號墩采用明挖基礎(chǔ)外,其它橋墩均采用鉆孔樁基礎(chǔ)。18~20 號橋墩采用圓端形空心墩,其余橋墩采用圓端形實體墩。(圖6)

        圖6

        7 結(jié)論

        在鐵路選線遇到大江、大河時,大橋和特大橋,通常根據(jù)江河位置選定橋位,定線應(yīng)服從橋位引線。橋址選擇所考慮的主要因素,可歸納為與最短線路方向偏離的程度、水文和地貌條件有利、工程地質(zhì)條件較好以及橋頭引線條件好等幾個方面[3]。綜合考慮、分析各種因素后,采用技術(shù)可行、工程適度、投資節(jié)省的方案。

        在可研到初步設(shè)計階段,從大的橋址方案確定,再到橋梁引線方案和優(yōu)化橋梁高度等方案的研究,是線路方案逐步完善優(yōu)化,最終達(dá)到線路走向與橋址方案協(xié)調(diào)統(tǒng)一的方案。

        本文結(jié)合漢巴南鐵路嘉陵江特大橋橋址選擇。

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