周 宏

(廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，保障高速鐵路的安全暢通非常重要。隨著高速鐵路網(wǎng)不斷加密，鄰近既有高鐵的工程建設(shè)也日益增多，其設(shè)計(jì)和施工相對(duì)復(fù)雜。從保障既有高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮各種方案和工程處理措施，從設(shè)計(jì)源頭有效控制施工和運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)。

引入樞紐地區(qū)鐵路，往往受市區(qū)條件限制，線路平面采用較小的曲線半徑，相應(yīng)的橋梁梁部需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。同時(shí)，受預(yù)留橋梁工程條件限制，橋梁設(shè)計(jì)需要注意與既有工程的銜接過(guò)渡，盡量減少新建橋梁對(duì)既有橋梁的影響。

南崇鐵路淡新街雙線大橋從既有南昆客專新南寧邕江四線特大橋接長(zhǎng)橋梁引出，與南昆客專逐步拉開(kāi)間距，平面位于R=600 m小半徑曲線上，采用8 m×32 m現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁。該橋梁設(shè)計(jì)可供類似工程參考。

1 工程概況

新建南寧至崇左鐵路為中越國(guó)際通道的重要一段，位于廣西西南部，東起南寧樞紐南寧站，經(jīng)吳圩機(jī)場(chǎng)、扶綏、渠舊(預(yù)留)至崇左南站，遠(yuǎn)期延伸至憑祥到越南。線路全長(zhǎng)119.294 km，設(shè)計(jì)時(shí)速為250 km/h，正線數(shù)目為雙線，設(shè)計(jì)活載采用ZK活載，軌道結(jié)構(gòu)類型為有砟軌道，跨區(qū)間無(wú)縫線路。

南崇鐵路淡新街雙線大橋位于南寧市區(qū)，小里程端接南昆客專(云桂線)預(yù)留的新南寧邕江四線特大橋33#墩。既有新南寧邕江四線特大橋依次跨越南寧市江北大道、邕江、江南大道、五一路，跨邕江主跨采用(72+2×128+72)m連續(xù)梁，橋上線路分別為云桂雙線與南憑雙線(預(yù)留)，其中32#～34#墩為云桂、南憑兩線分修，其梁部為32 m簡(jiǎn)支梁T梁。橋梁于2015-12-11建成通車，運(yùn)營(yíng)情況良好。

淡新街雙線大橋位于限速段，平面位于小半徑曲線上(R=600 m)，線路坡度為15.70‰的下坡。橋址范圍內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，特殊巖土為軟黏土、膨脹巖、膨脹土。測(cè)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.1 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2 橋式方案研究

新建淡新街雙線大橋從新南寧邕江四線特大橋預(yù)留的33#墩起接長(zhǎng)，位于云桂線右側(cè)，橋址處新建橋梁與既有橋的平面位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 橋址平面圖(局部)

確定該橋橋式方案時(shí)，需綜合考慮盡量減少施工對(duì)既有高鐵運(yùn)營(yíng)影響、制梁及運(yùn)架條件、小半徑曲線梁受力要求等因素，并進(jìn)行分析研究，以確定合理的橋式方案。

2.1 從減少施工對(duì)既有高鐵運(yùn)營(yíng)影響分析

新建橋梁鄰近既有云桂線橋梁，布跨應(yīng)重點(diǎn)考慮減少對(duì)運(yùn)營(yíng)高鐵的影響，盡量利用既有鐵路設(shè)備，并做好新舊橋梁橋面過(guò)渡。橋梁小里程端接既有新南寧邕江四線特大橋33#墩，既有橋簡(jiǎn)支梁采用T梁，橋梁上設(shè)有聲屏障，橋墩頂帽設(shè)接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)。

從圖1可以看出，受南崇線與云桂線線間距控制，33#墩兩線間架橋機(jī)布置較困難，若采用制梁場(chǎng)制梁、運(yùn)架梁施工方案，在架梁施工過(guò)程中架橋機(jī)架梁對(duì)既有高鐵的運(yùn)營(yíng)影響較大，因此考慮采用支架現(xiàn)澆梁方案，以減少對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)的影響，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 從制梁及運(yùn)架條件分析

該橋位于全線起點(diǎn)附近，距大里程端約700 m處為留村隧道，全長(zhǎng)5 725 m，其采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑為11.3 m。橋梁小里程端位于南寧市區(qū)，不具備建設(shè)制梁場(chǎng)條件，若采用運(yùn)架箱梁方案，需從大里程端通過(guò)留村隧道運(yùn)架箱梁，但隧道內(nèi)徑為11.3 m，不能滿足12.2 m寬箱梁通過(guò)的凈寬要求，因此運(yùn)架箱梁方案不可行。隧道斷面、箱梁截面分別如圖2、圖3所示。

圖2 留村隧道斷面圖(mm)

圖3 箱梁截面圖(mm)

為了適應(yīng)隧道運(yùn)架箱梁通過(guò)條件，對(duì)采用T梁分片運(yùn)架方案進(jìn)行分析。T梁分邊梁、中梁兩種，每孔橋梁由2片邊梁、4片T梁組合而成，T梁間采用橋面板和橫隔板聯(lián)成整體。邊梁寬2.3 m，中梁寬1.7 m，雖然可滿足分片運(yùn)梁通過(guò)內(nèi)徑11.3 m留村隧道的要求，但該線路其他橋梁均采用了“通橋(2016)2229”系列箱梁，全線未設(shè)置T梁制梁場(chǎng)，若該橋采用T梁，需單獨(dú)設(shè)置T梁制梁場(chǎng)，而孔數(shù)僅8孔，經(jīng)濟(jì)性較低。為了T梁架設(shè)需另外配置一套運(yùn)架設(shè)備，也不符合經(jīng)濟(jì)效益。因此，該橋采用T梁運(yùn)架方案不合理，考慮采用現(xiàn)澆箱梁方案。

2.3 從小半徑曲線梁受力要求分析

整孔簡(jiǎn)支箱梁與T梁相比，具有受力簡(jiǎn)單、明確，形式簡(jiǎn)潔，外形美觀，建成后橋梁養(yǎng)護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在曲線半徑相對(duì)較小的情況下，采用箱形截面抗扭剛度大、整體穩(wěn)定性好[8]。因此，從受力要求考慮，該橋采用整孔簡(jiǎn)支箱梁更合理。

綜合以上因素并結(jié)合地形控制情況，該橋采用原位支架法現(xiàn)澆箱梁方案，橋梁孔跨布置采用8×32 m簡(jiǎn)支箱梁，橋梁全長(zhǎng)270.939 m。

在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，需著重解決小半徑箱梁設(shè)計(jì)、新舊橋梁橋面過(guò)渡處理、既有橋墩改造設(shè)計(jì)、既有聲屏障拆除重建設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)難點(diǎn)。本文重點(diǎn)對(duì)這幾項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行闡述。

3 小半徑現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)

3.1 截面尺寸擬定

該橋位于R=600 m小半徑曲線上，采用現(xiàn)澆箱梁，箱梁截面類型為單箱單室等高度簡(jiǎn)支箱梁。

箱梁全長(zhǎng)32.6 m，計(jì)算跨度為31.3 m，采用斜腹板、等高截面。截面中心梁高2.686 m，橫橋向支座中心距4.4 m。橋梁寬度為12.2 m，橋梁建筑總寬為12.48 m。局部梁段通過(guò)縮短橋面懸臂板變換橋梁寬度，以滿足靠近既有橋梁時(shí)放置梁片的要求。擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0 m，頂板寬12.2 m，底板寬5.3 m，頂板厚度為0.25 m，底板厚度為0.28 m，腹板厚度為0.45 m，梁端底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。

箱梁橫截面如圖4、圖5所示。

圖4 箱梁跨中截面圖(mm)

圖5 梁端截面圖(mm)

橋梁位于南寧市區(qū)，截面設(shè)計(jì)從美觀角度考慮，在箱梁腹板與懸臂板及底板的外側(cè)連接均采用圓弧線過(guò)渡。為了降低施工難度，內(nèi)側(cè)采用直線倒角過(guò)渡[7]。

3.2 預(yù)應(yīng)力體系及張拉方式選擇

梁體縱向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2 mm，彈性模量為195 GPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。梁體縱向預(yù)應(yīng)力采用圓形鍍鋅金屬波紋管成孔，錨固體系采用自錨式拉絲體系，張拉采用與之配套的機(jī)具設(shè)備。

原位現(xiàn)澆法施工最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題是解決梁端預(yù)應(yīng)力筋張拉空間不足的問(wèn)題[5]，主要方法有單端張拉、高位制梁、梁端后澆等。其中，高位制梁施工難度大、施工安全難以保證。而單端張拉其優(yōu)點(diǎn)在于相鄰梁的施工互不影響，極大地方便了施工[5]。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，采用了單端張拉方式解決張拉空間不足的問(wèn)題。其中第1、3、5、7單數(shù)孔在大里程端張拉，第2、4、6、8雙數(shù)孔在小里程端張拉。

3.3 支座類型

支座采用Q6000系列支座。

3.4 梁片平面布置

該橋位于R=600 m曲線上，計(jì)算跨徑為31.3 m，梁寬12.2 m，現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁按平分中矢布置。為適應(yīng)小半徑曲線引起的箱梁內(nèi)外側(cè)梁長(zhǎng)差影響，梁長(zhǎng)以曲線內(nèi)側(cè)橋面外緣(參考線G)為基準(zhǔn)長(zhǎng)度32.6 m，整片梁隨曲線設(shè)置成梯形，以保證跨中25.4 m的等截面段和兩側(cè)各2.5 m的漸變段長(zhǎng)度不變，調(diào)整兩側(cè)梁端隔板的長(zhǎng)度a值。如圖6、圖7所示。

圖6 箱梁底部1/4俯視圖(mm)

圖7 參考線A～G位置平面圖(mm)

由于南崇線與云桂線之間線間距由小到大，越靠近橋梁起點(diǎn)，線間距越小。為避免新建橋梁現(xiàn)澆箱梁懸臂板與既有橋梁沖突，須將橋梁第1、2孔箱梁曲線外側(cè)(即橋梁左側(cè))的橋面懸臂板長(zhǎng)度進(jìn)行漸變調(diào)整，控制現(xiàn)澆箱梁與云桂線簡(jiǎn)支梁邊緣的凈距為15 cm。橋梁起點(diǎn)處橫截面如圖8所示。

圖8 新南寧邕江四線特大橋33#墩立面圖

因南崇鐵路與云桂線線間距為逐漸變化，為便于設(shè)計(jì)，通過(guò)參數(shù)化列表(表1)表示懸臂板長(zhǎng)度漸變調(diào)整情況，如圖9中的x、y、z1、z2。

圖9 梁體懸臂板長(zhǎng)度漸變調(diào)整示意圖

表1 梁體懸臂板長(zhǎng)度漸變調(diào)整參數(shù)表(mm)

4 新舊橋梁橋面過(guò)渡處理

新建橋梁起點(diǎn)自既有云桂線橋梁33#墩開(kāi)始，與既有線間距逐步拉開(kāi)。新建箱梁懸臂板端部與既有橋擋砟墻之間，按線間距D值分3種情況進(jìn)行處理，見(jiàn)下頁(yè)圖10～12。

圖10 線間距為5 cm≤D≤50 cm時(shí)橋面間處理方法示意圖

除此之外，鐵路橋梁橋面附屬設(shè)施較多，涉及多個(gè)不同專業(yè)，如擋砟墻、通信信號(hào)電纜槽、人行道欄桿、防水和排水系統(tǒng)、聲屏障、接觸網(wǎng)立柱及伸縮縫、綜合接地、電纜過(guò)軌預(yù)留孔等，因此，新建橋梁與既有橋梁橋面過(guò)渡設(shè)計(jì)時(shí)注意統(tǒng)籌考慮。

圖11 線間距為50 cm≤D≤110 cm時(shí)橋面間處理方法示意圖

圖12 線間距為110 cm≤D≤150 cm時(shí)橋面間處理方法示意圖

5 既有橋墩改造設(shè)計(jì)

該橋小里程端從既有橋墩上接長(zhǎng)，無(wú)橋臺(tái)，大里程端橋臺(tái)采用雙線空心橋臺(tái)。0#墩利用云桂線新南寧邕江四線特大橋33#墩，既有橋墩為圓端形橋墩，墩高9 m，基礎(chǔ)采用摩擦樁，樁徑為1.0 m，共9根，樁長(zhǎng)為45.5 m，橋墩結(jié)構(gòu)狀況良好。設(shè)計(jì)時(shí)重新對(duì)橋墩進(jìn)行了檢算，結(jié)果表明，既有橋墩的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、位移等均滿足要求。新建橋梁其余橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩。

既有橋33#墩頂梁部原設(shè)計(jì)為雙線T梁，新建橋梁為雙線箱梁，故需對(duì)既有橋墩頂部支承墊石進(jìn)行改造，拆除既有橋墩大里程一側(cè)支承墊石，澆筑新的支承墊石，以滿足支座布置要求，如圖13、圖14所示。

圖13 新澆注33#墩支承墊石立面圖(cm)

圖14 新澆注33#墩支承墊石平面圖(cm)

該橋所有墩臺(tái)樁基按鉆孔摩擦樁設(shè)計(jì)，樁徑采用1.25 m，其中1#～8#墩臺(tái)處覆蓋有易坍孔土層，樁基施工時(shí)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)。為確保承臺(tái)施工質(zhì)量，承臺(tái)底部均設(shè)置C20混凝土墊層，寬度較承臺(tái)每邊寬0.5 m，其中0#臺(tái)承臺(tái)底位于軟土中，墊層厚度為20 cm，其余墩臺(tái)承臺(tái)底墊層厚度為10 cm。

6 既有聲屏障拆除重建設(shè)計(jì)

新建南崇鐵路淡新街雙線大橋從既有橋梁33#墩接長(zhǎng)引出，新建橋梁左側(cè)靠近既有橋梁，與既有橋上右側(cè)的聲屏障沖突，需拆除既有橋梁右側(cè)聲屏障，共拆除聲屏障長(zhǎng)度為38.7 m。拆除后，于南崇鐵路淡新街雙線大橋右側(cè)設(shè)置約66 m(兩跨長(zhǎng)度)金屬聲屏障(高2.31 m)，以降低噪聲對(duì)沿線居民的影響。

7 現(xiàn)澆箱梁施工主要注意事項(xiàng)

(1)現(xiàn)澆箱梁施工方法一般有滿堂支架、移動(dòng)模架或移動(dòng)模架與移動(dòng)支架結(jié)合等三種方法，其中滿堂支架制梁法雖周期相對(duì)較長(zhǎng)，但在橋梁規(guī)模較小、地質(zhì)條件較好時(shí)，能發(fā)揮其施工靈活及投入較少的優(yōu)勢(shì)[6]。南崇鐵路僅淡新街雙線大橋8孔簡(jiǎn)支箱梁采用現(xiàn)澆施工，因此考慮采用滿堂支架法施工。

(2)橋梁左側(cè)鄰近既有高鐵，現(xiàn)澆支架搭設(shè)過(guò)程中需要考慮對(duì)高鐵運(yùn)營(yíng)的影響，做好支架設(shè)計(jì)，避免支架坍塌影響高鐵運(yùn)營(yíng)。

(3)施工過(guò)程中應(yīng)注意模板剛度及支架剛度對(duì)梁體的影響，要求支架整體具有足夠強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，并嚴(yán)格控制不均勻沉降。根據(jù)梁體混凝土重量對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，以便消除支架變形對(duì)現(xiàn)澆箱梁質(zhì)量的影響。

(4)該橋采用現(xiàn)澆法施工，采用單端張拉方式解決張拉空間不足的問(wèn)題。為保證梁端有足夠的張拉空間，應(yīng)特別注意相鄰梁的施工順序，封錨混凝土在相鄰兩孔梁預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)完畢后再灌筑。當(dāng)梁體與橋臺(tái)相接時(shí)，橋臺(tái)胸墻部分應(yīng)在張拉完成后再澆筑[5]。

(5)現(xiàn)澆箱梁橋面與云桂線接觸網(wǎng)立柱有干擾處可開(kāi)孔，開(kāi)孔位置需現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)確定。

(6)該橋左側(cè)靠近既有高鐵橋梁，現(xiàn)澆箱梁與既有橋上右側(cè)的聲屏障沖突，需拆除云桂線橋梁右側(cè)部分聲屏障。云桂線為電氣化客運(yùn)專線，為確保行車安全和施工安全，須設(shè)置防護(hù)柵欄實(shí)施封閉，做好隔離防護(hù)措施。

(7)施工時(shí)需核實(shí)新南寧邕江四線特大橋既有條件，包括橋墩墊石尺寸、高程、平面位置等。若0#墩(既有橋33#墩)右側(cè)橋面遮板與既有接觸網(wǎng)立柱有沖突，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)遮板進(jìn)行處理，保證遮板與接觸網(wǎng)立柱的凈距≥5 cm。

(8)現(xiàn)澆箱梁梁體懸臂板的長(zhǎng)度以控制現(xiàn)澆箱梁與云桂線簡(jiǎn)支梁的凈距為15 cm為準(zhǔn)，施工中應(yīng)注意核實(shí)，以現(xiàn)場(chǎng)放樣為準(zhǔn)。

8 結(jié)語(yǔ)

(1)南崇線淡新街雙線大橋采用現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁接長(zhǎng)既有橋梁，不需要進(jìn)行梁部運(yùn)架施工，避免了架梁施工對(duì)緊鄰的既有南昆客專運(yùn)營(yíng)的影響，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。該橋于2020年3月開(kāi)工，至2021年10月順利竣工，期間未對(duì)既有南昆客專運(yùn)營(yíng)造成大的影響，保證了既有高鐵安全運(yùn)營(yíng)。

(2)新舊既有橋梁橋面按間距D值分三種情況進(jìn)行處理，解決了橋面順接過(guò)渡的問(wèn)題。

(3)接長(zhǎng)鐵路橋梁設(shè)計(jì)，需要注意新建橋梁與相鄰既有橋梁橋面間的過(guò)渡設(shè)計(jì)，盡量利用既有鐵路設(shè)備并避免沖突。

(4)樞紐地區(qū)鐵路受市區(qū)條件限制，線路平面采用較小曲線半徑的情況越來(lái)越多，且鄰近既有線情況越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的小半徑曲線橋梁應(yīng)用更加廣泛，故淡新街雙線大橋可為類似工程提供參考。