大跨度曲線不對稱連續剛構軌道交通橋梁方案設計

葉如

（寧波軌道交通集團有限公司，浙江 寧波 315100）

大跨度曲線不對稱連續剛構軌道交通橋梁方案設計

葉如

（寧波軌道交通集團有限公司，浙江 寧波 315100）

介紹某跨鐵路線68 m+138 m+95 m三跨不對稱連續剛構軌道交通橋梁的設計。針對350 m半徑的特殊情況，通過計算分析，進行合理的構造和配束設計，保證結構受力安全。另外，為解決半徑較小的轉體T構橫向偏心較大的問題，將轉動中心置于整體結構橫向偏心位置上，再進行稱重平衡試驗，施加配重，有效地保證轉體結構轉體過程中的穩定性。

小半徑；連續剛構；轉體；跨鐵路

1　概述

寧波軌道交通4號線在轉出江北大道后，于里程K1+150附近小角度（30°）斜交上跨蕭甬鐵路、杭甬客專，形成上跨鐵路節點，線路曲線半徑350 m，見圖1。上跨節點處現狀蕭甬鐵路（地面線）、杭甬客專（高架線）現狀共設4股道，橫斷面總寬約32 m，見圖2。杭甬客專南側規劃預留雙股道高架線。

圖1　橋址平面圖

圖2　鐵路、江北大道相對關系橫斷面（單位：cm）

2　設計原則和主要技術標準［1-7］

2.1設計原則

（1）結構上跨鐵路，設計、施工協調難度大，施工窗口時間短。橋型方案應選擇工藝成熟，施工難度小、工期短的橋梁方案，減少施工對道路和鐵路交通的影響；

（2）上跨橋梁梁底凈空應滿足鐵路限界凈高要求，橋墩立柱內側邊緣與既有鐵路中心線有足夠的安全距離；

（3）橋跨布置應充分考慮杭甬客專南側規劃高架線路的預留要求；

（4）避免在杭甬客專上方現澆作業，如澆筑合攏段等。

2.2主要技術標準

（1）設計速度：設計最高行車速度V=80 km/h。

（2）線路情況：雙線，標準段區間正線線間距均為4.2 m。橋跨位于半徑350 m的平曲線上；

（3）車輛選型：采用車型為國標B型車，6輛編組形式，車輛軸重不大于14 t。活載系數按提高1.3倍計取。

（4）抗震設防：抗震設防烈度7度。（5）設計年限：橋梁主體結構100 a。

（6）橋下凈空：橋梁下方無接觸網立柱區域，蕭甬鐵路地面線按不小于7.96 m控制，杭甬客專高架線按不小于7.5 m的凈高要求控制；橋梁下方有接觸網立柱，考慮立柱上方預留1 m左右的檢修空間。蕭甬鐵路按不小于9 m控制，杭甬客專高架線按不小于8.5 m控制。此外，跨越鐵路時橋下凈空考慮鐵路抬道及橋梁自身豎向撓曲變形預留量0.2 m富余量。

3　橋梁結構設計要點

3.1橋跨布置

通過對橋梁建設條件的分析，橋梁布置方案可考慮如下幾種：

（1）三跨結構，兩個中墩分別設置于蕭甬線和規劃線外側，中采用跨138 m左右連續跨越鐵路；

（2）采用兩跨結構，中墩和邊墩分別設置于蕭甬線和規劃線外側，其中一孔138 m的邊跨跨越鐵路；

（3）采用跨徑138 m左右的單跨結構，橋墩分別設置于蕭甬線和規劃線外側。

經過比選，單跨方案和兩跨方案體系跨徑大，在小曲線半徑條件下，受力復雜、結構體量大，類似工程成功先例極少。反觀三跨方案體系跨徑較小，類似工程實例較多。因此，本橋推薦采用三跨結構。

根據橋址處鐵路、公路等邊界條件，確定橋梁孔跨布置方案68 m+138 m+95 m三跨連續結構。

考慮到避免在橋梁邊建設過于高聳的結構，盡量不使用需定期養護或更換的纜索，因此對于上述孔跨布置的橋梁結構，不考慮采用斜拉橋或拱橋。結合國內近些年在上跨鐵路橋梁中大量采用橋型，本橋采用預應力混凝土連續剛構體系。

剛構橋主跨138 m單孔跨越蕭甬鐵路和杭甬客專，北側主墩承臺邊距離蕭甬鐵路左線中心線最小間距9.11 m，南側主墩承臺距杭甬客專右線中心線距離21.1 m。中跨合攏段避開杭甬客專，設置于蕭甬線上方。采用線懸臂澆筑后轉體的施工方案，小里程側轉體長度100 m，大里程側轉體長度172 m。

橋跨布置見圖3、圖4。

圖3　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結構平面布置圖

圖4　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結構立面布置圖

3.2結構設計

（1）上部結構設計

上部結構為中心線跨徑68.408 m+138.828 m+ 95.57 m=302.806 m的預應力混凝土連續剛構橋，中心線曲線半徑352.1 m。

本橋通過空間有限元計算分析，采用空間梁單元和實體有限元結合的方法進行計算分析，充分考慮了小曲線、大跨徑造成的彎扭耦合、約束扭轉正應力及扭轉變形等對受力和變形的影響，指導進行構造和配束設計，以充分保證結構的安全。

小樁號側截面：梁高5～9.0 m（梁高按1.8次變化），頂板厚度0.35～0.6 m，腹板厚度0.5～1.1 m，底板0.4～1.1 m；頂板寬11 m，底板寬度7.0 m。對稱懸臂澆筑13個節段，節段長度3.0～3.5 m。

大樁號側截面：梁高5～12 m（梁高按1.8次變化），頂板厚度0.35～0.6 m，腹板厚度0.5～1.5 m，底板0.4～1.3 m；頂板寬11 m，底板寬度7.0 m。對稱懸臂澆筑22個節段，節段長度3.0～4.0 m。

小樁號側邊跨合龍段長2.408 m，現澆段長15.8 m；大樁號側邊跨合龍段長2.570 m，現澆段長6.8 m。跨中合龍段長2.828 m，梁高5.0 m，見圖5、圖6。

圖5　小樁號側立面及平面圖

圖6　大樁號側立面及平面圖

全橋共設七道橫隔板，橫隔板厚0.5 m，兼做遠期預留的體外預應力轉向塊。

（2）下部結構設計

小樁號側主墩采用箱型墩。墩頂橫向寬7.0 m，縱向長5.5 m，墩底橫向寬8.5 m，縱向長5.5 m，朝曲線內側成斜腿造型。墩底上承臺為圓形截面，直徑12.0 m，高2.5 m；下承臺寬14.0 m，縱向長19.4 m，高3.5 m，下設12根2.0 m鉆孔灌注樁。上下承臺之間封鉸區高0.8 m，轉體施工完成后澆筑低收縮混凝土。為抵抗施工階段上部轉體結構偏心，轉盤結構中心與橋梁中心線橫橋向預設0.8 m的預偏心。

大樁號側主墩同樣采用箱型墩。墩頂橫向寬7.0 m，縱向長6.5 m，墩底橫向寬11.4 m，縱向長6.5 m，朝曲線內側成斜腿造型。墩底上承臺為圓形截面，直徑15.0 m，高3.0 m；下承臺寬19.4 m，縱向長19.4 m，高4.0 m下設16根2.0 m鉆孔灌注樁。上下承臺之間封鉸區高0.8 m，轉體施工完成后澆筑低收縮混凝土。轉盤結構中心與橋梁中心線橫橋向預設2.2 m的預偏心。

小樁號側邊墩上跨江北大道，采用門架墩結構，門墩跨徑20.0 m。大樁號側邊墩采用花瓶形實心獨柱橋墩。

本橋樁基持力層為⑾1c玄武玢巖，按嵌巖樁設計，樁基全斷面進入持力層不少于2倍樁徑，見圖7、圖8。

圖7　QJ01D27墩橫斷面（單位：mm）

4　橋梁施工方案要點

4.1轉體系統方案

本橋上部結構先平行于鐵路線路懸臂澆筑施工，然后轉體至設計線位處。小里程側主墩轉體重量7700t，轉體長度100 m，轉體角度19°；大里程側主墩轉體重量14 600 t，轉體長度172 m，轉體角度40°，見圖9。該轉體墩位和轉體角度在國內近些年的轉體施工工程實踐中較為常見，因此，轉盤結構采用常規的環道與中心支承相結合的球鉸轉動體系。轉體結構由轉體下盤、球鉸、上轉盤、轉動牽引系統組成，同時為防止傾覆，上轉盤下側設置8組鋼管混凝土撐腳。

圖8　QJ01D28墩橫斷面（單位：mm）

圖9　上跨杭甬客專、蕭甬線主體結構施工總平面圖

4.2配重措施

本橋最大懸臂狀態主要存在兩類偏心：理論狀況下的橫向偏心和實際施工非預見性偏心。由于位于小半徑曲線上，最大懸臂狀態下自重產生橫向偏心，通過設置轉盤中心預偏以抵消此橫向偏心。實際施工也存在立模不準、混凝土超重等施工原因引起的附加偏心，附加偏心按主梁自重± 2.5%計。此偏心距通過對預先設置的三個配重點進行加載調整。三個配重點分別位于主梁的兩端和轉臺曲線外側的臨時配重平臺，見圖10。

圖10　配重方案示意圖

混凝土超重等施工原因引起的附加偏心考慮如下三種最不利情況：（1）縱向重心線單側A區域節段按主梁自重+2.5%計，另一側B區域節段按主梁自重-2.5%計，此時通過配重點2調整橫向附加偏心引起的彎矩，通過配重點3調整縱向附加偏心引起的彎矩；（2）橫向重心線單側D區域節段按主梁自重+2.5%計，另一側C區域節段按主梁自重-2.5%計，此時通過配重點2調整橫向附加偏心引起的彎矩；（3）橫向重心線單側C中節段按主梁自重+2.5%計，另一側D中節段按主梁自重-2.5%計，此時通過配重點1、3調整橫向附加偏心引起的彎矩。轉體結構重心線劃分見圖11。

圖11　轉體結構重心線劃分

考慮兩種情況下最不利不平衡彎矩，計算最大配重，計算結果見表1。

綜合分析三種情況下的計算結果，可知小里程側重墩配重點1和3的最大配重為544.2 kN，配重點2的最大配重為60 kN。大里程側重墩配重點1和3的最大配重為1 070 kN，配重點2的最大配重為516.8 kN。

4.3合龍段施工方案

受平面交叉角度的影響，橋梁合龍段難以避開蕭甬鐵路。本階段設計時橋梁合龍段布置于蕭甬鐵路上方以遠離杭甬客專。為保證鐵路安全，蕭甬鐵路上方搭設防護棚架，合龍段現澆模架增設防落物平臺，利用鐵路封鎖時間分次、要點完成合龍段施工。

表1　最不利配重計算表

5　結語

本上跨鐵路節點橋梁采用68 m+138 m+95 m三跨不對稱連續剛構，采用懸臂澆筑轉體施工，是適應橋址處控制因素多、邊界條件復雜，滿足鐵路現狀和預留規劃，對鐵路運營影響較小的方案。

受線路條件制約，橋梁小角度斜交上跨6股鐵路線路，中跨跨徑達到138 m；受杭甬客專限制，橋梁中跨合攏段偏離跨中，造成橋梁布置不對稱；線路位于350 m的小半徑曲線上；上述幾個特點和難點，使本橋在軌道橋梁中鮮未有工程實例。

本橋通過空間有計算分析，充分考慮了小曲線、大跨徑連續剛構受力復雜的因素，進行合理的構造和配束設計，充分保證結構受力安全，并且變形和剛度指標滿足軌道交通運營要求。

通過設置橋墩橫向偏心，將轉動中心設置于轉體結構豎向合力的作用位置上，再進行稱重平衡試驗，并根據需要進行配重等措施進行偏心修正，可充分保證了轉體施工的平順、穩定。此外，將中跨合攏段避開杭甬客專，在合攏段下方設置防護棚。上述措施均可確保使本橋施工施工對鐵路營運的影響降至最低。

［1］TB 10002.1—2005，鐵路橋涵設計基本規范［S］.

［2］TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.

［3］GB 50157-2013，地鐵設計規范［S］.

［4］國務院令第639號，鐵路安全管理條例［S］.

［5］TG/CW106-2012，鐵路營業線施工安全管理辦法［S］.

［6］劉效堯，徐岳.梁橋（第二版）［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［7］鄔曉光.剛架橋［M］.北京:人民交通出版社，2001.

U448.23

B

1009-7716（2016）06-0083-04

2016-02-29

葉如（1985-），男，浙江寧波人，工程師，從事軌道交通建設管理工作。