鄰近既有高鐵小半徑接長橋梁設計研究

周 宏

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

鐵路是國民經濟大動脈，保障高速鐵路的安全暢通非常重要。隨著高速鐵路網不斷加密，鄰近既有高鐵的工程建設也日益增多，其設計和施工相對復雜。從保障既有高速鐵路運營安全角度出發，在設計階段應考慮各種方案和工程處理措施，從設計源頭有效控制施工和運營安全風險。

引入樞紐地區鐵路，往往受市區條件限制，線路平面采用較小的曲線半徑，相應的橋梁梁部需進行特殊設計。同時，受預留橋梁工程條件限制，橋梁設計需要注意與既有工程的銜接過渡，盡量減少新建橋梁對既有橋梁的影響。

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橋梁引出，與南昆客專逐步拉開間距，平面位于R=600 m小半徑曲線上，采用8 m×32 m現澆簡支箱梁。該橋梁設計可供類似工程參考。

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，經吳圩機場、扶綏、渠舊(預留)至崇左南站，遠期延伸至憑祥到越南。線路全長119.294 km，設計時速為250 km/h，正線數目為雙線，設計活載采用ZK活載，軌道結構類型為有砟軌道，跨區間無縫線路。

南崇鐵路淡新街雙線大橋位于南寧市區，小里程端接南昆客專(云桂線)預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連續梁，橋上線路分別為云桂雙線與南憑雙線(預留)，其中32#～34#墩為云桂、南憑兩線分修，其梁部為32 m簡支梁T梁。橋梁于2015-12-11建成通車，運營情況良好。

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。橋址范圍內無不良地質現象，特殊巖土為軟黏土、膨脹巖、膨脹土。測區地震動峰值加速度為0.1 g，地震動反應譜特征周期為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留的33#墩起接長，位于云桂線右側，橋址處新建橋梁與既有橋的平面位置關系見圖1。

圖1 橋址平面圖(局部)

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

2.1 從減少施工對既有高鐵運營影響分析

新建橋梁鄰近既有云桂線橋梁，布跨應重點考慮減少對運營高鐵的影響，盡量利用既有鐵路設備，并做好新舊橋梁橋面過渡。橋梁小里程端接既有新南寧邕江四線特大橋33#墩，既有橋簡支梁采用T梁，橋梁上設有聲屏障，橋墩頂帽設接觸網立柱基礎。

從圖1可以看出，受南崇線與云桂線線間距控制，33#墩兩線間架橋機布置較困難，若采用制梁場制梁、運架梁施工方案，在架梁施工過程中架橋機架梁對既有高鐵的運營影響較大，因此考慮采用支架現澆梁方案，以減少對高鐵運營的影響，降低安全風險。

2.2 從制梁及運架條件分析

該橋位于全線起點附近，距大里程端約700 m處為留村隧道，全長5 725 m，其采用盾構法施工，盾構隧道內徑為11.3 m。橋梁小里程端位于南寧市區，不具備建設制梁場條件，若采用運架箱梁方案，需從大里程端通過留村隧道運架箱梁，但隧道內徑為11.3 m，不能滿足12.2 m寬箱梁通過的凈寬要求，因此運架箱梁方案不可行。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)

為了適應隧道運架箱梁通過條件，對采用T梁分片運架方案進行分析。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成整體。邊梁寬2.3 m，中梁寬1.7 m，雖然可滿足分片運梁通過內徑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，全線未設置T梁制梁場，若該橋采用T梁，需單獨設置T梁制梁場，而孔數僅8孔，經濟性較低。為了T梁架設需另外配置一套運架設備，也不符合經濟效益。因此，該橋采用T梁運架方案不合理，考慮采用現澆箱梁方案。

2.3 從小半徑曲線梁受力要求分析

整孔簡支箱梁與T梁相比，具有受力簡單、明確，形式簡潔，外形美觀，建成后橋梁養護工作量小等優點。同時，在曲線半徑相對較小的情況下，采用箱形截面抗扭剛度大、整體穩定性好[8]。因此，從受力要求考慮，該橋采用整孔簡支箱梁更合理。

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

在詳細設計時，需著重解決小半徑箱梁設計、新舊橋梁橋面過渡處理、既有橋墩改造設計、既有聲屏障拆除重建設計等設計難點。本文重點對這幾項內容進行闡述。

3 小半徑現澆箱梁設計

3.1 截面尺寸擬定

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

箱梁全長32.6 m，計算跨度為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。局部梁段通過縮短橋面懸臂板變換橋梁寬度，以滿足靠近既有橋梁時放置梁片的要求。擋砟墻內側凈寬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側加厚。

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，截面設計從美觀角度考慮，在箱梁腹板與懸臂板及底板的外側連接均采用圓弧線過渡。為了降低施工難度，內側采用直線倒角過渡[7]。

3.2 預應力體系及張拉方式選擇

梁體縱向預應力采用高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2 mm，彈性模量為195 GPa，抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa。梁體縱向預應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具設備。

原位現澆法施工最關鍵的技術問題是解決梁端預應力筋張拉空間不足的問題[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。而單端張拉其優點在于相鄰梁的施工互不影響，極大地方便了施工[5]。結合現場條件，采用了單端張拉方式解決張拉空間不足的問題。其中第1、3、5、7單數孔在大里程端張拉，第2、4、6、8雙數孔在小里程端張拉。

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，計算跨徑為31.3 m，梁寬12.2 m，現澆簡支箱梁按平分中矢布置。為適應小半徑曲線引起的箱梁內外側梁長差影響，梁長以曲線內側橋面外緣(參考線G)為基準長度32.6 m，整片梁隨曲線設置成梯形，以保證跨中25.4 m的等截面段和兩側各2.5 m的漸變段長度不變，調整兩側梁端隔板的長度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，線間距越小。為避免新建橋梁現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(即橋梁左側)的橋面懸臂板長度進行漸變調整，控制現澆箱梁與云桂線簡支梁邊緣的凈距為15 cm。橋梁起點處橫截面如圖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，為便于設計，通過參數化列表(表1)表示懸臂板長度漸變調整情況，如圖9中的x、y、z1、z2。

圖9 梁體懸臂板長度漸變調整示意圖

表1 梁體懸臂板長度漸變調整參數表(mm)

4 新舊橋梁橋面過渡處理

新建橋梁起點自既有云桂線橋梁33#墩開始，與既有線間距逐步拉開。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種情況進行處理，見下頁圖10～12。

圖10 線間距為5 cm≤D≤50 cm時橋面間處理方法示意圖

除此之外，鐵路橋梁橋面附屬設施較多，涉及多個不同專業，如擋砟墻、通信信號電纜槽、人行道欄桿、防水和排水系統、聲屏障、接觸網立柱及伸縮縫、綜合接地、電纜過軌預留孔等，因此，新建橋梁與既有橋梁橋面過渡設計時注意統籌考慮。

圖11 線間距為50 cm≤D≤110 cm時橋面間處理方法示意圖

圖12 線間距為110 cm≤D≤150 cm時橋面間處理方法示意圖

5 既有橋墩改造設計

該橋小里程端從既有橋墩上接長，無橋臺，大里程端橋臺采用雙線空心橋臺。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，基礎采用摩擦樁，樁徑為1.0 m，共9根，樁長為45.5 m，橋墩結構狀況良好。設計時重新對橋墩進行了檢算，結果表明，既有橋墩的強度、剛度、穩定性、位移等均滿足要求。新建橋梁其余橋墩采用圓端形實體橋墩。

既有橋33#墩頂梁部原設計為雙線T梁，新建橋梁為雙線箱梁，故需對既有橋墩頂部支承墊石進行改造，拆除既有橋墩大里程一側支承墊石，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)

該橋所有墩臺樁基按鉆孔摩擦樁設計，樁徑采用1.25 m，其中1#～8#墩臺處覆蓋有易坍孔土層，樁基施工時采用鋼護筒跟進。為確保承臺施工質量，承臺底部均設置C20混凝土墊層，寬度較承臺每邊寬0.5 m，其中0#臺承臺底位于軟土中，墊層厚度為20 cm，其余墩臺承臺底墊層厚度為10 cm。

6 既有聲屏障拆除重建設計

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

7 現澆箱梁施工主要注意事項

(1)現澆箱梁施工方法一般有滿堂支架、移動模架或移動模架與移動支架結合等三種方法，其中滿堂支架制梁法雖周期相對較長，但在橋梁規模較小、地質條件較好時，能發揮其施工靈活及投入較少的優勢[6]。南崇鐵路僅淡新街雙線大橋8孔簡支箱梁采用現澆施工，因此考慮采用滿堂支架法施工。

(2)橋梁左側鄰近既有高鐵，現澆支架搭設過程中需要考慮對高鐵運營的影響，做好支架設計，避免支架坍塌影響高鐵運營。

(3)施工過程中應注意模板剛度及支架剛度對梁體的影響，要求支架整體具有足夠強度、剛度及穩定性，并嚴格控制不均勻沉降。根據梁體混凝土重量對支架進行預壓，以便消除支架變形對現澆箱梁質量的影響。

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

(5)現澆箱梁橋面與云桂線接觸網立柱有干擾處可開孔，開孔位置需現場核實確定。

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

(7)施工時需核實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)右側橋面遮板與既有接觸網立柱有沖突，現場應根據實際情況對遮板進行處理，保證遮板與接觸網立柱的凈距≥5 cm。

(8)現澆箱梁梁體懸臂板的長度以控制現澆箱梁與云桂線簡支梁的凈距為15 cm為準，施工中應注意核實，以現場放樣為準。

8 結語

(1)南崇線淡新街雙線大橋采用現澆簡支箱梁接長既有橋梁，不需要進行梁部運架施工，避免了架梁施工對緊鄰的既有南昆客專運營的影響，降低了安全風險。該橋于2020年3月開工，至2021年10月順利竣工，期間未對既有南昆客專運營造成大的影響，保證了既有高鐵安全運營。

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

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

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