跨越既有繁忙线路的多跨曲线无梁板连续刚构的设计

董高潮

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

近年来，我国铁路网正逐渐完善，新建铁路干线的修建过程中跨越既有线路的现象普遍存在，跨线桥尤其是跨越车流密度大的繁忙铁路干线的桥梁，逐渐受到关注和重视。跨线桥的设计具有特殊性和复杂性，不仅要满足桥梁净空的限制要求，还要保证既有线路的安全和正常运营，其桥跨布置、结构形式和施工方法均受到一定限制，设计施工难度较大。

无梁板桥因具有上部结构高度低、桥梁刚度大、造型优美、结构灵活、施工方便、经济性好等特点，能适用于弯、斜、坡等地形，较其他桥型而言，是适宜用于跨越既有线路和河流路网的理想桥型，在国内外高速铁路、公路立交的建设中都已得到应用［1-4］。但传统无梁板桥一般用桩柱式下部构造直接支承上部的连续板式构造，仅适应于小跨度桥梁，若用于多跨连续板时，墩身将发生较大位移，不适合在中长跨度桥中使用［2］。本文对武康上行客车线跨京广线特大桥中一联多跨无梁板连续刚构桥的设计、计算与施工进行了详细的介绍说明，其经验及创新之处可供同类桥梁参考。

1 工程概况

武康上行客车线跨京广线特大桥是汉丹线增建二线引入武汉枢纽工程的重要组成部分，桥梁全长1 979.7 m。其中第24号墩至第30号墩位于汉口站西咽喉4 km处，选用无梁板连续刚构的结构形式，跨径布置为(14.26+22.03+22.08+17.66+17.52+19.29)m，与既有武康线和既有京广线相交，跨越五条既有电气化铁路线路——武康上行货车线、武康下行货车线、京广上行客车线、京广上行货车线、京广下行货车线，与既有铁路最小交角为23°10'，线路布置见图1。

图1 桥梁平、立面布置(单位:cm)

该桥平面位于圆曲线上，桥下既有线运输繁忙，行车密度大，最大行车速度达140 km/h，梁顶设计高程距轨顶距离较小，且施工时既有线运营不能中断，因此设计施工困难重重。由于跨越多条既有线路，为满足各既有线的行车净空要求和结构净空限制，经方案比选后选用梁高较低的无梁板连续刚构桥进行跨越。该桥右线位于R=500 m的圆曲线上，结构中心线位于R=497.405 m的圆曲线上，梁底距离轨道顶的最低高度仅为8.6 m。

表1 梁体主要设计参数与工程量比较

2 主要设计标准

铁路等级:双线Ⅰ级铁路

设计速度:80 km/h。

线路情况:有砟桥面，双线，线间距5.21 m，右线位于R=500 m的圆曲线上。纵坡较大，沿小里程方向纵坡G=12‰，沿大里程方向为－7.6‰。

一期恒载:梁体自重，γ=26 kN/m。

二期恒载:包括钢轨、道砟、轨枕、防水层、保护层、垫层、人行道、栏杆等附属设施重，折合成线荷载按123 kN/m计算。

收缩徐变:按老化理论计算混凝土的收缩徐变，按野外一般条件计算，相对湿度取80%。

活载:列车活载采用中-活载，考虑列车冲击力［5-6］;人群活载为4 kN/m2，不与列车荷载同时组合。设计时采用全桥影响线加载进行计算。见图2。

图2 中—活载图式(标准活载与特种活载)(单位:m)

横向摇摆力作为主力，按100 kN计算。

温度荷载:体系温度根据当地气候条件整体升降温按20℃计算;横向温度按日照和寒潮2种模式计算［5-6］，如图3 所示。

图3 横向温度计算模式

荷载组合:(1)主力组合:自重+二期恒载+预应力+收缩徐变+活载+摇摆力;(2)主力+附加力组合:主力组合+温度力+离心力+制动力+风力。

3 结构设计

3.1 建筑材料

梁体采用C50高性能混凝土，挡砟墙及人行道步板采用C40钢筋混凝土。纵向预应力筋采用公称直径为15.20 mm高强度低松弛钢绞线，锚固体系采用OVM体系，管道形成采用金属波纹管，普通钢筋采用HRB335钢筋和HPB235，支座选用LQZ球形钢支座。

3.2 上部结构

本桥为双线有砟连续板桥，桥梁全长112.84 m(含两侧梁端至边支座中心各0.5 m)。由于跨越多条既有铁路干线，为满足各线路的行车净空要求，经多次设计修改和比较优化后，选用梁体高度较小且整体受力性能较好的新型无梁板连续刚构结构体系，结构灵活且便于施工，可以最大限度地减少对既有铁路的干扰和影响。

梁部结构为支撑于若干立柱上的连续空心板，采用单箱多室箱形截面(图4)，顶板宽度12.32 m，底板宽度9.0 m，一般截面梁高1.6 m，支承处局部加高至2.0 m。梁部顶板采用2%的人字坡，顶板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.40 m。全桥横梁为预应力结构，共设中横梁5个，沿纵向厚4.0 m;端横梁2个，沿纵向厚1.5 m。

结构为连续梁体系，各跨跨中底板受拉顶板受压，支承处顶板受拉底板受压。结合平面模型的计算结果，钢束采用公称直径为15.20 mm高强度低松弛钢绞线，全桥共配置顶板束28束、底板束12束和腹板束12束，一般截面顶板仅布置有12根钢束，第26号墩、28号墩因顶板负弯矩较大额外布置16根顶板短钢束。纵向钢束张拉时，按照腹板束→长顶板束→底板束→短顶板束的顺序进行，先长后短，依次张拉，控制应力均为1 302 MPa;待纵向钢束张拉完成后再对称张拉横梁钢束。钢束详细布置见图5。

图4 典型截面示意(单位:cm)

图5 跨中/支点截面钢束布置示意(单位:cm)

3.3 下部基础

该无梁板连续刚构桥共有12个桥墩，其中24号、25号－1、29号－2、30号墩临近既有线，其他8个墩在两线之间。两边墩分别采用双线实体墩，主桥墩均采用圆柱式桥墩，圆柱直径为1.5/1.7 m;墩下承台均选用钢筋混凝土矩形承台，桥梁桩基均为钻孔摩擦桩，各墩、承台和桩的规格详见表2。

表2 下部基础规格

3.4 支座布置

无梁板桥按墩与板的联接方式可分为多种体系形式［2，7－8］。该桥在设计初期就支座布置进行过 3种方案设计，分别为:连续式(墩板全部铰接)、连续刚架式(墩板全部固结)和刚架连续板组合体系(边墩、次边墩与板铰接，中间三柱墩与板固结)。计算表明，墩板全部铰接时，支座数目较多，抵抗纵向水平力的能力差，墩身截面较大，影响行车净空;墩板全部固结时，能抵抗较大的纵向水平力，但由于桥梁跨数较多，温度引起较大的内力很难克服;而第三种布置方式可以克服连续板和连续刚架式结构的各自缺点，同时集中它们的优点，其结构整体性强，动力性能好，能抵抗较大的纵向水平力，温度引起的内力也很容易克服。

因此，本桥选用刚架连续板组合体系，25号、29号墩柱与梁采用活动支座连接，26号、27号、28号墩柱与梁板刚性连接。支座布置详见图6。

图6 全桥支座布置示意(单位:cm)

表3 纵向计算主要成果

4 结构计算

4.1 纵向计算

由于桥梁中心线曲线半径为497.405 m，每一孔跨跨径均较小，对应最大圆心角2.6°，因此在计算时需考虑本桥的曲线特征，采用空间软件进行计算。设计完成后，对结构的正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度以及正截面抗裂等进行了验算，结果表明各项强度安全系数均满足规范要求。此外，为保证桥梁在安装及使用阶段的安全性，对其在各施工阶段及使用阶段的应力进行了计算，计算表明各阶段的混凝土应力均满足规范要求，见表3。

4.2 横向计算

箱梁横向计算按照实际横截面尺寸，沿桥纵向取1 m长度为计算单元，建立横向框架模型进行内力分析和计算。本桥横向按照普通钢筋混凝土进行设计，检算了跨中截面、支点截面在主力组合、主力+温度附加力两种荷载组合下的强度和裂缝。根据计算结果，在桥面板跨中截面上下缘沿横向配置 φ16 mm的HRB335钢筋，在梁端及支点截面配置φ20 mm的钢筋，钢筋间距为100 mm。配置上述钢筋后，控制截面的最大裂缝宽度满足规范要求。

5 施工方法

结合工程地质条件，本桥在施工过程中面临的困难主要有:跨越5条电气化铁路线路，既有线行车不中断，行车干扰、铁路配合任务量大，防电要求高;梁部及基础施工任务重、难度大;跨数较多，施工场地受限，支架搭设困难;地质条件差，列车振动荷载下，桩基极易发生坍孔甚至断桩。

为克服上述困难，施工时采取下列措施:(1)作好现场调查，开工前对沿线通信线、电力线以及地下的通信、信号、电力电缆进行详细调查，设立安全警示牌［9-10］;(2)采用棚洞对既有线进行防护，防护棚洞采用“绝缘套管+橡胶防水板代替防电板”的措施，达到防电安全要求的同时创造了经济效益;(3)支架搭设采用膺架与满堂支架相结合的技术［11］，在既有铁路两侧采用膺架法施工，其他部分采用满堂支架法施工。支架顶搭设防护网;(4)混凝土分段分层对称进行浇筑，预应力采用2次张拉，以防止混凝土产生收缩裂缝;(5)为减轻列车振动对钻孔桩施工的影响，采取适当加长钢护筒长度和适当增加泥浆相对密度相结合的防坍孔综合措施;(6)采用合理的降噪措施，为工人宿舍区增设隔音措施。

6 总结与展望

铁路跨线桥不同于一般的铁路桥梁，其桥梁设计需要进行专门的特殊设计，应根据线路及地形实际进行方案比选。无梁板结构适宜作为线路密集、地形复杂地区跨越既有铁路线的桥梁方案，但也并非唯一方案，连续梁桥、门式框架墩、系杆拱、斜腿刚构等多种桥型均可适用，方案比选可使最佳方案脱颖而出。

跨线桥的逐渐增多使安全问题日益突出，结构施工也要根据实际情况选择最优方案，制定详细的施工组织计划，进行施工安全精细化管理，方能在保证新结构安全顺利建设的同时确保既有线正常、安全运营。

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