鑫泰铁路跨南水北调特大桥主桥方案研究

毛宏

摘要 为保证南水北调工程顺利进行，分析了鑫泰铁路跨南水北调特大桥具体情况和南水北调建设管理局的总体要求，从跨度、形式、造价等方面进行了比选，研究了施工方案和防污染措施。主桥采用1-（102+204+102）m连续钢桁梁-拱组合结构桥，以主跨204 m跨越南水北调干渠，满足桥梁设计技术要求，且此方案优于斜拉桥结构方案。在施工和后期养护过程中，可通过采取有效措施保证不影响干渠主体结构、不污染干渠水质。

关键词 货运铁路;南水北调;桥梁设计;跨越方案

中图分类号 U442.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0129-03

0 引言

邯郸市发展和改革委员会要求磁县鑫盛煤化工有限公司和邯郸市裕泰焦化有限公司进行铁路专用线的修建，即新建鑫泰铁路跨越南水北调中线干线磁县段工程（以下简称“鑫泰铁路”）。该线上跨南水北调中线干线工程，在方案研究阶段结合工程情况，参考了其他工程的先例，查阅了大跨度铁路桥梁设计和施工技术资料，进行方案比选后，得出主桥设计方案。

1 工程概况

1.1 地理位置及路径

鑫泰铁路位于河北省邯郸市磁县境内，线路自京广线讲武城站接轨引出后折向西，穿过讲武城二站场后上跨南水北调中线干渠，之后折向西北以鑫泰站为终点，是一条以煤炭、焦炭产品运输为主的货运专线铁路。

跨南水北调特大桥的铁路里程范围是K2+877.80～K4

+669.40，交叉处铁路里程约为K3+580，干渠桩号约为K0+880，交叉角度88°。桥址处地形平坦开阔，局部略有起伏，地面高程77.94～85.58 m。

1.2 技术标准

铁路等级为货运专线铁路，单线、有砟轨道;设计速度80 km/h;设计荷载为ZKH活载;主桥位于直线、线路坡度为2.5‰的上坡。

2 主桥方案设计原则和控制因素

2.1 设计原则

南水北调中线工程是一项宏伟的生态工程和民生工程，极大地缓解我国中北方地区的水资源短缺问题。因此，桥型方案设计除了应满足铁路桥梁技术要求，还应以对南水北调“零污染”为基本原则，保证水源可以安全送达各地区。

2.2 控制因素

（1）跨越处南水北调断面。跨越处渠道为高填方，填高约15 m，过水断面为梯形，渠底高程为85.839 m，设计底宽24.5 m，设计水位为91.839 m，加大水位92.221 m。过水断面边坡1∶2，一级马道高程为93.439 m，道宽5 m，总干渠占地宽度约为170 m。

（2）南水北调中线干线工程建设管理局发布的《穿跨邻接南水北调中线干线工程项目设计技术规定》（Q/NSBDZX 112.01-2021）中的相关条款：

1）穿越、跨越项目与中线干线工程宜采用正交方式，交角不宜小于60°。

2）应采用一跨跨越中线干线工程管理范围，桥梁墩台距离中线干线工程保护围栏不小于5 m;

3）不應影响中线干线工程的管理维护交通车辆通行，在跨越项目运行期中线干线工程运行维护道路以上净空不应小于4.5 m;

4）不应影响中线干线工程的防洪要求。不应改变中线干线工程在左岸洪水汇流区域面积，不应堵塞地面行洪通道，不应影响渠道两侧的排水沟、截流沟等排导水设施功能，不应影响左排出口河道下游下泄条件。

（3）其他因素。受整个线路纵断坡度及机型选择的控制，跨南水北调运行维护道路处的铁路轨面高程不宜超过101.00 m，极限值约为102.50 m。

3 主桥方案研究

3.1 孔跨布置研究

桥梁跨度应满足主桥方案设计原则和控制因素，综合考虑基础尺寸、工程投资等因素，推荐采用204 m主跨。桥址平面图如图1所示。

3.2 形式方案研究

为满足干渠维护道路上的净空不小于4.5 m的要求，因受轨面高程控制，跨路处桥梁结构净高最大值约为4 m。在充分考虑实施条件、耐久性能、运营维修、工程造价等因素的同时，应选择桥梁结构净高较小的桥梁形式。综合考虑后，主跨204 m且梁高小于4 m的桥型可选方案有连续钢桁梁柔性拱桥方案、混凝土斜拉桥方案两种。

3.3 两种桥型方案比选

3.3.1 方案说明

（1）连续钢桁梁柔性拱桥方案（方案一）。主桥为（102+204+102）m连续钢桁梁柔性拱桥[1]，主跨204 m一跨跨越南水北调干渠。主梁采用有竖杆N型三角桁式，节间长12.75 m，其中边跨8个节间，中跨16个节间;桁高15 m;拱肋采用圆曲线，矢高45 m，矢跨比为1/4.5，钢梁全长410 m，梁端距支座中心1.0 m。1/2立面如图2所示。

结构采用两片主桁，主桁中心距12 m，道砟槽内宽6 m，两侧人行道宽各1.35 m;上弦及拱肋设纵向平联，交叉形布置;每两个节间设置一道横联;吊杆为箱形截面，中间不设置横撑。桥墩均采用圆端形实体墩。基础采用钻孔灌注桩。

结构特点：造型独特新颖，建筑高度低，构造简洁，受力明确，结构厚度约为2 m，利于整个线路纵断坡度及机型选择。

（2）混凝土斜拉桥方案（方案二）。主桥为（40+66+204+66+40）m双塔双索面混凝土梁斜拉桥，主跨204 m一跨跨越南水北调干渠。混凝土梁预制节段标准长4 m。1/2立面如图3所示。

混凝土加劲梁采用单箱三室等高混凝土箱梁，受力形式为双边主梁。箱梁全宽9.4 m，中心处梁高4.0 m。索塔采用H形桥塔，索塔上、下横梁为全预应力混凝土结构，配置预应力钢绞线，锚固于索塔外侧壁上。索塔锚固区配置纵、横向高强精轧螺纹钢筋，井字形布置。斜拉索采用抗拉标准强度1 960 MPa平行钢丝拉索，空间双索面体系，扇形布置。基础采用钻孔灌注桩。

结构特点：结构性能优良，经济指标良好;刚度偏弱，后期徐变变形控制相对较难。结构厚度约为4 m，不利于整个线路坡度纵断及机型选择。

3.3.2 技术经济比较

跨南水北调特大桥全桥技术经济比较见表1。

3.3.3 对南水北调工程的影响比较

（1）下部结构施工。两种方案均采用204 m一跨跨越南水北调工程干渠，两侧主墩及承台设置在南水北调工程干渠保护围栏5 m以外。承台采用钢板桩支护开挖现浇施工，承台四周利用垂直钢板桩围护，可避免破坏南水北调工程隔离网。两种方案的下部结构施工均可保证对南水北调工程主体结构无影响。

（2）上部结构施工。上部结构施工前，在主桥下焊接一个大型钢筋防护网，防护网上面铺设一层防水布，宽度比桥面宽2 m（每侧宽1 m），长度比节间长2 m。可防止施工时的杂物掉入河中，造成水资源的污染。对于帆布上的垃圾或焊渣、混凝土渣派人进行定期清理。两种方案的上部结构施工均可保证对南水北调工程水质无影响。

（3）运营期间。方案一主跨横断面采用整体性钢桥面板，钢桥面板与两侧面的钢板形成U型槽，雨水可通过U型槽汇集并经PVC管引至二级保护区以外的既有水渠;方案二采用纵向排水管收集桥面雨水[2]，引至二级保护区以外。

在干线占地范围内的桥梁外侧竖墙位置设2.5 m高的防抛网，可防止异物落入干渠。

两种方案均可保证运营期间对干线水质无影响。

3.3.4 施工工期及后期养护比较

方案一施工工期较短，耐久性高，后期养护维修工作量较小。

方案二施工工艺复杂，工期长。结构刚度偏弱，后期徐变变形控制相对较难，养护维修工作量较大。

3.4 桥型方案比选结论

综上所述，跨南水北调特大桥主桥采用（102+204+

102）m连续钢桁梁-拱组合结构方案。

4 主桥施工方案和防护措施

为保证南水北调工程干渠不受污染，该桥主桥采用从边墩向中间悬拼钢梁，先梁后拱的施工方式，且施工期间须采取相应防护措施。

4.1 梁部施工防杂物掉落措施

（1）如前所述，在主桥底模下焊接一个大型钢筋防护网，以防施工中的焊渣、水泥浆、废料、钢构件等杂物掉入渠中。

（2）半成品及下料在规定的场地加工，加工完成后再运送到施工段，防止焊接時的焊渣烧坏防护网掉入渠中。

（3）模板拼装时，按照要求调整好尺寸、加固后，用土工布塞严模板间缝隙，使模板间无缝隙、无可见管线、无渗漏。

（4）混凝土刷毛、凿毛时，严格按照《钢筋混凝土施工规范》进行，将凿除的混凝土浆堆积在一起，用小推车推至指定地点，集中处理。

（5）严禁在以上任何操作中向渠内扔杂物、吸烟、喝酒等行为，以防生活垃圾掉入渠中。

4.2 基础施工防污染措施

（1）在桩基施工过程中，泥浆池按规范设置在干渠红线以外，并及时用泥浆泵将多余的泥浆泵送至集中地点，用水车罐车封闭运输至干渠保护区以外的指定位置。

（2）基坑开挖时，在坑顶护坡道外设截水沟和排水沟，将施工废水排至指定位置，截水沟设防渗措施。

（3）基坑开挖完成后，在坑底基础0.5～1 m外留排水沟和集水井，采用水泵将渗水排出基坑，并最终排至指定位置。

4.3 周围环境保护措施

为了减少对周围环境的影响，施工现场每天用水车洒水，减少各种尘埃污染;保护好施工所在地的树木、草坪等植被。如果不慎破坏，须尽快恢复，防止水土流失。施工结束后尽快恢复场地的生态环境。

5 结语

通过对鑫泰铁路跨南水北调特大桥主桥各方案进行设计研究以及保护干渠的施工方案研究，得到如下结论：

（1）采用主跨204 m的跨度、连续钢桁梁柔性拱的结构形式跨越南水北调中线工程，对现状干渠结构无影响且能满足线路要求。

（2）采用从边墩向中间悬拼钢梁，先梁后拱的施工方式以及相应的防污染措施，可以保证主桥施工期间对南水北调水质不产生影响。

（3）主桥横断面采用整体性钢桥面板，将桥面设计为U型槽以汇集雨水并经排水管引至南水北调管理范围以外，且在主桥两侧设防抛网，可以保证运营期间对南水北调水质不产生影响。

参考文献

[1]陈良江， 文望青. 中国铁路桥梁[M]. 北京：中国铁道出版社， 2020： 481-483.

[2]催苗苗， 严定国. 郑万铁路跨南水北调干渠特大桥主桥绿色设计研究[J]. 铁道标准设计， 2018（9）：83-88.