蒙华铁路老灌河特大桥桥群设计

杜　伟

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

Design for Laoguanhe River Grand Bridge Group of Menghua Railway

DU Wei

蒙华铁路老灌河特大桥桥群设计

杜伟

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

Design for Laoguanhe River Grand Bridge Group of Menghua Railway

DU Wei

摘要老灌河特大桥桥群是蒙华铁路复杂工点之一，并行既有线，跨越豫西主要河流老灌河，且桥上出岔的联络线以极小交角分别跨越既有宁西线及其增建二线，下穿煤运通道正线，在铁路站场及枢纽附近桥梁中具有较强的代表性。介绍其跨河道处水文计算、孔跨布置及道岔连续梁、钢门式墩和双层共用墩等设计情况。

关键词铁路桥群水文频率分析法道岔连续梁钢门式墩双层共用墩

铁路站场及枢纽附近的桥梁，因正线与联络线、疏解线、安全线等相互并行或立体交叉，往往形成多座桥组成的铁路桥群；因涉及到桥下小角度跨越既有线，桥上咽喉区设置道岔、渡线等问题，多为特殊结构集中，设计施工复杂的节点工程。

新建铁路蒙西至华中煤运通道三门峡至荆门段老灌河特大桥桥群，并行既有线，跨越豫西主要河流老灌河，且桥上出岔的联络线分别以极小交角跨越既有宁西线及其增建二线，下穿煤运通道正线，为典型的枢纽附近节点工程。结合其平、立面受限，跨河流道路多，跨越既有线，孔跨调整困难等特点，详细介绍控制因素、孔跨布置和特殊结构设计情况(如图1)。

1工程概况

为满足本线与宁西铁路接轨，本线正线与既有宁西线、在建宁西二线并行跨越老灌河后，穿越既有线与大型厂区之间的狭窄平面空间并在桥上出岔(双线变四线)。左侧出岔的西峡下行联络线跨越宁西线和宁西二线，右侧出岔的西峡上行联络线以-11‰坡度下穿本线正线，最后两联络线接入宁西铁路西峡站。

本线桥群含四座桥：老灌河特大桥(正线)、西峡下行联络线特大桥、西峡上行联络线大桥和西峡上行联络线古庄河大桥，各桥设计标准及孔跨见表1。加上宁西线和宁西二线在跨越两河处均为桥，2 km狭长区域内聚集了8座桥，尤其在古庄河和省道S335处，上下游90 m范围内共有五座桥并行密集跨越，其桥群建设规模及分布密度较为罕见。

表1　蒙华铁路老灌河桥群设计标准及孔跨

2桥群设计

桥址处控制点众多，不仅要与既有线并行、交叉，还要跨越老灌河、古庄河以及河流两侧的道路：城市道路灌河大道、春风路和省道S335。以下逐一介绍其关键节点设计情况。

2.1　跨河道处水文及孔跨布置

桥群跨越的老灌河、古庄河属丹江水系，流域上游主要为山区，地形陡峻，群峰林立，河谷较窄深，河道弯曲；至西峡小盆地，地形以低山、丘陵为主，属山区开阔河段。

(1)老灌河

老灌河为丹江左岸一较大支流，发源于河南省栾川县西侧的伏牛山北麓。干流全长254 km，总流域面积4 219 km2，落差1 340 m，河床平均比降5.2‰。本线在西峡县城南侧约600 m处跨越老灌河，与既有宁西线和在建宁西二线分别相距约45 m和90 m，下游3.3 km处为西峡水文站。桥址处流域长度165 km，流域面积3 191.1 km2，河床平均比降2.0‰，主河槽位于河谷中央，宽近300 m，两边建有人工河堤，卵石河床，河道较顺直、稳定。

伏牛山区为河南省暴雨中心之一，老灌河河水凶猛，发洪水时有大树及漂石冲下。2010年汛期时西峡雨频繁、雨量大、雨期长，特别是7月中下旬出现了超大暴雨洪水过程，老灌河西峡水文站洪峰流量7 380 m3/s，为历史实测最大值，部分地区遭受了严重的洪涝灾害。

水文采用频率分析法计算，形态调查法验证。根据西峡水文站1954～2001连续48年最大流量观测资料以及2010年实测特大洪水流量(调查期为58年)，进行不连续序列排频分析，采用矩法计算统计参数(Cv=1.4，Cs=2.55Cv)。水文站实际控制流域面积为3 404.9 km2，按照水文比拟法(指数取0.5)，得到桥址处百年一遇洪水洪峰流量为7 622.9 m3/s，计算得H1%=216.64 m，V1%(河槽)=4.22 m/s。

2010年特大洪水已接近百年一遇设计流量。为了验证此结果，同时在桥址附近采用形态法进行了洪水位调查：2010年洪水位为216.35 m，与频率分析法计算的设计水位216.64 m极为吻合，说明结果可靠。

(2)古庄河

古庄河发源于河南省西峡县回车乡毛河村，为老灌河中游左岸一较大支流，于西峡县城东南侧与八迭河汇合后汇入老灌河。本线在离古庄河与老灌河汇合口约1 km处跨过古庄河， 桥址处河谷开阔，河道基本稳定，流域长度26.4 km，流域面积199.2 km2，河床平均比降20.0‰。计算的水文成果：Q1%=2 241.0 m3/s，H1%=214.63 m，V1%=3.99 m/s。

图2　老灌河特大桥桥群顺河道对孔布置

由上可见，两河的设计流量均较大，多座桥并行跨河处应遵循与既有桥对孔布置的原则，这样下游桥桥墩由于上游桥桥墩的遮蔽作用，其阻水影响被削弱[4]，更有利于行洪。如图2，本线在跨两河处孔跨布置与既有线基本一致，基本为顺河道方向32 m简支梁布置，减少了对河道水流的扰流影响。

考虑到跨老灌河处线位与河道斜交角较小，且桥墩墩高均在36 m以上，如采用空心墩，墩身尺寸较大，对行洪不利。为进一步减少阻水面积，正线老灌河特大桥位于河道中的8号～18号墩均采用特殊设计的圆端形实体高墩(见图3)，在满足功能要求的前提下，尽量减小其轮廓尺寸。经计算，承载力和刚度均满足规范[5-6]要求。如17号墩墩高39 m，如采用空心墩，墩底纵向尺寸为5.62 m，采用实体墩时仅为4.31 m，极大地减小了阻水面积，方便河道行洪。现本桥群跨两河处均已通过防洪评价。

图3　老灌河特大桥8号～18号实体高墩(单位：cm)

2.2　道岔区桥梁设计

西峡上、下行联络线正线老灌河特大桥桥上出岔处，股道布置为两组18号单开道岔，双线变四线。无缝道岔对桥梁提出了特殊要求[7]，桥式布置需结合道岔进行。为避免道岔布置在梁缝上引起其几何形位的变化，正线道岔不应铺设在简支梁上，应尽可能整组布置在一联梁上[8]。跨度宜与区间简支梁的32 m跨度保持一致，即采用多孔一联跨度32 m连续梁，其具体联长由道岔岔头、岔尾到梁缝的最小距离确定。如图4，18号道岔全长69 m，岔头、岔尾到梁缝的距离不小于18 m，由此可以推出正线18号道岔整体置于一联连续梁上的最小联长为(18+69+18)=105 m。

图4　18号道岔与桥梁相对位置关系

图5　5×32 m道岔连续梁构造(cm)

本桥为满足最小联长和相邻简支T梁架设的要求，采用五孔32 m道岔连续梁，整孔箱形截面，跨度为(31.1+3×32.7+31.1) m，梁全长161.60 m，梁高3 m，桥面宽度11.6～23.506 m(如图5)。

西峡上行联络线在跨越古庄河之前设置了安全线，布置有12号道岔，轨底至地面有17 m左右。考虑到此部分地区安全线附近有密集居民区、厂区，如果设桥，因安全线太短、桥梁高度较高，一旦有列车进入，可能引发更大的次生灾害，无法做到真正意义上的安全；而且安全线设置在桥上时，桥梁没有相关的规范标准可供执行，只能按道岔连续梁设计，提高了桥梁设计难度。因此，本桥群在此安全线范围内采用了高填方路基设计方案，两侧分别为西峡上行联络线大桥和西峡上行联络线古庄河大桥，接路基桥台分别为15 m、16 m高桥台，桥台锥体采用挡墙围护，避免侵入既有线及相邻建筑物。

同时建议应根据工点具体情况研究在桥上设置安全线的必要性。如设置安全线可能引发更大的次生灾害时应禁止安全线上桥；如无条件须在桥上设置时，应延长安全线，确保上安全线的列车在桥梁终端可停住或在安全线尾部设置滑移式液压缓冲挡车器[9]，以保证车辆安全。

2.3　钢门式墩设计

西峡下行联络线特大桥从正线桥上出岔，以小角度(夹角约5°)斜跨既有宁西铁路和宁西二线，正线的轨面高于地面约16 m。

由于斜交角度较小，若采用大跨度结构，要同时跨越两条既有线，跨度将达到180 m以上，必须采用组合结构才能满足功能要求，不仅投资增加巨大，而且施工困难；采用预应力混凝土门式结构上跨宁西线及宁西二线，则混凝土横梁浇筑及预应力张拉施工会对既有线运营造成很大的干扰，工期会受很大的影响。为满足施工计划要求，西峡下行联络线特大桥采用九个钢门式墩跨越既有线，即门式墩的横梁采用钢结构横梁，吊装施工。整片钢横梁一次吊装就位，一个天窗时间就能完成，对既有线运营干扰小。从以往的施工经验来看，钢门式墩是小角度跨越既有繁忙干线的最佳选择，特别是施工条件困难、工期比较紧的工点，优势更加明显[10]。

如图6为西峡下行联络线特大桥5号～13号门式墩平面布置，其上部结构均为单线32 m简支T梁。门式墩钢结构部分与混凝土柱采用插入式连接，钢柱插入混凝土柱中4.5 m，属钢梁混凝土柱混合结构。

图6　门式墩跨宁西线、宁西二线平面布置(单位：cm)

2.4　正线与西峡上行联络线交叉处桥梁设计

西峡上行联络线古庄河大桥小角度下穿正线老灌河特大桥处，因需满足桥下省道S335规划要求，上下两桥均需采用40 m以上跨度，且下层铁路净空受限(如图7)。

图7　两线交叉处平立面(单位：cm)

经综合考虑，两桥孔跨布置时，西峡上行联络线古庄河大桥6号墩与老灌河特大桥58号墩采用共用墩，其形式为下部实体与上部双柱结合的特殊结构。下层为实体墩，支承单线(32+48+32) m连续梁；上层为双柱墩，支承横梁外挑的双线(27+44+27) m连续梁。

图8　双层共用墩构造(单位：cm)

如图8，共用墩上部双柱高11.42 m，净距9.7 m，满足联络线桥下穿要求。双柱为矩形截面3.0 m×4.8 m(顺桥向×横桥向)；下部实体段高21.5 m，矩形截面尺寸为3.5 m×19.3 m(顺桥向×横桥向)，基础采用17-φ1.5 m钻孔桩。墩身验算时选取了两个截面：上层双柱墩墩底截面和下层实体段墩底截面。为了检算下层实体墩截面，需将(27+44+27) m连续梁中支点支座反力、上层双柱墩外力和下层单线(32+48+32) m连续梁活动中墩支座反力相叠加组合，转化至墩底，组合的原则是双线和单线相同活载工况对应相加(如上下层都为双孔重载或都为无车工况)，其中单线连续梁的支座反力还需进行角度转化。

正线(27+44+27) m连续梁的特殊跨度即因两桥共墩而调整形成。其58号墩处的横梁横向需加宽悬出，横梁总长19.7 m，采用预应力结构，纵向加宽范围为3.0 m。支座置于双柱墩顶，相当于门式墩和梁部共用横梁，从而省去了一个横梁的高度，使整个桥群牵一发动全局的线路方案成立，为解决净空受限条件下两线桥梁交叉问题提供了一种有效可行的途径。

3结束语

老灌河特大桥桥群由于水文、地形地貌、既有线情况、与宁西铁路西峡站接轨等制约条件，成为蒙华铁路重难点工程之一。其控制因素多、特殊结构多，多线并行或穿插等特点，在站场及枢纽附近的桥群中具有一定代表性。通过介绍其跨河道处的水文计算和孔跨布置、桥上道岔梁、钢门式墩跨既有线及两线桥梁交叉处采用双层共用墩等节点设计，阐述了各种情况下设计计算原则和思路，对同类型工点桥梁设计具有一定的参考价值。

参考文献

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[3]刘敏.浅谈小径流验证[J].铁道勘察，2012(1):43-45

[4]张林，程琳，孙东坡.铁路斜交桥对河道行洪的影响及对策[J].水利水运工程学报，2012(1):36-42

[5]TB 10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S]

[6]TB 10002.3—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]

[7]李敏，高亮，谷呈朋.重载铁路桥上无缝线路断缝允许值的研究[J].铁道勘察，2014(1):110-113

中图分类号：U442.3； U442.5

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)03-0104-04

作者简介：杜伟(1984—)，男，2009年毕业于北京交通大学防灾减灾及防护工程专业，硕士，工程师。

收稿日期：2015-03-06