郑西客专客运北环线咸阳渭河特大桥设计

2015-03-13钱枫

铁道建筑 2015年9期

关键词：渭河咸阳调节器

钱枫

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

郑西客专客运北环线咸阳渭河特大桥设计

钱枫

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

郑西客专客运北环线渭河主桥为多联主跨达120 m的连续梁。桥位属八度地震区，桥梁须设置减震措施以解决高烈度地震区的桥梁设计难题;渭河主桥位于半径3 500 m的曲线上，而桥上无缝线路必须设置轨温调节装置，这是国内高速铁路客运专线首次在曲线地段铺设钢轨伸缩调节器，技术要求复杂，难度大。本文主要介绍设计时如何考虑并解决上述设计难点。

高烈度地震区高速铁路减震榫曲线桥梁钢轨伸缩调节器

1 工程概况

郑西客专客运北环线咸阳渭河特大桥东起郑西客专西安北站，西至郑西客专咸阳西站。咸阳渭河特大桥桥梁全长22.16 km，包括544孔32 m，46孔24 m，4孔40 m，5孔44 m简支梁，以及(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+120+120+ 75)m，(54+90+54)m预应力混凝土连续梁及多种跨度连续刚构等多处特殊桥跨结构;下部结构以圆端形实体墩为主，矩形空心桥台，钻孔灌注桩基础。总投资12.5亿。

2 设计难点

1)防洪评价影响桥梁设计因素

本桥跨越渭河河道，处于渭河防洪敏感区，既有陇海铁路三线桥桥长仅为渭河河道宽的一半，并且由于线位条件控制桥梁水流斜交角度达45°，防洪条件困难。黄河水利委员会专家在2006年5月27日的咨询审查意见中提出:“咸阳大桥对防洪影响尤为严重，应采取超常规措施，对桥梁结构进行优化设计，最大限度地增大桥孔跨度，尽最大努力减少对防洪的影响。”经过多次咨询论证，黄河水利委员会在防洪评价报告审查会上形成了书面审查意见，最终同意采用(75+120 +75)m连续梁+(75+2×120+75)m连续梁+ (75+2×120+75)m连续梁 +(75+120+75)m连续梁跨越渭河河道。主跨120 m连续梁为全线跨度最大的特殊结构，体量大、联长长，设计计算较为复杂。

2)高烈度地震区桥梁抗震设计

咸阳渭河特大桥位于地震动峰值加速度0.185g的八度地震区，而高速铁路客运专线桥梁由于桥梁刚度要求高导致结构体量较大，地震力往往控制结构设计，尤其是跨渭河主桥采用的(75+120+120+75)m连续梁，一联梁部混凝土圬工量7 712 m3，质量近2万t，普通的32 m简支梁的质量也超过900 t，地震力工况下的桥梁下部结构及支承结构设计相当困难。

3)3 500 m半径曲线桥上设置钢轨伸缩调节器

咸阳渭河特大桥渭河主桥最大温度跨达195 m，且桥梁位于3 500 m的小半径曲线上，为满足无缝线路长钢轨应力设计要求，必须设置温度调节装置。这是国内高速铁路客运专线首次在曲线地段铺设钢轨伸缩调节器，技术要求复杂，难度大。

3 主要技术水平及创新点

1)跨越渭河跨度的选择

根据防洪评价要求，在渭河河堤迎水面、河堤及背水坡坡面上均不得设置桥墩，且桥下净高需满足堤顶通行道路的要求。

采用主跨120 m的多跨连续结构跨越渭河河道满足了水利部门关于河道内桥梁主跨跨度的要求，但同时也给桥梁设计提出了不小的难题。通过合理措施尽量减小桥梁梁体及下部结构尺寸，既要满足桥梁结构强度安全性和整体刚度的要求，同时又要尽量降低结构自重以解决地震力设计难题。主跨连续梁立面、跨中及支点横截面见图1、图2。

2)高烈度地震区桥梁设置减震措施

针对本线高烈度地震区的桥梁抗震研究，首次研发并采用了新型抗震榫结构(图3)，实现了正常运营

状态下梁体可自由伸缩，地震时固定墩与活动墩上的抗震榫相继进入屈服耗能，大幅度降低了地震作用，为铁路桥梁减隔震技术的进步与发展从理论和实践上开创了新的思路，达到国际领先水平。

图1 120 m主跨连续梁立面(单位:cm)

图2 主跨连续梁横截面(单位:cm)

图3 减震榫布置(单位:mm)

3)曲线桥上设置温度调节器

咸阳渭河特大桥是国内客运专线首次在曲线地段铺设钢轨伸缩调节器。我国早期曾在普速铁路曲线桥上铺设钢轨伸缩调节器，但由于曲线地段横向力较大、轨道几何尺寸不易保持，曲线上伸缩器结构复杂等因素，导致养护维修工作量过大，最终拆除。

高速铁路行车速度高，对轨道平顺性、安全性、稳定性等要求极高，我国客运专线尚无在曲线上铺设钢轨伸缩调节器的先例，也没有相关的产品和设计、施工、运营经验，设计、施工、运营养护难度均较大。此外，咸阳渭河特大桥温度跨度较大，梁缝变化量较大，理论检算跨越梁缝的轨枕支承间距最大可达880 mm，超过规范规定的650 mm，伸缩器结构还需解决梁缝处钢轨支承间距超限问题。

设计期间国内尚没有适用于客运专线铁路曲线上钢轨伸缩调节器的成熟产品。设计采用了BWG曲线钢轨伸缩调节器，适应动车组(轴重17 t)最高通过速度350 km/h(+10%)，标准轨距、60 kg/m钢轨、曲线半径≥2 000 m、梁端钢轨伸缩量≤600 mm、无砟轨道的使用条件。

4)跨越河流、道路采用特殊结构

咸阳渭河特大桥沿线控制桥跨布置因素众多，尤其在西安市近郊，交通发达，道路密集，桥梁在跨越各种控制因素时采用合理适宜的桥跨结构跨越，使桥跨布置出现众多非标梁跨。预应力混凝土连续梁、混凝土连续刚构等特殊桥跨由于施工难度大、施工周期长、工程造价高等因素，故尽量少用。布跨时全桥以32 m简支梁为主，跨越不同建筑物时根据具体条件和相关要求分别采用了(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+2×120+75)m，(54+90+ 54)m连续梁等特殊结构。由于全桥较长，跨越的建筑物较多，对桥梁孔跨布设有较多约束，因此，在设计过程中对部分连续梁及刚构的边跨长度进行局部调整以适应跨度要求。值得一提的是，跨乐育路立交桥处采用的44 m简支梁为当时国内高速铁路客运专线最大跨度简支梁结构。