徐宿淮盐铁路盐城特大桥主桥桥式方案研究

高 磊

(中铁第五勘察设计院集团有限公司， 北京 102600)

徐宿淮盐铁路盐城特大桥主桥桥式方案研究

高 磊

(中铁第五勘察设计院集团有限公司， 北京 102600)

盐城特大桥上跨新洋港主桥为新建徐宿淮盐铁路重点控制工程。文章介绍了盐城特大桥上跨新洋港主桥的方案构思及设计研究，提出了3种工程技术方面可行的桥式方案，即钢桁斜拉桥、钢桁拱桥、拱加劲钢桁连续梁方案。结合桥址建设条件，考虑通航净空和净高限制，综合河段上、下游景观协调，在满足结构受力及列车运营对刚度要求的前提下，以降低工程造价、便于施工、减少建桥对河道的影响为原则，从结构体系、施工方法、工程投资、动力特性、景观效果等方面对3种桥式方案进行了比选分析，最终选定(72+96+312+96+72)m钢桁斜拉桥方案为推荐方案。

盐城特大桥； 桥式方案研究； 钢桁斜拉桥； 钢桁拱桥； 拱加劲钢桁连续梁

1 工程概述

徐宿淮盐铁路位于江苏省北部地区，连接徐州、宿迁、淮安、盐城四地市，沿线地区是江苏省重要的工业、经济、文化、城市等发展水平较高的经济走廊。

桥位处河道顺直，河槽宽阔。在盐城市区境内呈东西走向，通榆运河呈南北走向，贯通方案线位正处于新洋港与通榆运河交界的喇叭口处，线位与新洋港基本正交，位于既有新长线东侧20 m处，线位处河宽约190 m。桥位处平坦开阔，边滩开发为砂场、料场，河道两侧无明显河堤，房屋密集。

线位跨越处位于新洋港通榆运河以西，根据航道规划，本段已纳入盐邵线航道，盐邵线是江苏省主要内河干线航道之一，规划为Ⅲ级航道，要求净宽≥70 m，净高≥7.5 m。桥梁跨越点河道水面宽240 m左右，受新洋港航道通航净空要求控制，确定主通航孔312 m。

2 主要技术标准

(1)铁路等级：客运专线；

(2)线路情况：双线，线间距4.6 m，直线、平坡；

(3)设计行车速度：250 km/h；

(4)牵引种类：电力；

(5)机车类型：CRH动车组；

(6)设计活载：ZK活载；

(7)设计洪水频率：1/100；

(8)地震烈度：地震烈度7度，地震动峰值加速度Ag=0.156 g，Tg=0.80 s，场地为Ⅲ类场地。

3 桥梁结构形式的选择

3.1 选择桥型遵循的原则

桥梁在满足航运、防洪、铁路的正常运营维护要求的基本原则基础上，需要选择经济合理，造型美观的方案。根据以上设计理念，结合桥址处建桥条件，确定以下设计原则：

(1)有效性：桥跨布置及桥下净空应满足航运、防洪的现状及规划要求。

(2)实用性：大桥必须首先满足时速250 km/h的铁路客运专线的功能要求，结构物的强度、刚度、稳定以及旅客乘车的舒适性必须满足规范要求。

(3)经济性：满足功能性要求的前提下，造价要合理。

(4)美观性：可采用的桥型方案与环境融合协调，方案景观设计的重点在各构件外型的美观性及构件之间的比例协调性。

(5)可实施性：桥梁结构设计应考虑项目建设地区的具体情况和施工单位的作业技术能力、装备水平，并应提出施工验收准则；设计中应考虑高、大、重设备的运输及安装方案、实施条件、检修置换作业及其他特殊安装要求；现场制作的设备应考虑现场作业条件及环境特点等因素。

根据以上原则，结合桥位处地形地质条件较差，采用自重轻、跨越能力强、建筑高度低、施工工期短的钢桥，以降低下部结构工程量和引桥的高度。

本桥主跨312 m，可供选择的桥型方案有斜拉桥、拱桥。

3.2 桥式方案

本桥主跨跨度312 m，列车时速250 km/h，针对铁路荷载大、对桥梁刚度要求高的特点，本桥设计除应满足通航功能要求外，还应满足列车运营对刚度的要求；考虑该河段上、下游景观的协调性，类比已建成的工程实例，与本桥跨度相适应，可供选择的桥型方案有钢桁斜拉桥、钢桁拱桥、拱加劲钢桁连续梁。

3.2.1 钢桁斜拉桥方案

结合桥址建桥条件，在满足结构受力及使用要求的前提下，桥型选择应以降低工程造价、便于施工、减少建桥对河道的影响为原则，斜拉桥方案造型挺拔、刚劲，施工便捷，受力合理，是现代桥梁技术发展的结晶。国内已建成大跨度的铁路斜拉桥：南广铁路桂平郁江大桥，主跨为228 m，双线铁路，列车设计时速为250 km/h；贵广铁路思贤窖大桥，主跨为230 m，铁路四线铁路，列车设计时速为250 km/h。

类比国内外的工程实例，该方案采用(72+96+312+96+72)m钢桁斜拉桥结构，全长650 m，全桥为半漂浮体系，塔梁间设置纵向阻尼器。主梁采用钢桁梁，两片主桁，主桁采用三角形桁式，节间距12 m，全桥共54个节间；主桁高度14 m；两主桁中心距15 m。主桥桥式布置如图1所示。

图1 钢桁斜拉桥方案布置图(m)

主桁采用焊接杆件，整体节点。在节点外以高强度螺栓拼接的结构形式，上下弦杆四面等强对接拼装。H型腹杆采用插入式连接。箱型腹杆采用四面与主桁节点对拼的连接形式。

为适应客运铁路的运行要求，采用有道砟的正交异性钢桥面。铁路钢桥面板在9.5 m道砟槽板范围内采用不锈钢复合钢板(热轧)，其基材为16 mm厚的Q370qE钢板，面板为厚3 mm的不锈钢钢板。钢桥面板下横桥向设置多道U形肋，两侧各设置多道I形肋；在每条轨道下设置1道纵梁，纵梁中心距1.5 m，全梁共设置4道，纵梁采用倒T形截面。沿桥纵向每隔3 m设置1道横梁，节点横梁与节间横梁高均为1.4 m。横梁采用倒T形截面，横梁上翼板与主桁伸出肢焊接，腹板及底板与主桁伸出肢栓接，边墩及辅助墩相邻的2个节间处设压重。桥面布置如图2所示。

图2 桥面布置图(mm)

钢桁斜拉桥主要施工步骤如图3所示。

图3 钢桁斜拉桥主要施工步骤

3.2.2 钢桁拱桥方案

钢桁拱桥方案主要特点：较同等跨度的桥梁结构刚度大，适合高速行车，整体稳定性好，是带加劲腿的平弦钢桁梁和变高度的桁拱组合桥，其结构体系为连续梁，其中系梁受拉、拱圈受压。墩身以承受竖向荷载为主。结构的景观性较好，为经典的桥式，历史悠久。国内已建成的大跨度铁路钢桁拱桥有：宜万铁路万州长江大桥，主跨360 m，设计时速120 km/h；南钦铁路三岸邕江大桥，主跨276 m，设计时速250 km/h；京沪高速铁路南京大胜关长江大桥，主跨336 m，设计时速300 km/h。

借鉴国内大跨度铁路钢桁拱桥的设计、施工经验，该方案采用(144+312+144) m钢桁拱桥结构，全长602 m。主桁采用“N”字形桁，两片主桁的横向中心距15.0 m，桁高15 m，节间距12 m，全桥共50个节间。斜腹杆倾角51°，加劲弦高度20 m，拱顶桁高9 m，矢高(拱顶到支座)64 m，矢跨比1/4.125。钢桁拱桥采用加劲弦钢桁梁和变高度的桁拱组合结构桥，该方案的主要特点是结构刚度大，整体稳定性好，结构的景观性较好，但由于桁宽加大，且制造、施工工艺较复杂，因此工程造价较高。主桥桥式布置如图4所示。

图4 钢桁拱桥方案布置图(m)

主桁采用焊接杆件，整体节点。在节点外以高强度螺栓拼接的结构形式，上下弦杆四面等强对接拼装。H型腹杆采用插入式连接。箱型腹杆采用四面与主桁节点对拼的连接形式。

钢桁拱桥主要施工步骤如图5所示。

图5 钢桁拱桥主要施工步骤

3.2.3 拱加劲钢桁连续梁方案

拱加劲钢桁连续梁可提供较高的竖向刚度，国内已建成的大跨度铁路拱加劲钢桁连续梁有：福厦铁路闽江特大桥，主跨198 m，设计时速160 km/h；厦深铁路榕江特大桥，主跨220 m，设计时速250 km/h。

借鉴国内大跨度连续钢桁柔拱桥的设计、施工经验，该方案采用(144+312+144)m拱加劲钢桁连续梁结构，全长602 m。主桁为”N”字型桁式，桁高15.0 m，节间距12.0 m；加劲弦高15.0 m，拱肋采用圆曲线，矢高(拱顶到支座)88.0 m，矢跨比1/3.55。该方案的主要特点是竖向刚度大，线条优美，但由于拱肋较高，施工难度较大。主桥桥式布置如图6所示。

图6 拱加劲钢桁连续梁(m)

拱加劲钢桁连续梁主要施工步骤如图7所示。

3.3 分析各桥式方案比选

分析各桥式方案比选结果，如表1所示。

钢桁拱桥较同等跨度的桥梁结构刚度大，适合高速行车，整体稳定性好，结构的景观性较好，为经典的桥式，历史悠久，但工程造价较高。拱加劲钢桁连续梁可提供较高的竖向刚度，线条优美，景观效果好，但施工过程体系转换较多，施工复杂，工期长。钢桁斜拉桥方案施工费用相对不高，造型挺拔、刚劲，施工便捷，且技术成熟，受力合理，安全可靠，确定钢桁斜拉桥为推荐方案。

图7 拱加劲钢桁连续梁主要施工步骤

项目钢桁斜拉桥钢桁拱桥拱加劲钢桁连续梁孔跨布置/m72+96+312+96+72144+312+144144+312+144体系特点钢桁斜拉桥结构技术先进,施工便捷,景观效果好钢桁拱桥结构较为复杂,竖向刚度大,线条优美拱加劲钢桁连续梁结构可提供较大的竖向刚度大,线条优美施工难度钢梁架设采用对称悬拼法,在主塔设临时托架向两侧施工,存在体系转换及斜拉索调索,施工工期较长施工需搭设临时墩及吊索塔架,技术成熟施工需搭设临时墩、吊索塔架及竖转系统,存在三次体系转换,施工较复杂竖向静活载挠跨比中跨(352mm) 1/886中跨(125mm) 1/2496中跨(88mm) 1/3545梁端竖向转角/rad1.66‰2.18‰1.8‰桥长/用钢量/(t/m)18.529.0230.2指标/(万元/m)49.456.758.3全桥预算3.2亿元3.4亿元3.5亿元

4 结论

根据目前国内高速铁路桥梁建设的成功经验，上述3种桥式方案在工程技术方面可行。

盐城特大桥跨越新洋港主桥，受航道通航净空要求控制，3种桥式方案均采用下承式结构，有效降低线路标高；从经济方面比较来看，3种方案总投资相差不大，斜拉桥方案最低；从施工方面来看，钢桁斜拉桥采用对称悬臂拼装，同时利用斜拉索进行辅助，不需大型施工设备，降低施工临时设施费用；从结构方面上来看，钢桁斜拉桥较钢桁拱桥、钢桁柔性拱用钢量少，钢桁杆件种类相对较少，便于钢梁制造及安装，同时斜拉桥辅助墩的设置能够有效提高结构刚度，降低梁端转角，提高高速铁路运营舒适度。经综合比选，钢桁斜拉桥在结构体系、施工方法、工程投资、动力特性、景观效果等方面均有较好优点，盐城特大桥主桥选定钢桁斜拉桥方案。

[1] 中铁第五勘察设计院集团有限公司．新建徐宿淮盐铁路盐城特大桥施工图[Z]．北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2015. China railway Fifth Survey and Design Insitute Group Co.,Ltd．Construction Drawing of Yan Cheng Extra-large Bridge in the whole line of Xu-Su-Huai-Yan Railway[Z]．Bei Jing：China railway Fifth Survey and Design Insitute Group Co.,Ltd，2015.

[2] 易伦雄．大跨度铁路桥梁桥型方案构思与设计[J]．桥梁建设，2005，35(2)：34-36． YI Lunxiong．Conception and Design of Proposed Bridge Types for Long-Span Railway Bridge[J]．Bridge Construction，2005,35(2)：34-36．

[3] 杨平．南广铁路桂平郁江双线特大桥主桥桥式方案研究[J]．中国新技术新产品，2009,25(7)：63. YANG Ping． Research on Type of Main Bridge of Guiping Yujiang Double line Extra-large Bridge on the Railway From Nanning to Guangzhou [J]．China New Technologies and Products，2009,25(7)：63.

[4] 薛宪政．松花江公铁两用桥主桥方案设计[J]．铁道勘察，2013,34(6)：79-82. XUE Xianzheng．Project Design of Main Bridge in Songhuajiang Combined Highway and Railway Bridge [J]．Railway Investigation and Surveying，2013,34(6)：79-82.

[5] 吴冲．现代钢桥[M]．北京：人民交通出版社，2006． WU Chong．Modern Steel Bridge[M]．Bei Jing：China Communication Press，2006．

[6] TB 10621-2014 高速铁路设计规范[S]. TB 10621-2014 Code for Design of High Speed Railway[S].

[7] TB/T 2360-1993 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[S]. TB/T 2360-1993 Test Identification Method and Evaluation Criteria for Dynamic Performance of Railway Locomotive[S].

[8] GB 5599-1985 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S]. GB 5599-1985 Railway Vehicles-S Pecification for Evaluation the Dynamic Performance and Accreditation Test [S].

Research on Type Scheme of Main Bridge of Yancheng Extra-large Bridge on Xu-Su-Huai-Yan Railway

GAO Lei

(China railway Fifth Survey and Design Insitute Group Co.,Ltd., Beijing 102600， China)

Main bridge of Yancheng Extra-large Bridge which spans Xinyanggang River is the major project in the whole line of Xu-Su-Huai-Yan Railway. This thesis introduces the ideation and research of the bridge type design. Based on this, it suggests three schemes of bridge types suited to the conditions in this bridge site. The three schemes include projects of steel trussed cable-stayed bridge, steel trussed arch bridge and reinforced steel arch truss continuous beam. This bridge design should meet the requirements of navigation function, at the same time should also meet the requirements of train operation of stiffness, considering the coordination of the upstream or downstream of the river landscape, so as to choose the most economic and reasonable bridge type scheme. Therefore, after comparing and researching the three projects from aspects such as construction systems, construction methods, investment scale and landscape effects, the conclusion is that the project of continuous steel trussed cable-stayed bridge (with five spans as 72+96+312+96+72 m) is the most appropriate one and recommended.

Yancheng Extra-large Bridge； research on bridge type scheme； steel trussed cable-stayed bridge； steel trussed arch bridge； stiffening arch steel truss continuous beam

2015-11-23

高磊(1982-)，男，工程师。

1674—8247(2016)02—0010—05

U442.5+4

A