长昆高速铁路贵州、云南段桥梁设计

何庭国 徐 勇 曾 焰 许智焰

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

长昆高速铁路贵州、云南段桥梁设计

何庭国 徐 勇 曾 焰 许智焰

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

长沙至昆明高速铁路穿行于云贵高原，多次跨越河流、水库和深谷。高原山区通道资源有限，高速铁路与既有普通铁路、公路、石油管线等在多个地段选择同一通道，相互交叉时，高速铁路多以桥梁上跨通过。在山区常常出现地面设站困难，而将车站设于桥上。同时本线还穿过9度地震区，桥梁抗震设计需要特殊考虑。桥梁结构设计时充分考虑了上述诸多因素的影响，结合桥梁的功能需求、桥梁所处环境、桥址地形和地质条件，研究设计了多种经济、合理的结构形式，取得了良好的经济和社会效果。本文对长昆高速铁路贵州、云南段桥梁设计进行了总结，介绍了桥梁结构的多样化设计，希望对类似工程设计有所启示。

高速铁路； 长昆铁路； 桥梁设计； 多样化

长沙至昆明高速铁路穿越云贵高原时，由于高原地形变化剧烈，起伏大，而高速铁路曲线半径很大，对地形的适应性较差，线路多次跨越深大峡谷，如跨越清水河、坝陵河、北盘江、岔河等，因此出现了大量的高墩大跨桥梁。同时，在与长昆高速铁路同一通道内有既有铁路、高速公路、油气管线等大量既有工程，因此高速铁路也多次跨越既有铁路、高速公路、油气管线以及众多规划道路。云贵高原为典型喀斯特地貌，地表洼地、漏斗较多，桥梁墩台为了躲避这些不良地质，也常采用调整跨度的办法。本线与贵阳铁路枢纽东北环线小角度交叉，上跨东北环线南明河特大桥，交叉处两线共用一个桥墩。本线壁板坡隧道采用单线隧道分修，前后引线桥梁为单线桥梁，需满足高速铁路运行安全、平稳的要求。山区地面设站条件有限，有时不得不将车站设于桥上，本线也出现了大量的车站多线桥梁。线路还穿越9度地震区，桥梁抗震设计需要特殊考虑。以上诸多因素导致本段高速铁路桥梁设计难度增大，为满足各种需求，桥梁结构形式呈现多样化，而且为适应地形和立交的需要，设计还研究采用了一些异形的桥墩结构形式。

1 简支梁桥

1.1 高墩简支梁桥

云贵高原山岭与平坝相间出现，线路在跨越山头后地势突然陡降，两山之间多以桥梁通过，往往出现高桥。经技术经济比较，墩高在60 m以下一般采用32 m简支梁桥通过，更高的桥梁通常以多跨连续梁或连续刚构通过。高墩简支梁桥的桥墩刚度决定了行车的安全和舒适性，但其横向刚度规范没有明确的规定，为此，开展了“高速铁路桥墩横向静力刚度对行车性能的影响”专题研究，提出了不同墩高的横向静力刚度指标建议值[4]，以指导设计。图1为一典型高墩简支梁桥布置图。

1.2 大跨度简支梁桥

为了避免在陡坡上设墩，部分跨U形谷桥首孔或末孔采用40 m跨度简支梁跨越。图2为一跨40 m简支梁与一联连续梁跨越U形峡谷布置图，40 m简支梁特殊设计，现浇施工。

图1 典型高墩简支梁桥布置图(m)

图2 大跨度简支梁布置图(m)

1.3 单线简支梁桥

长昆高速铁路壁板坡隧道采用单线隧道分修，其前后引线桥梁为单线桥梁。为了满足高速铁路运行安全、平稳的要求，对单线桥梁设计进行了专题研究。单线梁为特殊设计，比较了结合梁、混凝土箱梁方案，采用混凝土箱梁方案。通过实桥的车桥耦合动力分析，验证了行车的安全性和舒适性，稳定了墩、梁结构尺寸。单线桥墩高在20 m以内，为统一模板，采用圆端形直坡实体墩。

2 连续结构桥

因跨越河流、水库、峡谷、道路、高速公路、铁路、油气管线以及山间U型深槽等，长昆高速铁路云南、贵州段共设计采用了70余联预应力混凝土连续梁或连续刚构，主跨跨度从48 m到168 m。

跨越清水河和岩寨水库都采用(72+128+72)m预应力混凝土连续梁。图3为岩寨水库大桥布置图，深水基础采用高承台桩基础设计，吊箱围堰施工。

跨越高速公路的姚官屯特大桥采用了(42+128+42)m的拱加劲连续梁桥，如图4所示。跨越U型宽谷的下庄特大桥采用(40+4×64+40)m连续梁、小寨坡特大桥采用(40+3×64+40)m连续梁、小岩头特大桥采用(48+3×80+48)m刚构-连续梁。图5为下庄特大桥布置图。

图3 岩寨水库大桥布置图(m)

图4 拱加劲连续梁桥跨越高速公路(m)

跨越深大峡谷坝陵河和岔河时比较了人字墩的双主跨连续梁桥式和单主跨连续刚构桥式方案，采用了施工方便、工艺成熟的连续刚构桥式。岔河桥(88+168+88)m 连续刚构方案如图6所示。

跨越既有铁路的4座连续梁桥为沾益特大桥(72+128+72)m、白水特大桥(56+100+56)m、张家田特大桥(60+100+60)m和邓家山村大桥(40+56+40)m。为避免连续梁悬灌施工对铁路运营的干扰，采用在铁路旁悬灌后再平转就位的转体施工方法[8]，图7为白水特大桥转体施工示意图。

图5 U型深谷典型连续梁桥布置图(m)

图6 岔河特大桥(88+168+88)m连续梁刚构布置图(m)

3 道岔连续梁桥及车站高架桥

3.1 小跨度多跨连续梁

车站中两正线间设置渡线时，采用6×32 m等高连续梁，长昆线有多处此种标准渡线上桥，设计了6×32 m连续梁通用图。

图7 白水特大桥转体施工(m)

3.2 车站高架桥

长昆高速铁路贵州、云南段受地形条件限制，部分站场选址困难，有多座车站设于桥上。普安车站设于虎跳河特大桥上，是一座典型的车站高架桥，且桥墩较高，地形横坡陡峭，结构最为复杂。该桥上设2条正线，2条到发线，并且从一侧到发线上再引出2条段管线、1条安全线，避开段管线和安全线后，在到发线两侧各设9 m宽站台。全桥共采用10种梁型(含站台梁)，除正线采用标准双线箱梁外，其他均为特殊设计的变宽梁、单线梁、超宽梁等，虎跳河高架桥梁片布置如图8所示。站台区正线梁、到发线梁、站台梁共用门式刚架墩，典型刚架墩构造如图9所示。道岔区变宽连续梁与段管线、安全线梁也共用门式墩。而进站端正线与段管线间距较大，墩、梁均为分修。

图8 普安车站虎跳河高架桥梁片布置(站台区仅示局部)

图9 普安车站虎跳河高架桥典型刚架墩构造

4 大跨度拱桥

跨越北盘江峡谷线位较高，比较了钢桁梁悬索桥、钢桁梁斜拉桥、钢桁拱桥和钢筋混凝土拱桥，最终采用了刚度大、经济性好的445 m跨度上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥,为世界上最大跨度的钢筋混凝土拱桥，北盘江特大桥布置如图10所示。

图10 北盘江特大桥布置图(m)

骨架采用钢管桁架拱，由8根钢管组成4片桁，再连接成拱桥骨架。钢管桁架拱采用缆索吊装、斜拉扣挂法悬拼施工。骨架成拱后灌注钢管内混凝土，然后依托骨架并在斜拉扣、背索辅助下浇筑拱圈两边箱室，最后浇筑中箱顶、底板形成拱圈全断面。拱圈断面混凝土浇筑顺序如图11所示。

图11 拱圈骨架施工及拱圈混凝土浇筑顺序

5 9度地震区及跨越油气管线桥梁设计

5.1 9度地震区桥梁设计

长昆高速铁路从云南小江断裂带附近通过，地震烈度为9度，桥梁设计遵循如下原则：

(1)桥位选择在地基稳固的地段；

(2)控制桥高，避免出现高墩大跨桥梁；

(3)采用小跨梁等跨布置。

全线9度地震区的桥梁总长约9 km，在选线设计时进行了桥高控制，最大桥高控制在30 m以内，大多数墩高在20 m以内。

对20 m、24 m、32 m梁跨进行了抗震分析和技术经济比较，采用了24 m预应力混凝土简支箱梁，各桥全部等跨布置，同时配合摩擦摆隔震支座使用。

因部颁标准梁不适用于9度地震区，特别设计了9度地震区24 m后张法预应力混凝土简支箱梁。梁长24.55 m，支点跨径23.3 m，并将梁缝由10 cm加大到15 cm以适应摩擦摆支座的活动需要。

结合9度地震区24 m简支箱梁的设计，开展了适用于高烈度地震区的三向限位措施研究[6]。采用了纵、横向防落梁挡块配合球铰式竖向限位器的防落梁体系。

5.2 跨越石油管线桥梁设计

石油部门要求结构物边缘距离输油管道的水平距离不得小于5 m，且还需满足检修空间的要求。施工方案应报相关部门审批后方可实施。

当管道穿越长昆高速铁路路基地段时，一般采用门式刚架桥的形式，如图12所示。

石油管道下穿铁路桥梁时，通常采用简支梁跨越。当桥梁与输油管道交角很小时，常用跨度的简支梁桥难以跨越，这时可在交叉处设门式桥墩，仍采用简支梁桥型，如图13所示。刚架墩横梁跨度需满足基础最外缘距油管安全距离不小于5 m的要求。刚架墩墩高较小时，为避免墩柱出现过大温度力，将一侧墩柱释放水平约束，在墩顶设支座。

图12 路基填方段油管刚架桥(m)

6 异形桥墩设计

6.1 倒锥形八角墩

线路在凯里附近斜跨规划的城市主干道，桥墩设于分隔带和绿化带中，受分隔带、绿化带的制约，墩身尺寸需尽量缩小，但墩顶部分又需要较大尺寸来支撑上部结构。同时从景观效果考虑，经比较研究，采用了正八边形的桥墩。墩底内切圆直径2.2 m，为了支撑上部结构，墩身上段约5.5 m逐渐向上扩大，形成倒锥形结构，如图14所示。

图14 八边形倒锥体桥墩(m)

图16 上下层铁路交叉平面关系

6.2 纵向悬臂顶帽桥墩

在另一跨越规划道路的工程中，原设计铁路桥墩设于道路中央分隔带内。铁路与道路在同一时段施工，但道路实施时线位偏离原规划位置约3 m。为了避免将铁路桥墩设在行车道上，铁路桥墩改变设计，采用了桥墩顶帽偏离墩中心的悬臂式顶帽设计，支承中心偏离墩中心2.15 m，如图15所示。

图15 悬臂式顶帽桥墩(m)

6.3 双层铁路刚架桥墩

长昆高速铁路与贵阳铁路枢纽东北环线小角度交叉，上跨东北环线南明河特大桥，设长昆高速铁路石头寨特大桥。在交叉处，下层南明河特大桥采用32 m简支梁，上层石头寨特大桥采用(40+2×64 m+40)m连续梁跨过，上下层桥梁平面关系如图16所示。两桥在交叉点共用一个桥墩，采用门式刚架墩，梁部分别架设在上下两层横梁上。桥墩构造如图17所示。

7 结束语

本文对长昆高速铁路贵州、云南段桥梁设计进行了总结，介绍了桥梁结构按照功能需要、地形和环境条件因地制宜进行的多样性设计，全段桥梁设计经济、合理，取得了良好的经济和社会效果，希望可为类似工程提供借鉴。

图17 双层铁路桥墩构造图(m)

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

[2] TB 10002.1-2005 铁路桥涵设计基本规范[S]. TB 10002.1-2005 Fundamental code for design on railway bridge and culvert[S].

[3] 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]. TB 10002.3-2005 Code for design on reinforced and prestressed concrete structure of railway bridge and culvert[S].

[4] 何庭国，李永乐，曾焰. 高速铁路桥墩横向静力刚度对行车性能的影响研究[J].高速铁路技术，2010(S1)：25-30. HE Tingguo,LI Yongle,ZENG Yan. Influence of Pier Lateral Static Force Rigidity on Tran Operation on High Speed Railway[J].High Speed Railway Tecnology,2010 (S1):25-30.

[5] GB 50111-2006 铁路工程抗震设计规范[S]. GB 50111-2006 Code for seismic design of railway engineering[S].

[6] 中铁二院工程集团有限责任公司.高烈度地震区防落梁体系研究报告[R].成都: 中铁二院工程集团有限责任公司,2014. China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd. Report of research on preventing the beam falling system in Highly seismic zone[R].Chengdu：China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd,2014.

[7] 陈思孝，陈克坚.重庆至利川铁路典型桥梁设计[J].高速铁路技术，2014,5(1)：68-72. CHEN Sixiao，CHEN Kejian. Design of Typical Bridge on ChongQing-LiChuan Railway[J].High Speed Railway Tecnology,2014,5(1):68-72.

[8] 魏建，李慧君，胡玉珠,等.跨既有铁路连续梁转体系统设计[J].高速铁路技术，2010(S1)：147-153. WEI Jian,LI Huijun,HU Yuzhu,et al.Design of Rotator System for Continous Beam of Bridge Passing Over Existing Railway[J]. High Speed Railway Tecnology,2010(S1):147-153.

Bridge Design of Guizhou & Yunnan Section in Changsha-Kunming High Speed Railway

HE Tingguo XU Yong ZENG Yan XU Zhiyan

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.，Chengdu 610031，China)

ChangSha-KunMing high-speed railway runs through Yunnan-Guizhou Plateau, crosses rivers, reservoirs and ravine many times. The channel resources of plateau mountain area are limited, ordinary railway, high-speed railway, highway and oil pipeline select the same channel. Usually high-speed railways overpass other lines while they intersect. In the mountains it is often difficult to set up ground stations and the station will be located at the bridge. The line also goes through 9 degree earthquake zone, bridge seismic design needs special consideration. Impact of the above factors is fully taken into account when designing bridges. Combined with the functional requirements of the bridge, the environment, topography and geological conditions of bridge site, a variety of economic and reasonable bridge structures are researched and designed, good economic and social effects are achieved. In this paper, bridge design of Guizhou & Yunnan Section of Changsha-Kunming high speed railway has been summarized , diversity design of the bridge structure is introduced, it is hoped to have implications for similar projects.

high-speed railway; Changsha-Kunming Railway; bridge design; diversity

2016-02-06

何庭国(1971-)，男，教授级高级工程师。

1674—8247(2016)05—0084—07

U442.5

A