连镇高速铁路淮扬镇段桥梁总体设计研究

齐 林

(中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070)

1 工程概述

新建连镇铁路[1]贯穿苏北、苏中、苏南地区，始于连云港市董集站经淮安、扬州至镇江，正线长度304.604 km。

中铁上海设计院为总体设计单位，负责项目设计文件的总体性编制，并承担淮安东站(不含)至丹徒站段(DK118＋300～沪宁城际 K224＋650，长191.164 km)设计工作。以下简称淮扬镇段。淮扬镇段桥梁占线比90.3%。

淮扬镇段正线全长191.164 km，联络线部分:

(1)淮扬联络线:左线长4.793 km，右线长4.730 km。

(2)淮泰联络线:左线长3.654 km，右线长4.210 km。

(3)宁启施工便线:左线长1.304 km，右线长1.307 km。

(4)镇江联络线:左线长11.520 km，右线长11.377 km。

(5)改建既有京沪线两处，合计6.688 km。

1.1 自然条件

线路所经地区广泛发育滨海相、河流相及湖相软土、松软土，厚度较大，性质较差，部分地段分布大量新近沉积层，工程地质条件较复杂。沿线平原地区部分地段地下水水质较差，具有一定程度的侵蚀性。地震动参数区划为:DK187＋070以北抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度值0.05 g；以南抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值0.10 g或0.15 g。

1.2 建设条件

本线穿越铁路、公路、市政道路、河道、管线等障碍物，建设条件复杂。全线特殊结构共130联，沿线上跨高速公路19处、等级航道15条、河流125条、省道18处以及主要城市干道20余处，上跨沪宁城际及京沪铁路、下穿京沪高铁等既有铁路14次。

1.3 主要技术标准

(1)铁路等级:高速铁路；(2)轨道类型:无缝线路，有砟轨道；(3)正线数目:双线，线间距4.6 m；(4)设计速度:250 km/h；(5)最小曲线半径:3 500 m；(6)设计活载:ZK活载；(7)设计洪水频率:1/100。

2 主要设计原则

2.1 桥式方案

常用跨度简支梁以32 m、24 m跨度为主[2]，施工方案以预制架设为主，当受地形、施工组织等条件控制时，采用支架现浇或移动模架施工。

跨越既有铁路，根据斜交角度和布跨要求，可采用门式墩方案或转体连续梁方案。门式墩方案梁部采用预制架设预应力混凝土箱梁或钢箱梁，施工方案需尽量减小对运营铁路的影响。

上跨高速公路，需满足公路安全评估要求。选用连续梁或其他大跨结构跨越，施工方案选用对高速公路影响小的挂篮悬浇、转体、顶推等工程方案。

跨越河道、水渠等障碍物，需满足航道评估要求、防洪论证评估要求。综合考虑水中基础、上部结构等多重因素，选用大跨度连续梁桥、连续刚构桥或大跨度连续梁拱组合结构。

跨越地下管道、地下隧道，结构布跨满足相关行业技术标准。

2.2 梁部结构

区间正线标准简支梁采用“通桥(2009)2229”系列梁图，以32 m、24 m简支箱梁为主(32 m、24 m等高梁)[3－4]。

扬州、镇江联络线一般桥梁采用32 m、24 m、20 m简支箱梁，单线采用“通桥(2014)2131”部颁标准系列梁图，双线采用“通桥(2009)2229”部颁标准系列梁图。线间距大于4.6 m时，双线变单线简支梁采用2131单线梁图且悬臂过渡。道岔区采用道岔连续梁设计。

跨越既有铁路、高等级公路、市政道路、通航河道、行洪河道、地下管线时，可采用大跨连续梁、大跨连续刚构、大跨连续梁拱等特殊结构。全线桥梁均采用球型钢支座。

2.3 墩台及基础

本线正线及联络线双线简支箱梁桥墩一般采用双线圆端实体桥墩，通用图号“通桥(2009)4201”系列。扬州、镇江联络线单线简支箱梁桥墩一般采用单线圆端形实体桥墩。墩高>25 m时，采用双线圆端空心桥墩。

防洪评估有特殊要求时，需要采用圆形墩。

当桥梁位于深厚软土地区时，其桩基类型应根据地层情况，可考虑采用预应力管桩，必要时可设置斜桩，其斜率一般为10∶1。一般地区的桥梁采用钻孔桩基础，较小跨度时采用ϕ1.0 m钻孔桩，较大跨度选用ϕ1.25 m钻孔桩，特殊跨度桥梁可采用较大直径钻孔桩。

桩基一般选择承载力较高的岩层、砂卵石层、硬塑黏土层等作为持力层。如果地质较差，可选择密实粉砂土层等作为持力层。当桩底土层σ0<500 kPa时，按摩擦桩设计；当桩底土层σ0≥500 kPa时，按柱桩计算。桩底置于W3强风化层上时，一般按摩擦桩设计，当W3强风化层σ0≥500 kPa时，桩长按摩擦桩设计，桩身配筋按柱桩设计。

软土地区桥台桩基，当后排桩基控制设计时，需考虑地基下沉引起桩基的负摩擦力。对于桥墩桩基，除地表下沉区域外，一般可不考虑负摩擦力的影响。

建于软土地层的桥台，除计算桥台的附加竖向压力外，还应考虑附加水平力影响，该影响宜采用侧压力系数法计算。若台后路基进行地基加固，锥体及台前一定范围一般也应采取相同的加固措施；若台后路基不进行加固，则应进行抗滑检算并采取相应措施以保证路基纵向稳定。当桥台地基采取加固措施时，一般不考虑附加水平力影响。

软弱黏土层桩基计算，地基系数的比例系数m和m0值，应根据承台底面或最大冲刷线下2(d＋1)范围软土的物理力学指标及承台水平位移值进行相应折减[5]。

陡坡地段墩台基础及墩身设计以及置于既有路基边坡上的桥墩台基础及墩身设计，均应计入墩台侧土压力的影响(包括既有线路基填土以及既有线活载土压力)，δ取ϕ/2。

桩基计算时注意地基系数的适用条件——当承台水平位移大于6 mm时必须重新设计计算。

3 大跨度桥梁

3.1 概述

本线穿越长三角发达地区，沿线高等级河道、航道、高速公路、既有铁路、市政道路众多，多处需要以大跨度桥梁跨越[6]，见表1。

表1 __特殊结构汇总

3.2 大跨度预应力混凝土连续梁结构

本线主跨大于100 m的大跨连续梁共计10座，分别为(60＋100＋60)m连续梁4联、(64＋108＋108＋64)m连续梁1联、(65＋114＋65)m连续梁1联、(75＋128＋75)m连续梁3联[7]。结构参数见表2。

表2 大跨度预应力混凝土连续梁结构参数

大跨度连续梁通常跨越运营铁路、运营高速公路、通航河道、市政道路等，具有施工安全风险高、施工周期长、后期工后徐变控制难度大等特点[8]。因此，在设计阶段应充分考虑各种因素，并采取适当措施减小相关因素的影响。

(1)采用转体施工法，合龙段采用钢壳作为底模进行施工，减小对运营铁路的影响[9]。(2)悬浇挂篮采用全封闭防护罩，防止掉落物坠落至高速公路或市政道路；通航河道上桥梁施工采用助航标志，焊接时采取严格控制措施，防止引燃桥下通行船只。(3)延长加载龄期，混凝土弹性模量提高，减少了弹性变形，徐变终极值也相应变小；调整合龙束张拉顺序，并控制箱梁恒载作用下的上下缘应力差以减少工后徐变。

4 桥梁结构体系及创新

4.1 异形梁结构

本线淮安－镇江段于扬州地区设置铁路互通，为满足线路要求，采用异形梁结构[10]，见图1。

图1 异形梁平面(单位:cm)

该异形梁双箱单室截面箱梁顶板宽12.576～16.956 m，箱梁底板宽3.3 m；单箱单室截面箱梁顶板宽7.2 m，箱底宽3.3 m，38＃墩处加宽至4 m。全桥顶板厚35 cm，底板厚32 cm，腹板厚度50～80 cm，按折线变化。

随着高速铁路快速发展，铁路线路联络沟通愈加复杂，该类结构在高速铁路桥梁中的应用能解决互联互通的结构问题，可为同类型线路方案提供结构解决方案。

4.2 Y形桥墩结构

本线跨越众多市政道路，为解决孔跨布置问题及减少非标梁的应用，提高施工效率，采用Y形桥墩设计，该类型结构为铁路桥梁范围内首次应用，见图2、图3。

图2 Y形刚构墩立面(单位:cm)

图3 Y形刚构墩侧面(单位:cm)

4.3 小半径转体连续梁

淮扬左线特大桥跨宁启铁路采用国内单线铁路跨度最大、曲线半径最小(R＝700 m)、距离既有线最近、坡度最大的铁路单线(68＋128＋68)m转体连续梁。

主梁高度为:支点处为8.6 m，梁端直线段及中跨合龙处为4.5 m，之间用R＝462.736 m的圆曲线过渡。中墩为厚度4.5 m、宽度7.5 m的实心矩形桥墩。 72＃墩高15.7 m，73＃墩高17.7 m。

(1)最大转体重量(考虑悬臂声屏障和栏杆施工完成)为70 992 kN，如图4所示。

图4 主梁转体重量计算模型

(2)主梁为曲梁，其在转体时产生的偏心弯矩大小如图5所示。

图5 曲梁转体时不平衡反力

为抵消其在转体时产生的偏心弯矩[11]，向曲线外侧设置偏心距，72＃墩为20 cm，73＃墩为50 cm。

4.4 铁路管桩应用

PHC桩在铁路桥梁基础上的应用相对较少。自1998年新长铁路开始，陆续应用于秦沈铁路、宁西铁路、赣龙铁路、宁启铁路、沪杭高铁和沪通铁路等。当前预应力管桩在铁路路基处理上也有应用，如京沪高速铁路宿州站，温福铁路、宣杭铁路软土路基加固等[12]。PHC管桩与钻孔灌注桩投资比较见表3。

由表3可以看出，PHC管桩较钻孔灌注桩经济性较好，本线将PHC管桩应用于宁启铁路特大桥取得良好的经济效益和社会效益。

表3 PHC管桩与钻孔灌注桩投资比较

5 结束语

连镇高速铁路位于长三角平原地区，结合本线地质、水文、河道、交通等自然条件，在外部干扰因素多的困难情况下，研究适宜的桥式方案，并将PHC管桩应用于铁路桥梁工程中，积累了相关工程数据和工程经验，为推动我国的高速铁路桥梁建造技术积累了宝贵的经验。