汉巴南铁路嘉陵江桥址方案研究

张骏鹏

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

1 概述

汉巴南铁路嘉陵江特大桥位于四川省南充市南部县，桥址位于低山丘陵区，地势北高南低，地形起伏较大。嘉陵江为长江上游左岸一级支流，河道蜿蜒曲折。汉巴南铁路跨越嘉陵江段有江心洲一处，水文条件复杂。根据新建汉中至巴中至南充铁路南充至巴中段跨越嘉陵江桥址选择实例，结合线路总体走向、地质、水文、地貌、引线条件等因素，对丘陵山区铁路跨越复杂地形、水文条件的大江大河方案进行研究。

2 汉巴南铁路概况[1]

新建铁路汉中至巴中至南充线南充至巴中段位于四川省东北部，线路自兰渝铁路南充北站北端引出，经南充市顺庆区、蓬安县、南部县、仪陇县，巴中市恩阳区、巴州区、经开区，接入巴中东站至设计终点。正线全长148.040km，其中南充市正线长度102.706km，巴中市正线长度45.334km。正线桥隧比为69.13%，为设计速度250km/h 的高速铁路。

汉巴南铁路是连接南充、巴中、汉中及沿途主要县市的高速铁路，是川渝地区城际铁路网的重要组成部分，川渝地区北出客运通道之一，国家脱贫攻坚和国土开发的铁路，也是一条生态红色旅游铁路，对沿线的居民出行和经济发展具有重要的意义。

3 嘉陵江概况

流域范围嘉陵江是长江水系中流域面积最大的支流，流域地跨北纬29°18′～34°30′，东经102°33′～109°00′，北侧及东北侧以秦岭、大巴山与黄河、汉江为界，东侧及东南侧以华蓥山与长江相隔，西北侧经龙门山脉与岷江接壤，西侧及西南侧与沱江流域毗连。[2]嘉陵江干流全长1119km，控制流域面积159812km2，流域呈扇形，地势由西北向东南倾斜，北高南低，地形复杂。研究段落位于广元至合川段，属于嘉陵江中游段，河道蜿蜒曲折，水流较平缓，两岸有较多台地，沿河漫滩与阶地相间，植被较差，农耕发达。规划为Ⅲ级航道，根据航道通航条件影响评价意见，需采用一孔跨越通航水域。（图1、2）

图1 研究段落嘉陵江平面图

图2 研究段落嘉陵江现状图

4 桥址方案研究

结合线路总体走向、环保、水文、地貌等因素，可研阶段研究了龙兴寺桥位方案、永安村桥位方案和睦坝乡桥位方案，详见图3。

图3 嘉陵江桥址方案平面图

4.1 方案说明

4.1.1 龙兴寺桥位方案

汉巴南铁路在睦坝乡与王家镇之间设睦坝站后，跨西河，于龙兴寺村东侧跨越嘉陵江，向北至方案比较终点仪陇站。

嘉陵江桥采用（44+49+45+335+45+49+44）m 斜拉桥，主桥工程投资约4.13 亿元。

比较段落线路长度23.404km，桥梁长度9.018km-19座，隧道长度6.492km-10 座，桥隧比66.26%，静态投资30.16 亿元。

4.1.2 永安村桥位方案

汉巴南铁路在睦坝乡西侧设睦坝站后，向西北，在永安村东侧跨越嘉陵江，之后北上至方案比较终点仪陇站。

嘉陵江桥采用（220+500+220）m 斜拉桥，主桥工程投资约7.49 亿元。

比较段落线路长度23.098km，桥梁长度5.957km-17座，隧道长度6.333km-10 座，桥隧比53.21%，静态投资32.95 亿元。

4.1.3 睦坝乡桥位方案

本方案在睦坝乡南侧预留睦坝站，向西跨越嘉陵江，之后折向北至方案比较终点仪陇站。

嘉陵江桥采用（50+55+55+300+55+41）m 斜拉桥，主桥工程投资约3.82 亿元。

比较段落线路长度25.827km，桥梁长度6.169km-21座，隧道长度8.665km-13 座，桥隧比57.44%，静态投资31.58 亿元。

4.2 比选意见（表1）

表1 嘉陵江桥位方案优缺点对照表

综上分析，龙兴寺桥位方案线路较顺直，工程投资最省，跨越嘉陵江采用主跨（44+49+45+335+45+49+44）m 斜拉桥，主桥工程投资适中，对环境影响小，研究采用龙兴寺桥位方案。

5 嘉陵江引线及桥高方案研究

龙兴寺桥位方案（方案I-1）南充端引线有两座浅埋短隧道。并且嘉陵江桥轨面高H-353m，而设计嘉陵江最高通航水位为H-313.8m，通航净高不小于10m。

根据嘉陵江行洪论证结论，嘉陵江排洪控制高程：H1/300 水位321.03m+ 结构高度4.5m+ 轨道结构高度0.886m+ 行洪安全值1.5m=327.916m。

通航控制高程：最高通航水位313.88m+通航净空10m+结构高度4.5m+轨道结构高度0.886m+通航富余值2.0m=331.3m。

经计算，嘉陵江桥面高程是由通航高度控制，控制高程为331.3m，初步设计轨面高程H-353m 有较大富余。

降低桥高可以减少工程投资并降低支架现浇高度，从而减小工程风险。根据以上两点考虑，初步设计阶段优化调整嘉陵江桥梁两端引线纵断面，尽量减少隧道工程，并结合嘉陵江桥高的选择，研究了方案I-2（抬高引桥纵坡方案）和方案I-3（轨面H-345.5m 方案），择优进行下一级比较。详见嘉陵江纵坡方案示意图（图4）。

图4 嘉陵江纵坡方案研究示意图

经初步研究，方案I-3（轨面H-345.5m方案）降低了桥高，引桥两端对地形的适应性较差，工程量较大，较方案I-1（轨面H-353m方案）不具优势，不进行下一步比较。

①I-2 （ 抬 高 引 桥 纵 坡 方 案）：D1K38+000-D1K47+200（嘉陵江主桥轨面标高不变，调整引桥标高）

比较段落全长9.2km，桥梁5.317km/10座，隧道0.748km/2 座，桥隧比65.92%，投资14.14 亿元。嘉陵江桥高程为353m，江心洲边跨墩高37.5m。

方案I-2 调整抬高了嘉陵江引桥段线路纵断面，虽增加铜宝山、钟家沟、杨家湾桥梁高度，但可取消天平地和顶子山两座浅埋短隧道，节省投资4153 万元，故推荐方案I-2 进入下一轮比选。

为了进一步优化降低嘉陵江桥高，在保证必要的通航高度情况下，补充研究了方案II 移位降低桥高方案，与方案I-2 进行比选，详见图5。

图5

①方案I-2（高线位方案）

嘉陵江主桥轨面标高353m，调整引桥高程，减少隧道工程。比较段落线路长10.7km，桥梁6.561km/12 座，隧道1.090km/4 座，桥隧比71.50%，投资15.35 亿元。

②方案Ⅱ（移位降低桥高方案H-339.65m）

经计算，嘉陵江桥排洪控制高程为327.916m，通航控制高程为331.3m，嘉陵江桥面高程由通航高度控制。

用SPSS 20.0软件对数据进行分析，计量资料用表示，进行t检验，计数资料以［n（%）］表示，进行 χ2检验。

因嘉陵江桥跨布置需要，嘉陵江大里程方向不宜出现挖方，以满足边跨布置，初步设计桥面高程定为353.0m。为了降低铁路桥梁高度，调整线路平面，适当扭转桥梁中线，降低地面高程，以满足桥梁边跨布置需要。调整后，嘉陵江桥梁轨面高程降低高至H-339.65m 可满足桥跨布置需要。

比较段落线路长10.7km，桥梁4.696km/12座，隧道1.626km/5 座，桥隧比59.02%，投资15.39亿元。

③优缺点分析

a.从工程规模分析：方案I-2 隧道长度较短，有四处深挖方工程；方案Ⅱ隧道工程较大，挖方工程量大。

b.从桥梁施工安全角度分析：混凝土梁采用支架现浇时，要控制现浇支架高度，有条件宜控制在30m 左右，方案II 能满足支架高度30m 要求，方案I-2 桥高稍高，两方案均能保证施工安全；如降低桥梁高度，桥梁大里程端挖方做桥段不利于桥梁养护维修。

c.从地形适应性分析，嘉陵江特大桥，地处嘉陵江和西江交汇地带的三角区，地形属于临江丘陵区，两岸地形以沟壑相间的山丘为主，地形起伏较大，相对高差为20～80m，地势西北高东南低，靠山地形完整，临江因丘陵冲沟间布，地形相对破碎。嘉陵江北岸山丘成东北西南走向，山脉延伸至江边并形成陡崖与江水相接，山水间无明显河床阶地带。嘉陵江南岸地处拐弯区，除分布较窄山间沟槽外，亦无明显河床阶地。方案I-2 桥面距离河岸线40m，基本上可适应沿线地形，桥隧工程规模适中，隧道工程较省；方案Ⅱ降低桥高后，调整了线路平面，虽然一定程度上满足了适应地形需要，但桥隧工程优化有限，桥隧总长度减少1.33km，但线路走行在临江山区侧向冲沟内，线路顺沟走行长度长，增加了深挖方和防护工程数量，投资稍高。且另行增加了危岩侵害风险，存在安全隐患。故从环境适应性分析，应采用方案I-2。

d.从通航条件分析，两方案均能满足通航要求。

e.从工程安全角度分析，方案I-2 在江陵江两岸地形相对完整地带通过，抵抗山洪、危岩落石等自然灾害风险能力强；方案Ⅱ调整线路后，部分段落进行山前冲沟地带，明线段落较长，路堑边坡高，抵抗自然灾害能力差，存在不确定自然灾害风险较大。

f.从沿江环境保护的角度分析，方案I-2 对江陵江两岸开挖小，对原状山体破坏作用弱，有利于沿江自然环境保护；方案Ⅱ明线段落长，填挖方段落长，对临江自然地貌改观较大。

g.从沿江景观效果看，方案I-2 桥位较高，桥梁建成后可体现“一桥飞架南北”的宏伟而壮观景象，而方案II桥梁较低，桥梁景观效果较差。

④方案比较结论

综上分析，方案Ⅱ嘉陵江桥小里程端有900m 长深挖方，平均挖深23m，挖方工程量大，边坡防护量大，废弃8300m2水塘一座，且工程投资稍贵；方案I-2 有效的优化了线路纵断面，减少了工程规模，投资较省，挖方适中，工程安全和抵抗自然灾害均有保证，具有良好环境保护和沿江景观效果，研究后嘉陵江桥址方案采用方案I-2。

6 嘉陵江特大桥布置方案

嘉陵江特大桥主桥桥型采用（45+55+58+335+58+49）m高低塔钢箱混合组合梁斜拉桥，主桥长611m。主梁边跨侧138m 范围采用预应力混凝土箱梁，其余采用钢箱梁。主塔采用H 形花瓶式混凝土塔，桥面以上塔高97m，21 号塔全高148m，22 号塔全高132m。桥塔采用钻孔桩基础；除24 号墩采用明挖基础外，其它桥墩均采用钻孔桩基础。18～20 号桥墩采用圆端形空心墩，其余桥墩采用圆端形实体墩。（图6）

图6

7 结论

在铁路选线遇到大江、大河时，大桥和特大桥，通常根据江河位置选定桥位，定线应服从桥位引线。桥址选择所考虑的主要因素，可归纳为与最短线路方向偏离的程度、水文和地貌条件有利、工程地质条件较好以及桥头引线条件好等几个方面[3]。综合考虑、分析各种因素后，采用技术可行、工程适度、投资节省的方案。

在可研到初步设计阶段，从大的桥址方案确定，再到桥梁引线方案和优化桥梁高度等方案的研究，是线路方案逐步完善优化，最终达到线路走向与桥址方案协调统一的方案。

本文结合汉巴南铁路嘉陵江特大桥桥址选择。