嘉善至西塘市域铁路工程上跨红旗塘航道桥型方案比选

钱震 吕晨 陈小刚

摘要 跨红旗塘航道大桥是嘉善至西塘市域铁路控制性工程。文章综合考虑地形、航道、水利等因素，提出（90+160+

90）m连续刚构桥、（74.75+160+74.75）m连续梁拱桥两个方案，并从桥梁的结构性能、对总体的影响、工程经济性及施工工期等方面进行比较。结果表明：连续刚构桥、连续梁拱桥两个方案在受力方面均能满足相应规范要求，连续刚构桥后期易产生跨中下挠过大等问题，且为满足连续刚构的受力要求，相比连续梁拱桥方案需将设计轨面标高提高约7.6 m；在工程经济性及工期方面连续梁拱桥方案不占优势，但是连续梁拱桥方案轨面线形更加平顺，行车条件更好，故推荐跨红旗塘梁大桥采用（74.75+160+74.75）m连续梁拱桥方案。

关键词 连续刚构桥；连续梁拱桥；桥型方案；方案比选

中图分类号 U448.27文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0122-03

0 引言

近几年来，都市圈城际铁路及市域（郊）铁路发展较快，其主要功能是连接都市圈中心城市城区和周边城镇组团，为通勤客流提供快速度、大运量、公交化运输服务。市域（郊）铁路选线受制于既有通道、城市规划布局等因素的影响，线路选择具有唯一性，如何在条件受制的情况下合理地选择建设方案是设计时需要关注的重点。

1 工程概况

嘉善至西塘市域铁路项目是长三角地区首条跨两省一市的快速铁路，起于嘉兴至枫南市域铁路嘉善站，止于太浦河浙沪省界，线路全长20.4 km，共设中新产业园、姚庄、西塘、祥符荡4座高架站。

跨红旗塘航道大桥位于姚庄站～西塘站区间，线间距4～4.5 m，线路与红旗塘航道夹角为72 °，红旗塘为现状Ⅳ级航道、规划Ⅲ级航道（杭申线航道），最小通航净高要求7 m，最小通航净宽要求60 m，最高通航水位为1.76 m，南侧堤后有3 m宽防汛通道，北侧堤后有6 m宽省级步道。

2 主要技术标准

设计标准为市域郊铁路，设计行车速度160 km/h，活载等级为ZS荷载，采用双块式无砟轨道。桥址处抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度0.125 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，场地类别Ⅲ类。

3 桥型方案

根据港航及水利相关部门的要求，桥跨应采用一跨跨越红旗塘河道。考虑对堤岸的保护和确保防洪通道、省级步道的设置，拟定桥梁主跨为160 m，平面位置示意图见图1。该项目轨道为无缝线路轨道，需要考虑桥梁温度跨度对轨道的影响。依据一般工程经验，将不设伸缩调节器的温度跨度限定在一个范围内（一般为200 m左右，考虑气候条件有差异），且目前轨道伸缩调节器只能设置在直线上[1]。

图1 项目平面位置示意图

该文提出连续刚构桥和连续梁拱桥两种方案，对两种方案的总体布置、桥梁结构等要点进行介绍，并对桥梁的结构性能、建设规模、对总体的影响等方面进行比较，确定最优方案。

3.1 方案一：连续刚构桥

相比较连续梁拱桥来说，连续刚构桥具有整体受力性能好，顺桥向、横桥向抗弯刚度大，无须设置支座等优点。连续刚构桥在无缝线路设计检算中的温度跨度变形零点近似等于桥梁梁跨的中心点，即连续刚构桥的温度跨度为总梁长的一半[2]。

该方案采用（90+160+90）m连续刚构桥，梁体混凝土采用C55混凝土，轨面控制标高由桥墩受力控制，中墩桥墩高度为15 m。中墩处梁高为10.8 m，边支点及跨中梁高为5.8 m，采用2次抛物线变化。中墩采用双支薄壁墩，与上部结构固结，结构尺寸为2.5 m×8 m（顺桥向×横桥向），双支薄壁墩中心线间距为6 m，承台尺寸为18.2 m×28.2 m（顺桥向×横桥向），高度为4 m，桩基采用24根φ2 m钻孔灌注桩，桥型图详见图2。

3.2 方案二：连续梁拱桥

该方案采用（74.75+160+74.75）m连续梁拱桥。梁体混凝土采用C55混凝土，拱肋及横撑采用Q345qD钢，吊杆采用PES（FD）5-55型低应力防腐拉索，主梁中支点截面梁高9 m，跨中及边支点梁高4.5 m，钢管拱计算跨度160 m，矢高32 m。在靠近西塘侧中墩位置处设置固定支座，桥型图见图3。

4 桥型方案比选

综合比较以上两个方案，对受力性能、对总体方案影响、工程经济性及施工难度等因素进行分析。

4.1 受力性能

该文采用Midas Civil建立两个方案的整体模型进行计算分析，计算模型见图4，其中二期恒载曲线段为120.6 kN/m，直线段为107.8 kN/m。

4.1.1 连续刚构桥

主梁、桥墩采用梁单元模拟，主墩下部群桩基础采用承台底弹性支承进行模拟，连续刚构桥主要计算结果见表1。

梁部位移、梁端及工后徐变转角等梁体变形均满足规范要求，桥梁温度跨度为170 m，无须设置钢轨伸缩调节器。

4.1.2 连续梁拱桥

主梁采用梁单元模拟，施工方法为先梁后拱，梁部的主要计算结果见表2。

拱肋的主要计算结果见表3。

吊杆最大索力为540 kN，断索力1 803 kN，安全系数为3.34，满足规范要求。桥梁温度跨为234.75 m，需在小里程侧设置钢轨伸缩调节器，滿足无缝轨道的受力要求。

根据上述计算，两个方案均可行，结构受力满足规范要求。考虑大跨径连续刚构桥在后期梁体的徐变及挠度难以控制，且会对铁路的运营存在一定的安全隐患[3]，因此连续梁拱桥方案比较适合该项目。

4.2 对总体方案的影响

为满足连续刚构桥受力，选取合适的墩高及桥墩尺寸是设计的重点[2]，根据前期计算，连续刚构桥桥墩高度在15 m左右受力较为合适，因此该项目总体线位主要受到刚构桥墩高的影响，中墩处轨面标高为28.125 m。连续梁拱桥纵断面设置主要受杭申线航道的影响，中墩处轨面标高为20.533 m。

4.3 工程经济性及施工工期

分别对两个方案影响范围内的区间进行经济性分析，采用连续梁拱方案总投资需增加约800万元，连续刚构方案工程经济性更好；连续刚构方案和连续梁拱方案都为常规结构，国内设计、施工的同类桥梁较多，无特殊技术难度，两个方案主体结构的工期分别为16个月和18个月，连续刚构方案施工难度和工期相对可控。

综上所述，结合多方面因素的分析，尽管（74.75+160+74.75）m连续梁拱方案投资增加约800万元，但是轨面线形更加平顺，行车条件更好，故推荐跨红旗塘梁部改为采用（74.75+160+74.75）m连续梁拱方案。

5 结语

该文通过对航道、地形、地质等建设条件综合考虑，提出了连续刚构和连续梁拱桥两个桥型方案。经过受力分析、对总体的影响、工程经济性、施工难易度与工期的比选，最终推荐采用连续梁拱桥方案。在整个方案的比选中，需要考虑多方面的因素，同时要抓住主要矛盾，从痛点入手，如此方可得出最优方案。

参考文献

[1]龚小平， 谭玉玲. 连续刚构梁桥上无缝线路温度跨度研究[J]. 铁道建筑技术， 2019（6）： 54-58.

[2]齐成龙. 轨道交通连续刚构桥双薄壁墩受力优化方法分析[J]. 结构工程师， 2015（2）： 124-130.

[3] 叶梅新， 曹建安， 侯文崎， 等. 无碴轨道预应力混凝土梁长期变形及影响因素[J]. 中南大学学报（自然科学版）， 2011（6）： 1756-1763.