東江南特大橋主橋橋式的選擇

劉應才

穗莞深城際軌道交通項目是珠三角城際軌道交通線網規劃的主軸線之一,是國內第一條由省方主導的城際軌道交通項目。該項目線路走向起于廣州,經東莞至深圳松崗,線路全長62.9 km,總投資166.83億元。項目于2008年12月21日上午正式開工建設,總工期為4年,預計在2012年年底建成通車。

穗莞深城際軌道項目的開工建設,標志著廣東省珠三角地區軌道交通同城化規劃實施進入全面啟動階段。項目建成后,將成為溝通廣州、東莞、深圳三市的快速交通通道,對加快推動珠江東岸建成一小時經濟圈,實現區域經濟一體化,提升珠三角地區整體實力具有重要意義,珠三角城際軌道交通車輛荷載圖示見圖1。

穗莞深城際軌道交通工程是國內首條真正意義上的城際軌道交通項目,它不同于國鐵,也不同于地鐵,很多技術標準、技術參數無相應的規范。針對國務院對珠三角城際軌道網的規劃,廣東省鐵路建設投資集團組織中鐵第四勘察設計院集團有限公司、中國鐵道科學研究院、中鐵工程設計咨詢集團有限公司等設計、科研單位編制了珠江三角洲城際軌道交通《設計暫行規定》(以下簡稱為《暫規》),來統一整個線網的技術標準、技術參數。由于《暫規》在不斷修編中,施工圖階段較初步設計階段,列車豎向活載圖示發生了較大變化,由八節編組的珠三角城際軌道交通車輛荷載圖示修訂為0.6UIC荷載圖示(見圖2)。

1 研究概況

初步設計時,東江南特大橋主橋采用孔跨布置為(144.5+264+144.5)m的鋼桁斜拉橋,節間長度11.0 m,中跨24個節間,邊跨13個節間,橋面以上的上塔柱采用鋼塔柱,高 109 m,橋面以下下塔柱采用混凝土塔柱,高51.16 m(見圖3)。

在圖1荷載模式作用下,用有限元軟件對橋梁進行驗算,鋼桁梁跨中最大豎向撓度20.8 cm(容許值22 cm),鋼桁梁最大梁端轉角1.8‰(容許值2‰),橋梁剛度滿足規范要求。

在《暫規》修訂后的圖2荷載模式作用下,鋼桁梁跨中最大豎向撓度 36.1 cm(容許值 22 cm),鋼桁梁最大梁端轉角 3.1‰(容許值2‰),橋梁剛度不滿足規范要求。鋼桁梁邊支點采用壓重后仍存在負反力。考慮改良方案為:跨提部分的(50+80+50)m連續梁改為(50+80+50)m鋼桁梁,與主橋相連,連續長度增加360 m,需增加鋼材約6 500 t。鑒于列車荷載模式改變后,采用原橋式結構不能滿足規范要求,要將跨提部分的連續梁改為與主橋相連的鋼桁梁,在初步設計上需增加大量投資額,所以考慮修改初步設計的橋式,采用下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋(方案一)和下承式整體橋面鋼桁拱橋(方案二),為了保證通航需要,兩方案跨度布置維持原設計,仍采用(144.5+264+144.5)m。

2 方案比選

方案一:下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋。1)本方案為下承式整體橋面加勁鋼桁梁,橋跨布置(144.5+264+144.5)m;2)鋼梁節間12 m～15 m,平弦桁高18 m,中間支點處上加勁弦高32 m,加勁弦采用二次拋物線線形。方案二:下承式整體橋面鋼桁拱橋。1)本方案為下承式整體橋面鋼桁拱,橋跨布置(144.5+264+144.5)m;2)鋼梁節間為12 m,平弦桁高18 m,中間支點處上桁高25 m,下加勁腿高12 m,拱軸線二次拋物線,跨中矢高54 m,拱頂桁高12 m。三種橋式的綜合比較見表1。

表1 三種橋式的綜合比較

3 結語

穗莞深城際軌道交通項目東江南特大橋主橋初步設計時為鋼桁斜拉橋,由于荷載圖示發生變化,原設計不能滿足規范要求,需進行方案調整,如果保持橋式不變,跨提部分的連續梁要改為鋼桁梁,增加投資8 079.5萬元。本文通過分析研究另外兩種橋式方案,可以看出,幾種方案都能滿足規范要求,但方案一總造價最低,且施工工期最短,為最優方案,所以最終推薦采用方案一,即采用下承式整體橋面加勁鋼桁梁橋。可見,初步設計的方案未必是最優方案,完全可以在施工圖階段對初步設計進行優化,降低工程造價,縮短施工工期。

[1] 鐵道第三勘察設計院,鐵路橋涵設計基本規范[S].

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.珠三角地區城際軌道交通設計暫行規定(修訂稿)[Z].2009.

[3] 項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京:人民交通出版社,2001.