鄭西客專客運北環線咸陽渭河特大橋設計

錢楓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

鄭西客專客運北環線咸陽渭河特大橋設計

錢楓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

鄭西客專客運北環線渭河主橋為多聯主跨達120 m的連續梁。橋位屬八度地震區，橋梁須設置減震措施以解決高烈度地震區的橋梁設計難題;渭河主橋位于半徑3 500 m的曲線上，而橋上無縫線路必須設置軌溫調節裝置，這是國內高速鐵路客運專線首次在曲線地段鋪設鋼軌伸縮調節器，技術要求復雜，難度大。本文主要介紹設計時如何考慮并解決上述設計難點。

高烈度地震區 高速鐵路 減震榫 曲線橋梁 鋼軌伸縮調節器

1 工程概況

鄭西客專客運北環線咸陽渭河特大橋東起鄭西客專西安北站，西至鄭西客專咸陽西站。咸陽渭河特大橋橋梁全長22.16 km，包括544孔32 m，46孔24 m，4孔40 m，5孔44 m簡支梁，以及(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+120+120+ 75)m，(54+90+54)m預應力混凝土連續梁及多種跨度連續剛構等多處特殊橋跨結構;下部結構以圓端形實體墩為主，矩形空心橋臺，鉆孔灌注樁基礎。總投資12.5億。

2 設計難點

1)防洪評價影響橋梁設計因素

本橋跨越渭河河道，處于渭河防洪敏感區，既有隴海鐵路三線橋橋長僅為渭河河道寬的一半，并且由于線位條件控制橋梁水流斜交角度達45°，防洪條件困難。黃河水利委員會專家在2006年5月27日的咨詢審查意見中提出:“咸陽大橋對防洪影響尤為嚴重，應采取超常規措施，對橋梁結構進行優化設計，最大限度地增大橋孔跨度，盡最大努力減少對防洪的影響。”經過多次咨詢論證，黃河水利委員會在防洪評價報告審查會上形成了書面審查意見，最終同意采用(75+120 +75)m連續梁+(75+2×120+75)m連續梁+ (75+2×120+75)m連續梁 +(75+120+75)m連續梁跨越渭河河道。主跨120 m連續梁為全線跨度最大的特殊結構，體量大、聯長長，設計計算較為復雜。

2)高烈度地震區橋梁抗震設計

咸陽渭河特大橋位于地震動峰值加速度0.185g的八度地震區，而高速鐵路客運專線橋梁由于橋梁剛度要求高導致結構體量較大，地震力往往控制結構設計，尤其是跨渭河主橋采用的(75+120+120+75)m連續梁，一聯梁部混凝土圬工量7 712 m3，質量近2萬t，普通的32 m簡支梁的質量也超過900 t，地震力工況下的橋梁下部結構及支承結構設計相當困難。

3)3 500 m半徑曲線橋上設置鋼軌伸縮調節器

咸陽渭河特大橋渭河主橋最大溫度跨達195 m，且橋梁位于3 500 m的小半徑曲線上，為滿足無縫線路長鋼軌應力設計要求，必須設置溫度調節裝置。這是國內高速鐵路客運專線首次在曲線地段鋪設鋼軌伸縮調節器，技術要求復雜，難度大。

3 主要技術水平及創新點

1)跨越渭河跨度的選擇

根據防洪評價要求，在渭河河堤迎水面、河堤及背水坡坡面上均不得設置橋墩，且橋下凈高需滿足堤頂通行道路的要求。

采用主跨120 m的多跨連續結構跨越渭河河道滿足了水利部門關于河道內橋梁主跨跨度的要求，但同時也給橋梁設計提出了不小的難題。通過合理措施盡量減小橋梁梁體及下部結構尺寸，既要滿足橋梁結構強度安全性和整體剛度的要求，同時又要盡量降低結構自重以解決地震力設計難題。主跨連續梁立面、跨中及支點橫截面見圖1、圖2。

2)高烈度地震區橋梁設置減震措施

針對本線高烈度地震區的橋梁抗震研究，首次研發并采用了新型抗震榫結構(圖3)，實現了正常運營

狀態下梁體可自由伸縮，地震時固定墩與活動墩上的抗震榫相繼進入屈服耗能，大幅度降低了地震作用，為鐵路橋梁減隔震技術的進步與發展從理論和實踐上開創了新的思路，達到國際領先水平。

圖1 120 m主跨連續梁立面(單位:cm)

圖2 主跨連續梁橫截面(單位:cm)

圖3 減震榫布置(單位:mm)

3)曲線橋上設置溫度調節器

咸陽渭河特大橋是國內客運專線首次在曲線地段鋪設鋼軌伸縮調節器。我國早期曾在普速鐵路曲線橋上鋪設鋼軌伸縮調節器，但由于曲線地段橫向力較大、軌道幾何尺寸不易保持，曲線上伸縮器結構復雜等因素，導致養護維修工作量過大，最終拆除。

高速鐵路行車速度高，對軌道平順性、安全性、穩定性等要求極高，我國客運專線尚無在曲線上鋪設鋼軌伸縮調節器的先例，也沒有相關的產品和設計、施工、運營經驗，設計、施工、運營養護難度均較大。此外，咸陽渭河特大橋溫度跨度較大，梁縫變化量較大，理論檢算跨越梁縫的軌枕支承間距最大可達880 mm，超過規范規定的650 mm，伸縮器結構還需解決梁縫處鋼軌支承間距超限問題。

設計期間國內尚沒有適用于客運專線鐵路曲線上鋼軌伸縮調節器的成熟產品。設計采用了BWG曲線鋼軌伸縮調節器，適應動車組(軸重17 t)最高通過速度350 km/h(+10%)，標準軌距、60 kg/m鋼軌、曲線半徑≥2 000 m、梁端鋼軌伸縮量≤600 mm、無砟軌道的使用條件。

4)跨越河流、道路采用特殊結構

咸陽渭河特大橋沿線控制橋跨布置因素眾多，尤其在西安市近郊，交通發達，道路密集，橋梁在跨越各種控制因素時采用合理適宜的橋跨結構跨越，使橋跨布置出現眾多非標梁跨。預應力混凝土連續梁、混凝土連續剛構等特殊橋跨由于施工難度大、施工周期長、工程造價高等因素，故盡量少用。布跨時全橋以32 m簡支梁為主，跨越不同建筑物時根據具體條件和相關要求分別采用了(32+48+32)m，(40+64+40)m，(75+120+75)m，(75+2×120+75)m，(54+90+ 54)m連續梁等特殊結構。由于全橋較長，跨越的建筑物較多，對橋梁孔跨布設有較多約束，因此，在設計過程中對部分連續梁及剛構的邊跨長度進行局部調整以適應跨度要求。值得一提的是，跨樂育路立交橋處采用的44 m簡支梁為當時國內高速鐵路客運專線最大跨度簡支梁結構。

4 結語

通過該橋的設計實踐，利用設置減震榫解決了高烈度地震區高速鐵路橋梁支承結構抗震設計、高速鐵路曲線橋梁上設置無縫線路溫度調節器解決了鋼軌應力設計等技術難題，積累了相關設計經驗，取得了良好

的效果，為今后類似相關工程設計提供了很好的借鑒案例。

［1］孟兮，高日，李承根.鐵路簡支梁橋中減震榫的設計及其減震性能研究［J］.橋梁建設，2014，44(3):81-86.

［2］孟兮，倪燕平.減震榫設計及試驗研究［J］.北京交通大學學報，2013，37(3):103-106.

［3］范立礎，王志強.橋梁減隔震設計［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］高芒芒.客運專線鐵路簡支梁橋減震榫方案動力特性仿真分析［R］.北京:中國鐵道科學研究院，2011.

［5］鄧敏.大跨度連續梁橋地震反應分析研究［D］.成都:西南交通大學，2008.

［6］陳浩.減震榫力學性能及其在橋梁減震中的應用［D］.北京:北京交通大學，2010.

［7］曾憲海，蔣金洲.高速鐵路曲線地段長大連續梁橋無縫線路方案研究［J］.鐵道建筑，2011(4):1-5.

［8］盧耀榮.無縫線路研究與應用［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

(責任審編 孟慶伶)

U442.5

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.03

2015-05-20;

:2015-06-25

錢楓(1977— )，男，浙江寧波人，高級工程師。

1003-1995(2015)09-0009-03