鑫泰鐵路跨南水北調特大橋主橋方案研究

毛宏

摘要 為保證南水北調工程順利進行，分析了鑫泰鐵路跨南水北調特大橋具體情況和南水北調建設管理局的總體要求，從跨度、形式、造價等方面進行了比選，研究了施工方案和防污染措施。主橋采用1-（102+204+102）m連續鋼桁梁-拱組合結構橋，以主跨204 m跨越南水北調干渠，滿足橋梁設計技術要求，且此方案優于斜拉橋結構方案。在施工和后期養護過程中，可通過采取有效措施保證不影響干渠主體結構、不污染干渠水質。

關鍵詞 貨運鐵路;南水北調;橋梁設計;跨越方案

中圖分類號 U442.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0129-03

0 引言

邯鄲市發展和改革委員會要求磁縣鑫盛煤化工有限公司和邯鄲市裕泰焦化有限公司進行鐵路專用線的修建，即新建鑫泰鐵路跨越南水北調中線干線磁縣段工程（以下簡稱“鑫泰鐵路”）。該線上跨南水北調中線干線工程，在方案研究階段結合工程情況，參考了其他工程的先例，查閱了大跨度鐵路橋梁設計和施工技術資料，進行方案比選后，得出主橋設計方案。

1 工程概況

1.1 地理位置及路徑

鑫泰鐵路位于河北省邯鄲市磁縣境內，線路自京廣線講武城站接軌引出后折向西，穿過講武城二站場后上跨南水北調中線干渠，之后折向西北以鑫泰站為終點，是一條以煤炭、焦炭產品運輸為主的貨運專線鐵路。

跨南水北調特大橋的鐵路里程范圍是K2+877.80～K4

+669.40，交叉處鐵路里程約為K3+580，干渠樁號約為K0+880，交叉角度88°。橋址處地形平坦開闊，局部略有起伏，地面高程77.94～85.58 m。

1.2 技術標準

鐵路等級為貨運專線鐵路，單線、有砟軌道;設計速度80 km/h;設計荷載為ZKH活載;主橋位于直線、線路坡度為2.5‰的上坡。

2 主橋方案設計原則和控制因素

2.1 設計原則

南水北調中線工程是一項宏偉的生態工程和民生工程，極大地緩解我國中北方地區的水資源短缺問題。因此，橋型方案設計除了應滿足鐵路橋梁技術要求，還應以對南水北調“零污染”為基本原則，保證水源可以安全送達各地區。

2.2 控制因素

（1）跨越處南水北調斷面。跨越處渠道為高填方，填高約15 m，過水斷面為梯形，渠底高程為85.839 m，設計底寬24.5 m，設計水位為91.839 m，加大水位92.221 m。過水斷面邊坡1∶2，一級馬道高程為93.439 m，道寬5 m，總干渠占地寬度約為170 m。

（2）南水北調中線干線工程建設管理局發布的《穿跨鄰接南水北調中線干線工程項目設計技術規定》（Q/NSBDZX 112.01-2021）中的相關條款：

1）穿越、跨越項目與中線干線工程宜采用正交方式，交角不宜小于60°。

2）應采用一跨跨越中線干線工程管理范圍，橋梁墩臺距離中線干線工程保護圍欄不小于5 m;

3）不應影響中線干線工程的管理維護交通車輛通行，在跨越項目運行期中線干線工程運行維護道路以上凈空不應小于4.5 m;

4）不應影響中線干線工程的防洪要求。不應改變中線干線工程在左岸洪水匯流區域面積，不應堵塞地面行洪通道，不應影響渠道兩側的排水溝、截流溝等排導水設施功能，不應影響左排出口河道下游下泄條件。

（3）其他因素。受整個線路縱斷坡度及機型選擇的控制，跨南水北調運行維護道路處的鐵路軌面高程不宜超過101.00 m，極限值約為102.50 m。

3 主橋方案研究

3.1 孔跨布置研究

橋梁跨度應滿足主橋方案設計原則和控制因素，綜合考慮基礎尺寸、工程投資等因素，推薦采用204 m主跨。橋址平面圖如圖1所示。

3.2 形式方案研究

為滿足干渠維護道路上的凈空不小于4.5 m的要求，因受軌面高程控制，跨路處橋梁結構凈高最大值約為4 m。在充分考慮實施條件、耐久性能、運營維修、工程造價等因素的同時，應選擇橋梁結構凈高較小的橋梁形式。綜合考慮后，主跨204 m且梁高小于4 m的橋型可選方案有連續鋼桁梁柔性拱橋方案、混凝土斜拉橋方案兩種。

3.3 兩種橋型方案比選

3.3.1 方案說明

（1）連續鋼桁梁柔性拱橋方案（方案一）。主橋為（102+204+102）m連續鋼桁梁柔性拱橋[1]，主跨204 m一跨跨越南水北調干渠。主梁采用有豎桿N型三角桁式，節間長12.75 m，其中邊跨8個節間，中跨16個節間;桁高15 m;拱肋采用圓曲線，矢高45 m，矢跨比為1/4.5，鋼梁全長410 m，梁端距支座中心1.0 m。1/2立面如圖2所示。

結構采用兩片主桁，主桁中心距12 m，道砟槽內寬6 m，兩側人行道寬各1.35 m;上弦及拱肋設縱向平聯，交叉形布置;每兩個節間設置一道橫聯;吊桿為箱形截面，中間不設置橫撐。橋墩均采用圓端形實體墩。基礎采用鉆孔灌注樁。

結構特點：造型獨特新穎，建筑高度低，構造簡潔，受力明確，結構厚度約為2 m，利于整個線路縱斷坡度及機型選擇。

（2）混凝土斜拉橋方案（方案二）。主橋為（40+66+204+66+40）m雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋，主跨204 m一跨跨越南水北調干渠。混凝土梁預制節段標準長4 m。1/2立面如圖3所示。

混凝土加勁梁采用單箱三室等高混凝土箱梁，受力形式為雙邊主梁。箱梁全寬9.4 m，中心處梁高4.0 m。索塔采用H形橋塔，索塔上、下橫梁為全預應力混凝土結構，配置預應力鋼絞線，錨固于索塔外側壁上。索塔錨固區配置縱、橫向高強精軋螺紋鋼筋，井字形布置。斜拉索采用抗拉標準強度1 960 MPa平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，扇形布置。基礎采用鉆孔灌注樁。

結構特點：結構性能優良，經濟指標良好;剛度偏弱，后期徐變變形控制相對較難。結構厚度約為4 m，不利于整個線路坡度縱斷及機型選擇。

3.3.2 技術經濟比較

跨南水北調特大橋全橋技術經濟比較見表1。

3.3.3 對南水北調工程的影響比較

（1）下部結構施工。兩種方案均采用204 m一跨跨越南水北調工程干渠，兩側主墩及承臺設置在南水北調工程干渠保護圍欄5 m以外。承臺采用鋼板樁支護開挖現澆施工，承臺四周利用垂直鋼板樁圍護，可避免破壞南水北調工程隔離網。兩種方案的下部結構施工均可保證對南水北調工程主體結構無影響。

（2）上部結構施工。上部結構施工前，在主橋下焊接一個大型鋼筋防護網，防護網上面鋪設一層防水布，寬度比橋面寬2 m（每側寬1 m），長度比節間長2 m。可防止施工時的雜物掉入河中，造成水資源的污染。對于帆布上的垃圾或焊渣、混凝土渣派人進行定期清理。兩種方案的上部結構施工均可保證對南水北調工程水質無影響。

（3）運營期間。方案一主跨橫斷面采用整體性鋼橋面板，鋼橋面板與兩側面的鋼板形成U型槽，雨水可通過U型槽匯集并經PVC管引至二級保護區以外的既有水渠;方案二采用縱向排水管收集橋面雨水[2]，引至二級保護區以外。

在干線占地范圍內的橋梁外側豎墻位置設2.5 m高的防拋網，可防止異物落入干渠。

兩種方案均可保證運營期間對干線水質無影響。

3.3.4 施工工期及后期養護比較

方案一施工工期較短，耐久性高，后期養護維修工作量較小。

方案二施工工藝復雜，工期長。結構剛度偏弱，后期徐變變形控制相對較難，養護維修工作量較大。

3.4 橋型方案比選結論

綜上所述，跨南水北調特大橋主橋采用（102+204+

102）m連續鋼桁梁-拱組合結構方案。

4 主橋施工方案和防護措施

為保證南水北調工程干渠不受污染，該橋主橋采用從邊墩向中間懸拼鋼梁，先梁后拱的施工方式，且施工期間須采取相應防護措施。

4.1 梁部施工防雜物掉落措施

（1）如前所述，在主橋底模下焊接一個大型鋼筋防護網，以防施工中的焊渣、水泥漿、廢料、鋼構件等雜物掉入渠中。

（2）半成品及下料在規定的場地加工，加工完成后再運送到施工段，防止焊接時的焊渣燒壞防護網掉入渠中。

（3）模板拼裝時，按照要求調整好尺寸、加固后，用土工布塞嚴模板間縫隙，使模板間無縫隙、無可見管線、無滲漏。

（4）混凝土刷毛、鑿毛時，嚴格按照《鋼筋混凝土施工規范》進行，將鑿除的混凝土漿堆積在一起，用小推車推至指定地點，集中處理。

（5）嚴禁在以上任何操作中向渠內扔雜物、吸煙、喝酒等行為，以防生活垃圾掉入渠中。

4.2 基礎施工防污染措施

（1）在樁基施工過程中，泥漿池按規范設置在干渠紅線以外，并及時用泥漿泵將多余的泥漿泵送至集中地點，用水車罐車封閉運輸至干渠保護區以外的指定位置。

（2）基坑開挖時，在坑頂護坡道外設截水溝和排水溝，將施工廢水排至指定位置，截水溝設防滲措施。

（3）基坑開挖完成后，在坑底基礎0.5～1 m外留排水溝和集水井，采用水泵將滲水排出基坑，并最終排至指定位置。

4.3 周圍環境保護措施

為了減少對周圍環境的影響，施工現場每天用水車灑水，減少各種塵埃污染;保護好施工所在地的樹木、草坪等植被。如果不慎破壞，須盡快恢復，防止水土流失。施工結束后盡快恢復場地的生態環境。

5 結語

通過對鑫泰鐵路跨南水北調特大橋主橋各方案進行設計研究以及保護干渠的施工方案研究，得到如下結論：

（1）采用主跨204 m的跨度、連續鋼桁梁柔性拱的結構形式跨越南水北調中線工程，對現狀干渠結構無影響且能滿足線路要求。

（2）采用從邊墩向中間懸拼鋼梁，先梁后拱的施工方式以及相應的防污染措施，可以保證主橋施工期間對南水北調水質不產生影響。

（3）主橋橫斷面采用整體性鋼橋面板，將橋面設計為U型槽以匯集雨水并經排水管引至南水北調管理范圍以外，且在主橋兩側設防拋網，可以保證運營期間對南水北調水質不產生影響。

參考文獻

[1]陳良江， 文望青. 中國鐵路橋梁[M]. 北京：中國鐵道出版社， 2020： 481-483.

[2]催苗苗， 嚴定國. 鄭萬鐵路跨南水北調干渠特大橋主橋綠色設計研究[J]. 鐵道標準設計， 2018（9）：83-88.