高速铁路穿越行洪区桥梁方案研究

高速铁路穿越行洪区桥梁方案研究

李籽祺

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

摘要：针对某高速铁路小角度交叉跨越蓄滞洪区的问题，论文简单介绍河道的工程概况，并比较了40m 简支梁、64m 简支梁、（65+2*80+65）m连续梁、（2-73.5）m连T构以及（3-73.5）mT构等几个方案的阻水比、桥下净空、施工工期、对防洪通道的影响，得出了（3-73.5）mT构造型优美、阻水比小、对桥下净空影响小、结构适应性强的结论。

关键词：小角度跨越蓄滞洪区；T构；施工方案；防洪评价

Study on Detention Basin Plan of an High-Speed Railway

Li Ziqi

(China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China)

某高速铁路跨越蓄滞洪区方案研究 1

Abstract: In response to the problem of a high-speed railway crossing a detention basin at a small angle, this paper briefly introduces the engineering overview of the river and compares the 40m simply supported beam, 64m simply supported beam.The water resistance ratio, clearance under the bridge, construction period, and impact on flood control channels of several schemes including (65+80+ 80+65) m continuous beam, (2-73.5) m continuous T-structure, and (3-73.5) m T-structure have been studied. The conclusion is drawn that the (3-73.5) m T-structure has a beautiful shape, a small water resistance ratio, a small impact on clearance under the bridge, and strong structural adaptability.

Key words：Crossing the detention basin area at a small angle; T-structure; Construction plan; Flood control evaluation

某高速铁路跨越蓄滞洪区方案研究 1

1 引 言

某新建高速工程项目，工程正线全长180km，设计时速350km/h，设计活载采用ZK标准活载。线路在某市受雷达站3km军事保护范围限制，线路方案需在军用雷达西侧跨越由南北两条河道及其中间地带形成的约1.6公里的蓄滞洪区范围。

该段落以桥梁的形式小角度交叉，中泓交角仅为50°至60°，确定跨越方案成为本项目的设计难点。

2 交叉点现状及设计难点

本市两条重大河流经市东南部，在此泄洪区域两河逐渐汇聚形成两河三堤，并行流向东北方向，主河道全长273km，总流域面积为4990km2。据防洪规划报告数据，该行洪区设计标准为20年一遇，两河汇流后流量为3500m³/s。经计算，行洪区主槽宽约1.6km，水深约1.1m[1]，既有南北堤为两河道并行形成，北侧堤距最窄处为350m，20年一遇洪水流量为2500m³/s，河道单宽流量达7m³/s，河道水位较高，平均流速较大，对河道整体的防洪安全有所影响，受唐河及沿岸村庄的影响，无展堤条件，因此采取加高培厚泄洪区南北两堤，中堤保持现状的工程措施，北堤既有高程13.26m，规划高程16.4m，南堤既有高程12.9m，规划高程16.9m，中堤堤高为16.9m。跨越位置上游为既有省道，交角约为95°，跨越河道为20-14m简支梁桥梁段；下游为既有高速，交角108°，行洪区为桥梁段，其余段落为路基段。

该工点的孔跨存在以下限制条件：（1）线位与蓄滞洪区中泓交角仅为50°至60°，不满足该省水利厅关于河道交角应控制在70°～110°之间的要求；（2）评审建议研究较大跨度桥梁以减小阻水比方案，由于线路位于曲线上，受无缝线路温度跨度影响，因此最大跨度不应超过200m；（3）为满足泄洪道行洪安全，阻水比不得超过8%[2]。

3 设计方案比较

3.1线路设计方案比较

统筹考虑全线投资、景观、施工周期、阻水比等多方面因素，共有以下三个设计方案进行比选和推荐。

方案一：线路向南，于东侧与京广高速铁路并行，跨过S331省道，折向东，上跨两河三堤、保沧高速公路，与河道中泓交角为51°，线路长度34.9km。

方案二：线路自站场引出，并行京广高速铁路东侧向南，跨过S331省道，采用满足列车运营速度最小曲线半径6500m上跨蓄滞洪区，与河道中泓交角为52°，在河道外跨越保沧高速公路，线路长度34.8km。线路展长1.4km，投资增加3.46亿，研究后予以舍弃。

方案三：线路自站场引出，并行京广高速铁路东侧向南跨越既有高速，采用3500m半径跨越北侧河道（有10km的 250km/h限速区段），折向东南跨越南侧河道，蓄滞滞洪区走行线路长度5.5km，交叉角度为75°至84°，但限速段落过长，与本项目功能定位不匹配，且蓄滞洪区内走行长度增加3.5km，工程投资增加显著增加，不推荐此方案，各方案水力计算成果如下表所示[3]。

表1 不同方案水力计算成果表

从工程经济、桥跨选址、军事设施安全等各方控制因素，以及高铁设计标准高、转弯半径大等技术条件限制，本线采用方案二跨越该行洪区。

3.2桥跨方案比选

3.2.1 40m简支梁方案

32m简支梁造价最低、施工工期短、施工流程及工艺也最为简单，经研究圆形桥墩与圆端形桥墩顺水流扭转角度方案阻水比均超过10%，与防洪要求相差较远。

1）主要优点：40m简支梁方案较32m简支梁，采用正交桥梁斜置桥墩方案，将圆端型桥墩顺水流扭转38°，阻水比仍为12.8%，但仍难以防洪安全要求。

2）主要缺点：为尽量减小墩身尺寸，同时满足梁部支座布置要求，支座荷载需位于墩身截面外侧，梁部竖向荷载对顶帽剪切力巨大，顶帽抗剪钢筋增量较大[4]。

此外，梁场需增设40m简支梁存、制梁台座、40m简支梁模板，梁场规模将扩大，吊装、运架设备也需按相应标准配备，蓄滞洪区范围内工程建安费估算如表2所示。

表2工程建安费估算

3）结论：不推荐

3.2.2 64m简支梁方案

采用（72+128+72）m连续梁跨越两河道，行洪区采用24孔64m简支梁，圆端形桥墩顺水流方向扭转角度。

1）主要优点：阻水比约为8.1%，基本满足行洪要求。

2）主要缺点：高速铁路64m现浇简支梁应用少，移动模架施工暂无成功案例可参考，移动模假设备均需专门研发，施工成本投入大，风险较高。且一次性浇筑混凝土放量大，成桥质量不宜控制[5]。

3）结论：不推荐

3.2.3 52+2×80+52m连续梁方案

采用（72+128+72）m连续梁跨越南北两河道，行洪区域采用4联（52+2×80+52）m连续梁+1联（48+80+48）m连续梁+7孔48m简支梁。

1）主要优点：泄洪区桥墩较少，布置较为合理，阻水比低于限值，满足防洪要求。

2）主要缺点：简支梁采用支架现浇施工，现浇段落长，支架高度高，施工风险大，且工期较长，施工费用较高。与40m简支梁相同，桥墩仍需扭转，承受较大剪切力，设计难度大，下部结构受力不清晰。

3）结论：不推荐

3.2.4 2×73.5mT构方案

采用14联2×73.5mT构跨越蓄滞洪区，桥墩采用圆端形墩身[6]。

1）主要优点：结构设计及桥跨布置简单、美观，施工难度低，工期较短。

2）主要缺点：行洪区内桥墩数量较多，主墩结构尺寸较大，阻水比超过11%，桥跨布置较不合理，且T构跨度较小，联数较多，造价很高。

3）结论：不推荐

3.2.5 3×73.5mT构方案

采用10联3×73.5mT构跨越蓄滞洪区，桥墩采用圆端形墩身, 经比较分析，墩身顺桥向尺寸4.5m，横桥向8.7m，阻水比最小，桥墩结构如图1、图2所示。

图1 主墩阻水长度

图2 边墩阻水长度（扭转10°）

1）主要优点：结构美观，工程造价较低，施工工期较短，且桥跨布置适宜，阻水比较小，可满足防洪要求，相同角度时不同孔跨阻水比及3-73.5mT构在不同角度下的阻水比如图3、图4所示。

图3 同夹角下不同孔跨阻水比

图4 不同跨河夹角阻水比

2）主要缺点：对于超静定结构，桩基的不均匀沉降对结构受力影响较大，需加强桩基础设计及施工沉降监测[7]。

3）结论：推荐

4 结语

（1）本文结合实际工程，分析了多种简支梁、大跨连续梁和T构小角度跨越蓄滞洪区方案时的阻水比及对防洪通道的影响，对比了不同方案的优缺点，最终采用了3-73.5m T构的跨越形式。

（2）为保障河道行洪安全，本次拟对桥梁附近上下游一定范围内唐河两河三堤左右堤按规划要求进行加高培厚，同时对南北两侧河槽按规划断面进行扩挖疏浚，并对堤防迎水侧和河槽岸坡加强防护。

希望对以后的高速铁路项目中小角度跨越重大行洪区的情况提供借鉴。

参 考 文 献

[1]刘启山.铁路工程设计技术手册:桥渡水文[K].北京:中国铁道出版社,1999.

[2]办建管[2004]109 号.河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)[Z].

[3]张晓玲. 西安市域快速轨道交通草堂线潏河铁路大桥建设工程防洪影响评价研究[D].西安理工大学,2018.

[4]国家铁路局.铁路桥涵混凝土结构设计规范(TB10092-2017)[S].北京:中国铁道出版社,2017.

[5]王伟华.高速铁路64m简支箱梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分析与桥墩刚度限值研究[J].铁道标准设计,2021,65(06):82-88.

[6]唐春艳. T构—系杆拱组合体系桥静力及动力性能研究[D].大连理工大学,2019.

[7]张通. 大跨刚构—连续梁桥的全寿命性能监测与分析[D].哈尔滨工业大学,2009.