京石客运专线重点桥渡设计综述

牛远志

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津　300142)



京石客运专线重点桥渡设计综述

牛远志

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)

摘要：结合京石客运专线桥梁设计,着重介绍端刺刚构梁、柳辛庄转体连续梁、五环路提篮拱、高墩大跨刚构道岔梁、高框架墩等5 项重点桥渡设计,简要介绍4项重点桥墩设计。相关成果可为今后的中国高速铁路建设提供借鉴。

关键词：京石客运专线；重点桥渡；设计；综述

1京石客运专线概况

1.1总体概况

京石客运专线是京广高速铁路的重要组成部分，是我国“四纵四横”客运专线南北向主骨架之一，北起我国首都北京，南至河北省省会石家庄市，全线包括京石正线、引入北京枢纽、石家庄枢纽配套工程及石太直通线工程，其中，京石正线线路全长283.672 km，桥梁44座共222.98 km，占正线线路长度的78.6%；石太直通线线路全长29.3 km，桥梁16座14.77 km，占石太直通线线路长度的50.4%[1]。

1.2沿线自然特征

线路位于燕山南麓、太行山东麓的山前冲洪积平原，石太直通线西部位于低山丘陵区。线路地处海河流域，沿线河流水系发达，尤其以海河水系最为发育，经过主要河流为永定河、大宁水库、小清河行滞洪区、北拒马河、兰沟洼蓄滞洪区、南拒马河、漕河、龙泉河、唐河、沙河、磁河、滹沱河等。沿线城市规划、道路交通发展迅速，既有道路、高速公路、铁路四通八达，水利设施多，地下管线星罗棋布。沿线有分布较为广泛的软土地区、非自重湿陷黄土区、地震液化层、岩溶和岩溶塌陷区、沉降漏斗区等，沉降控制问题非常突出； 沿线地震动峰值加速度为0.05g～0.20g。

1.3主要技术标准

北京枢纽、石家庄枢纽和石太直通线均采用有砟轨道，五环路至大宁水库段落采用Ⅰ型板式轨道，其他段落均采用Ⅱ型板式无砟轨道。京石正线铁路等级为客运专线，设计速度为350 km/h，正线数目为双线，线间距为5 m，列车荷载为ZK活载；石太直通线设计速度为250 km/h，双线，线间距为4.6 m，列车荷载与石太客运专线一致采用ZK活载和中-活载。

2重点桥渡设计

京石客运专线桥渡设计以保证线路安全性、舒适性、稳定性为前提，注重与环境相适应[4]，充分借鉴京津城际和京沪高速铁路设计经验，并在此基础上力争创新，服务于本线安全运营和养护维修。京石客运专线全线一般段落梁部采用以32 m双线预应力混凝土简支箱梁的简支桥跨，部分跨河段落采用40 m双线简支箱梁，除此之外，受沿线众多既有及规划公铁道路、地下管线、河流等因素影响采用了大量的特殊桥梁型式，下面介绍其中的几个典型桥梁设计。

2.1杜家坎线路所2×22.71 m端刺刚构梁

北京铁路枢纽丰台客站工程连接京石客运专线，由于丰台站建设滞后，不能与全线工程同期完成，为此引入丰台站修建杜家坎线路所，亦为丰台枢纽的后续引入预留接口。一般特大桥在两端路桥过渡段处设置端刺，由于该预留接口处无设置常规路桥过渡段的条件，为此需要在预留接口处以永临结合方式设置桥上端刺梁替代路桥过渡段端刺。

桥上设置端刺必然使得桥梁需承受巨大的纵向力，同时必须满足严格的水平变形要求，本端刺要求纵向力达13.0MN[2]，锚固点容许位移≤3 mm。在设计时创新性地采用了两跨斜腿刚构桥的结构形式。斜腿刚构端刺桥因其具有呈水平向的梁式构件和呈斜向的支承构件而在力学行为上兼具梁式刚架特性和拱的受力特点，呈现出良好的力学性能。在桥型构造上以少量构件和简洁明了的几何图形构成简练的桥梁形态，在视觉和精神上给人简明而生动，纤细而有力的桥梁美学效应。斜腿刚构端刺桥，桥梁上下部各构件相互固结形成一个整体，共同受力抵抗外荷载。因此，桥梁整体性和刚度均得到提高，并大大减小了组成构件的内力峰值。

设计时进行了结构方案的比选和优化，对两跨斜腿刚构桥的受力特性进行了详细的研究：包括罕遇地震反应分析，预应力钢束配束方式、节点刚域效应以及墩梁固结处的局部应力分析等。该桥在受力和景观效果均取得了较好的效果，且桥中设置端刺梁的设计，打破了传统上仅在1座桥台尾设置的惯例，以后类似线路桥梁设计可以充分借鉴，如采用分段设置桥上端刺梁的形式，可实现不在桥台尾设置端刺，也可为未来可能的线路大修提供一个可操作的平台。

端刺设计简图见图1，竣工后现场实景见图2。

图1　斜腿刚构桥结构(单位：cm)

图2　端刺竣工立面

2.2柳辛庄(80+128+80) m连续梁转体

跨越既有柳辛庄车站采用(80+128+80) m预应力混凝土连续梁跨越，是全线最大跨度的连续梁，桥墩采用圆端形桥墩，基础为钻孔灌注桩基础。既有线包括京广下行、京广上行，2条到发线及石太联络线，斜交角度24°，既有线路为电气化铁路，接触网采用硬横跨。

主桥采用预应力混凝土连续箱梁结构，计算跨度为(80+128+80) m，桥面板宽12.0 m，桥梁建筑宽度为12.2 m，底宽7.0 m。中支点梁高9.6 m，边支点及跨中梁高5.6 m，梁部采用三向预应力体系。

施工方法：首先采用顺桥下既有铁路线路旁位大节段满布支架现浇施工，其中普通钢筋采用桥下大节段预制绑扎，整体吊装就位；然后双主墩处对称转体就位，转体质量为1.2万t，转体时设计静摩擦力为12 000 kN，动摩擦力为7 200 kN[3]；中跨合龙段在既有京广线上方采用可退回式特设挂篮施工；梁端不平衡段采用原位现浇施工。

本桥采用大跨度连续梁旁位大节段现浇转体施工工法，合龙段创新地采用可退回全封闭构造，解决了跨越既有京广铁路运营的难题，在高速铁路项目中为同类桥梁较早采用大跨梁转体施工的案例，为后续项目提供了成功借鉴经验。转体实景见图3。

图3　转体完成后的主桥

2.31-92 m简支提篮拱桥

跨越阜石高速公路匝道及北京西五环采用1-92 m简支提篮拱。该拱桥为1—92 m下承式简支提篮拱桥，是预应力混凝土梁与钢管混凝土加劲拱组合结构体系，梁长97.4 m。

该提篮拱桥拱肋轴线和上下弦钢管轴线在竖直面上的投影是3条抛物线。拱肋轴线跨度92 m，矢高18.4 m，矢跨比为1/5，吊索间距6 m。两片拱肋轴线间距：拱脚处为15.6 m，拱顶处为6.4 m。单片拱肋向内倾角为14.036°。两片拱肋间共设3道横撑，每道横撑为由φ500 mm和φ250 mm的钢管组成的桁架结构。拱桥主梁采用现浇整体主梁，截面形式为由中间π形和两侧箱形组成的整体截面，梁高2.5 m。标准截面顶宽16.4 m，底宽17.764 m，梁端12.7 m范围加宽1.6 m，横梁处加宽0.2 m。吊索锚固于横梁底部，顺桥向每隔6.0 m设1道标准横梁，标准横梁厚0.5 m，支座附近设1道箱形横梁。拱座设于主梁之上，与主梁固结。该梁采用膺架现浇法施工。本桥与周围环境浑然一体，现已经成为京广高速铁路进出首都北京五环路的第一道靓丽风景。完工后的提篮拱桥见图4。

图4　1-92 m简支提篮拱桥

2.4(60+100+60) m刚构道岔梁

石家庄枢纽南疏解处采用了高墩大跨的(60+100+60) m刚构连续道岔梁，之所以采用该结构，主要考虑因素首先是由石太直通线双线通过42号道岔从33 m高的桥上引出北西联络线；其次是石太直通线跨越石武客运专线；第三是出岔点恰好是在跨越石武客运专线处；再次是石太直通线与石武客运专线交叉角度仅为19°；最后是桥上道岔对桥梁的变形要求高，此处桥高33 m。

主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，计算跨度为(60+100+60) m，边跨支座中心线至梁端0.75 m，梁全长221.5 m。中支点截面中心处梁高7.2 m，中跨跨中8 m等高段及边跨14.75 m等高段截面中心处梁高4.6 m。桥面设有道岔，桥面随限界加宽变化，其中小里程往大里程方向前118.7 m桥面宽度由15.0 m变化至12.2 m，其余长度桥宽为12.2 m。这一结构把常规小跨度道岔梁拓展至大跨度100 m结构，可为以后类似工程借鉴采用。

2.539 m高框架墩

因京广客运专线引入丰台线路所是后期调整增加，受场地条件和已施工程控制，京石客运专线左联特大桥跨京广客运专线双线，交叉角度12°14′～13°59′。由于交叉角度较小，如果采用一跨方案，则主桥跨度将达到110m，施工周期长，投资大；比选后采用5-20 m无砟单线简支箱梁框架墩跨越，工期和经济上都较有优势，墩高为38～38.5 m，平面关系见图5。

图5　高框架墩平面关系(单位：m)

一般框架墩墩高均小于20 m，主要是高框架墩刚度指标控制，且一般造价较高。京石客运专线杜家坎线路所处因技术条件、地理条件、工期条件、经济条件等多重因素控制，采用高框架墩形式可以较好解决以上难题。

框架墩横梁采用全预应力结构，横梁长27.30 m，顺桥向宽度3.0 m，横梁高3.0 m，与墩柱相连接的部分加厚至3.5 m；框架墩立柱采用普通钢筋混凝土结构，墩柱高38.0～38.5 m，墩顶截面形式为3.0 m×2.8 m矩形截面；基础为群桩基础。

本框架桥经过车桥耦合动力分析，各项指标均达到了优良。通过本设计，高速铁路上框架墩的高度推高到了一个新的高度，为今后类似工程可提供借鉴经验。高框架墩施工见图6。

图6　高框架墩施工

2.6其他重点桥渡

京石客运专线除以上几个重点桥渡外，具有一定创新性的桥梁工点还有如下几个。

(1)跨越307省道大桥采用(48+80+80+48) m预应力混凝土连续刚构连续梁跨越既有石太线和307省道，梁体为单箱单室、变高度、变截面结构；最高墩采用墩高74 m的矩形变截面空心墩，为京石全线最高墩。采用全封闭挂篮防护取代棚架防护的施工方法，完成了使用全封闭挂篮对跨越多条既有公、铁线路的多跨连续刚构桥的悬臂浇筑施工；采用以挂篮悬臂浇筑连续刚构直线段的施工工法代替常规的支架现浇直线段的工法，简化了施工，并显著降低了施工风险和费用。

(2)跨越北京西四环主路采用(71.8+104+71.8) m系杆拱连续梁。拱轴线采用二次抛物线，中孔跨度104 m，矢高20.8 m，矢跨比1/5，拱肋采用哑铃形钢管混凝土截面，钢管外径0.8 m，拱肋全高2.4 m。两榀拱肋中心距11.6 m，吊杆纵向间距6.0 m，中跨共设14对吊杆，每侧14根。施工工序为先梁后拱。

(3)跨越青银高速公路采用64 m简支钢桁梁。该梁采用现场台后拼装，而后采用高位拖拉法施工，最后高位落梁，落梁高度达到了2.3 m，施工控制困难，在同类施工中较为少见。

图7　2-25.4 m钢筋混凝土框构(单位：cm)

(4)跨越S333省道采用2-25.4 m钢筋混凝土框构，该框构位于野桥营南拒马河特大桥中，即框构两侧设桥台过渡，然后与两侧桥梁相连。该结构解决了增设徐水站线路纵断面的控制要求，也解决了与S333省道的以39°小角度交叉问题，克服了框构、桥台、梁式桥相连处沉降控制的难题。本框构为高速铁路无砟轨道线路上应用大跨度兼小角度、框构连接一般梁式桥的形式。2-25.4 m钢筋混凝土框构见图7。

3结语

京石客运专线于2012年12月26日正式开通运营以来，至今已经有2年多的时间，全线运营良好，桥渡设计满足高速条件下的安全性、舒适性与稳定性要求，满足安全运营和养护维修的要求[4]，在已有高速铁路桥梁设计成果基础上有所创新及突破，希望京石客运专线重点桥渡设计成果及经验可为今后的中国高速铁路建设提供技术支撑以及工程实践经验[5]。

参考文献：

[1]铁道第三勘察设计院集团有限公司.京石客运专线桥涵设计图纸[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2008.

[2]徐洪权.高速铁路端刺桥梁墩梁固结部位局部应力分析[J].铁道勘察，2014(1)：88-90．

[3]董国亮.京石客运专线滹沱河特大桥 跨京广铁路连续梁桥转体施工技术[J].铁道标准设计，2011(7)：69-77．

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The Summary of Important Bridge Design for Beijing-Shijiazhuang Passenger Dedicated RailwayNIU Yuan-zhi

(The Third Railway Survey & Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

Abstract：With reference to the design of bridges on Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated line, the focus is placed on the end thorn rigid frame, the Liu Xinzhuang rotating continuous beam, the Fifth Ring Road basket arch, the high pier large span rigid turnout beam and the high frame pier. A brief introduction is made to the four kinds of important pier design. The related results may provide references for future high-speed railway construction in China.

Key words：Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated railway; Important bridge; Design; Summary

中图分类号：U238； U442.5

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.020

文章编号：1004-2954(2015)05-0090-04

作者简介：牛远志(1974—)，男，高级工程师，1997年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士，E-mail：lsj203602@sina.com。

收稿日期：2014-02-27； 修回日期：2015-03-10