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梳理:高速铁路桥梁及隧道主要设计原则
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1. 一般原则 为了满足高速列车安全运行和旅客乘坐舒适度的要求，高速铁路桥梁结构应具有安全舒适，造型简洁，设计标准化，便于施工架设和养护维修的特点，并须具有足够的耐久性和良好的动力性能。正是基于上述基本要求，桥梁上部结构一般采用预应力混凝土结构，下部结构一般采用混凝土或钢筋混凝土结构。跨度大于或等于20m的梁部结构，采用双线整孔箱形截面梁，必要时，也可采用两个错孔布置的单线箱形截面梁。跨度小于20m的梁部结构，一般采用钢筋混凝土刚构、框构和多片式T梁，多片式T梁需施加横向联结形成整体桥面。简支梁桥的上部结构一般采用架桥机架梁，中小跨度连续梁桥一般采用架桥机架设后连续张拉的施工方法，有条件的地方，也可采用满布支架现浇施工。大跨度预应力混凝土梁采用悬臂灌注施工。 高速铁路桥梁设计主要依据《京沪高速铁路设计暂行规定》（以下简称《暂规》）、《铁路桥涵基本设计规范》、《铁路桥涵钢结构设计规范》、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》、《铁路桥涵地基和基础设计规范》、《铁路工程抗震设计规范》、《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》等规程或规范。根据上述规范，高速铁路桥梁的主要铁路设计原则主要体现在以下几个方面： （1）设计活载采用ZK活载，动力系数、离心力、制动力、横向摇摆力、脱轨荷载等均按《暂规》计算，并考虑由于桥上铺设超长无缝线路而产生的长钢轨纵向力。 （2）为了保证桥上轨道的平顺性和结构具有良好的动力性能，对结构刚度和基频进行严格控制。 （3）为了保证桥上无缝线路保持正常的使用状态，增加了墩台最小纵向水平线刚度限值的要求。 （4）对基础工后沉降及不均匀沉降严格限制。 （5）提高桥梁结构的整体性。 （6）桥面构造更为合理，满足各种桥面设施的安装要求，采取了提高结构耐久性、减振降噪等措施，满足养护维修的要求。  （1）梁跨结构及标准跨度 1）高速正线V≥200Km/h时，标准梁跨采用京沪高速铁路标准梁；200Km/h＞V≥160Km/h时可采用秦沈线标准梁。 采用的标准梁跨有： 多片式简支T梁：L=12、16m。 简支箱梁：L=20、24、32、40m。 中小跨度连续梁：3×20、2×24、 3×24、2×32、3×32、4×32、2×40。 连续箱梁：32+48+32m、40+64+40m、48+80+48m。 连续结合梁：32+40+32、40+50+40、40+56+40m。 2）高速动车段走行线、高中速联络线V≤160Km/h时，可采用采用普通梁。 （2）桥跨布置 1）除受控制点影响外，尽量按等跨布置，等跨布置以32m、24m梁跨为主。一座桥尽量采用同一梁跨类型。 2）跨越河堤的桥孔应尽量一孔跨越，堤上及边坡上不宜设墩，如确有困难，桥墩应设在背水坡。特殊困难时，另行研究。 3）斜交过路过河时，尽量采用较大跨度通过，可采用双线圆形桥墩，可采用异形墩或带洞式背靠背T台进行调孔。 （3）桥跨结构 1）跨度20m及以上选用双线整孔箱梁。 2）跨度20、24、32m采用双线简支箱梁或中小跨度连续梁。 3）跨度20m及以下可用刚构、框构或简支T梁。 4）跨河桥梁以32m梁为主，旱桥根据技术经济比较确定24m梁跨或32m梁跨。 5）当全桥控制工点较多，梁跨形式较多时，或地质较差，沉降不易控制及采空区影响范围，采用简支梁。 6）当特大桥或大桥全桥孔跨较为单一，地质较好沉降容易控制时，采用中小跨度连续梁布置桥孔。24m跨度以3×24m为主，辅以2×24m连续梁。32m跨度以2×32m为主，辅以3×32m、4×32m连续梁。 （4）墩台 1）高速铁路采用京沪高速专用墩台。分为矩形双柱墩、圆形双柱墩、圆端形板式墩、圆端形桥墩、单圆柱形桥墩、矩形空心墩、圆端形空心墩等，根据道路斜交、水流条件和墩高等不同情况分别选用。 2）8度地震区的墩台需经专门检算后使用。 3）桥台使用耳台、T台。 4）不采用柔性桥墩。 5）水中部分正交或斜交角较小时采用圆端形墩，斜交角较大时采用独柱圆墩；旱地部分采用矩形墩或圆端形墩等。 6）桥墩刚度满足《暂规》6.3.6条下部结构水平刚度的要求。 （5）线桥分界高度 根据经济技术比较确定一般地段可采用7～8m，城镇附近可采用5～6m，软土地段以桥代路时按有关专业要求办理。 （6）跨越河堤的桥孔，宜一孔跨越。确有困难时，桥墩不应设在背水坡，且一般宜用桩基、承台上抬，尽量少挖或不挖河堤。 （7）桥孔布置时，在各控制点之间，应尽量用标准孔跨调节，若有困难时，可采用框架墩或带洞的 形墩过渡。 （8）桥台后30m左右以内路基需要设置涵洞时，可采用延长桥孔或改路、沟等至桥下的办法取消涵洞，以免影响行车的平顺性。 （9）当两桥台尾之间的间距小于150m，且为路基相连时，两桥宜设置为一座桥梁。 （10）既有桥涵的利用、加固、改建及涵洞接长的设计原则 高速铁路引入既有站，既有线上涵洞结构处于正常工作状态时，一般接长或原式利用。如果经检算，既有桥梁能满足既有桥梁处高速铁路列车通过速度要求时，既有桥梁可原式利用，否则需要加固改造利用；当需要废弃既有桥梁时，应综合比较线路绕行方案后研究确定。 （二）设计洪水频率、设计活载及活载图式 1. 桥梁设计洪水频率为1/100，特大桥或技术复杂，修复困难的桥梁按1/300洪水频率校核，涵洞设计洪水频率为1/50。 2. 设计活载 （1）高速正线、高中速联络线、动车走行线采用ZK标准活载。 （2） 枢纽内可能走行普通客货列车的地段及相关的既有线改造， 中—活载。 （3）公路桥按现行公路规范办理。 3. 活载图式 其图式如图9.1。 图9.1 京沪高速铁路活载图式 （三）桥梁建筑限界 按“京沪高速铁路建筑接近限界基本尺寸及轮廓图”执行。 （四）高速铁路桥梁分布情况 全线桥涵总数2887座，桥梁工程（含相关工程）计575座846396.7折合双延长米（特大桥226座，大桥154座，中桥192座，小桥61座）；框构桥76座；涵洞2167座。正线部分桥梁总数519座（特大桥193座、大桥150座、中桥176座），长769.154km，、小桥58座、各类涵洞2068座。桥梁占正线长度46.3％，扣除桥梁长度后，每公里线路涵洞3.3座／km。 其中：北京至徐州段桥涵总数1567座，其中桥梁（不包括公路桥及框构桥）335座（特大桥109座，大桥75座，中桥148座，小桥3座），长408001.7双延米（含相关工程及黄河桥）；框构桥76座；各类涵洞1145座。正线部分桥梁总数300座（特大桥89座，大桥74座，中桥137座），358424.04折合双延米，框构桥41座；各类涵洞1046座。桥梁占正线长度54.1％，扣除桥梁长度后，每公里线路涵洞3.27座／km。其中长度大于5km的桥有17座，分别是跨北京环线特大桥（7496.3m）,跨六环路特大桥（5049.3m）,跨京津塘高速公路特大桥（10286.0m），北运河特大桥(110710.7m)，永定新河特大桥（9947.8m），三角淀特大桥（32273.3m），子牙河一号特大桥（5760.7m）,团泊洼1号大桥（23182.9m），团泊洼2号大桥（23512.6m），子牙新河（16218.1m）、石黄高速公路特大桥(8236.1m)，南运河2号特大桥（9434.6m），宣惠河特大桥（10313.5m）漳卫新河特大桥（16763.7m），104国道特大桥（6402.2m）,黄河桥（13292.55m），跨兖石铁路特大桥（5705.9m）。 徐州至上海段桥涵总数1320座，其中桥梁（不包括公路桥及框构桥）240座（特大桥117座，大桥79座，中桥44座），长438.395km（含相关工程）；小桥58座、各类涵洞1022座。正线部分桥梁总数219座（特大桥104座、大桥76座、中桥39座），长410.73km；小桥58座、各类涵洞1022座。桥梁占正线长度47.77％，扣除桥梁长度后，每公里线路涵洞3.65座／km。其中长度大于5km的桥就有12座，分别是荆山引河特大桥（5627.76m）、淮河特大桥（11304.45m）、滁河特大桥（10095.9m），秦淮河特大桥（5158.7m）、常州特大桥（11583.48m）、三山港特大桥（12121.89m）、无锡特大桥（18921.37m）、苏州特大桥（13461.52m）、昆山特大桥（17002.87m）、跨沪宁特大桥（7415.96m）、蕴藻浜特大桥（22533.83m）及大胜关长江特大桥（11765m）。 一般中小跨度桥梁均采用多孔的简支梁结构或中小跨度连续梁结构，当跨度需要大于40m时采用连续梁结构，当跨度需要大于100m时，采用了斜拉桥、刚梁刚拱、钢桁拱组合结构新结构、新技术。 （五）高架线路设计说明 京沪高速铁路徐沪段沿线经济发达，道路、通航河流众多，地势较为平坦，高速铁路与它们交叉时引起路肩高程抬高而设置较长高架线路。另外有些地段地质条件较差，引起的路基工后沉降较大或路基地基处理费用较高，经技术比较后，在这些地段设置高架线路。高架线路的路基高度一般在15m以内，所以高架线路桥式主要采用了Lp≤32m的简支梁、等跨连续箱梁以及3×10+8m的连续刚架桥。 简支梁梁部在跨度Lp≤16m时，双线桥采用4片式T梁，单线桥采用2片式T梁，横桥向张拉预应力筋；Lp=20、24、32m时，双线、单线桥均采用单箱单室箱梁。 桥墩主要采用了空心墩（含矩形和圆端形）、实体墩（含矩形和圆端形）；桥台采用双线T台。空心墩底部设有进人孔，检修人员可以由此进入墩顶及箱梁内检查；T台胸墙前预留有空间，检修人员可以由T台胸墙前进入箱梁内检查。 高架线路桥梁基础一般采用扩大基础、φ0.8m、φ1.0m、φ1.25m的钻孔桩或φ0.55m的预制管桩等。 简支梁、等跨度连续梁等多采用预制架设施工方法，连续刚架桥采用现浇施工方法。 （六）重点桥梁说明 1. 跨北京环线特大桥（正在勘测）(计划首批开工) 2. CⅠK139+899.3天津团泊洼1号特大桥（计划首批开工） 该桥为跨越独流减河及团泊洼滞洪区而设，全长21692.3m。独流减河设计流量4011m3/s，设计水位5.40m，与线路斜交角66.5°，团泊洼滞洪区滞洪水位5.56m。另外本桥还跨越规划京沪高速公路联接线、静王公路、周卢铁路等控制点。桥址区分布有软土。跨越京沪高速公路联络线采用2×40.0m连续梁；跨越独流减河采用56.0m简支箱梁，单圆柱桥墩，以减少租水；跨津晋高速公路为48+80+48m连续梁，悬臂灌注施工，其他段落均采用32、24.0m简支箱梁。 3.团泊洼2号特大桥 本桥中心里程：CIK168+993.50，全桥长： 23512.60m。CIK165+699处跨丹拉高速公路，路面宽为45m，净高5.5m，夹角为 70°，采用40+64+40m连续梁。马厂减河设计流量193m3/s，水位7.71m，夹角为63°，小里程侧规划堤顶高程8.90m，大里程侧规划堤顶高程8.90m，采用40+64+40m连续梁。其余孔跨式样，根据地形、地物和控制点情况采用24m和32m简支梁。 4．河北子牙新河特大桥（计划首批开工） 总长度13210m 其中：9-24m简支箱梁 291-32m简支箱梁 74-40 m简支箱梁 1-40+50 +40m连续箱梁 1-40+64+40 m连续箱梁 1-48+80+48 m连续箱梁 本桥位于河北省沧县境内，主要跨越既有京沪铁路（在李窑车站南侧，采用1-40+50 +40m连续箱梁）、104国道（采用1-40+64+40 m连续箱梁）、北运河（1-48+80+48 m连续箱梁）、子牙新河（40 m简支箱梁）。 5. CⅠK309+105.0跨漳卫新河岔河 本桥主要为跨漳卫新河岔河而设，全长2699.1m。漳卫新河岔河为卫运河的分洪河道，百年流量为2800m3/s,设计水位24.0m。高速铁路正线跨越该河交为32度，跨河采用48+6×80+48m连续梁，梁高3.8~6.1m，单圆柱墩，有效的减少了河道中的阻水面积，跨越桥址处一公路以2×40m连续梁，大跨连续梁采用悬臂浇注施工，不平衡段满堂支架现浇。 6. CK410+708.29跨黄河特大桥（计划首批开工） 王家庄桥位位于济南北店子～老徐庄险工河段内，在李家岸引黄闸下游约1.7km，上距济德高速公路黄河大桥3km，下距洛口铁路老桥约12km，主桥长5143.4m，北引桥长2930.93m，南引桥长5161.05m。该处两岸临黄大堤堤距930m，主河槽宽约270m，主槽靠左岸，右岸堤脚至主槽水边滩地宽约550m，桥位北为齐河北展宽区，该处北展宽区宽约3.5km。 根据山东黄河河务局的意见，主桥跨度不小于164米，以满足防洪和防凌要求，跨黄河大堤及北展宽区大堤采用立交方式跨越。 通航净空：梁底高程不低于Q=9000m3/s流量时的水位加10.5 m（含适当淤积）。 跨黄河桥式方案共做了连续钢桁梁方案与预应力混凝土部分斜拉桥方案，连续钢桁梁方案工程估算 94177.31万元，预应力混凝土部分斜拉桥方案工程估算95999.91万元，经综合技术经济比较，本阶段初步以连续钢桁梁方案为宜。 黄河主河槽采用112+168+168+112米四跨一联的连续钢桁梁。 黄河主河槽基础部分固定墩采用Ф20米沉井基础，沉井高50米，基底位于硬塑粉质粘土层。中间活活动墩拟采用24Ф2.2米钻孔桩，桩长74米。边活动墩根据结构受力需要布置15Ф1.5米钻孔桩，桩长70～80米。墩身均为圆端型板式墩身。 南滩地部分根据黄委会要求，采用40.7米跨度的预应力混凝土箱梁方案，基础部分拟采用Ф1.5米钻孔桩，桩长65米。跨越南临黄大堤部分均采用52.25+80+52.25米连续梁方案，跨越北临黄大堤部分采用主桥的边跨跨越，梁底高程不低于44.82米。 跨越北展宽区大堤部分根据黄委会要求布置一联55+80+55米连续梁，基础拟采用Ф1.5米钻孔桩，桩长采用50～60米。桥梁过南临黄大堤后，采用10孔32..7米跨度预应力砼简支箱梁，基础拟采用Ф1.2米钻孔桩，桩长采用58～75米。该方案孔跨组成自北向南为：（1×32.7预应力砼简支箱梁）+（55+80+55米预应力砼连续箱梁）+（82×32.7米预应力砼简支箱梁+1×24.7米预应力砼简支箱梁+25×32.7米预应力砼简支箱梁）+（112+168+168+112米连续钢桁梁）+（8×40.7米预应力砼简支箱梁）+（52.25+80+52.25米预应力砼连续箱梁）+（10×32.7米预应力砼简支箱梁），全长5143.4米，共138个桥墩。 本桥施工工期初步安排为4年。从2003年12月开始施工准备，2006年6月梁体结构全部贯通，2007年下半年完成桥面铺轨及收尾工作。 7. CK421+734.93跨兖石铁路特大桥 本桥主要为跨泗河、曲阜北环路、兖南铁路、327国道、荷日铁路、北环疏解线和京沪高速疏解线而设，全长5678.8m。泗水百年设计流量4170m3/s，设计水位73.71 m，交角69度，采用7联2×40m连续梁，单圆柱桥墩，以减少阻水。曲阜北环路路面宽30m，交角80°，与大里程侧一条路宽12m的沥青路，采用40+56+40结合梁；327国道路面宽28m，交角63°，采用40+56+40结合梁，北环疏解线和京沪高速疏解线交角分别为40°、32°，采用40+ 56+40结合梁，结合梁施工采用拼装后顶推就位，然后浇筑混凝土桥面，可满足立交要求。 8. CK648+957.33韩庄运河特大桥 该桥为跨越韩庄运河、伊家河、小新河等河流而设，全桥长3305.46m，其中韩庄运河、伊家河为南四湖的下洩通道，韩庄运河设计流量4778m3/s，伊家河设计流量970 m3/s，韩庄运河、伊家河均为通航河道。根据山东省交通厅文件要求，其通航净宽分别为70m和38m，梁底高程不低于41.67 m和38.28 m。设计中韩庄运河采用了48+80+48 m三跨一联连续梁，悬臂灌注施工，伊家河采用了1-32+40+32 m结合梁，均可满足通航要求。 9． CK95+339.67新汴河特大桥 本桥桥位受线路选线控制，桥位处河道稳定，两岸顺直，高速铁路走向与河流流向垂直。 新汴河为淮北平原上贯通豫、皖、苏三省以排水为主的大型综合利用河道，系1969年人工开挖。河流顺畅，断面规则，流域总面积为6562km2，其中截引沱河3936 km2，濉河2626km2，宿县闸以下新汴河基本上没有汇水面积。设计流量Q1％=2684m3/s，平堤水位H平堤=29.17m，破堤水位 H1％=28.15m，主河槽流速υ主=1.36m/s，滩地流速υ滩=0.59m/s。新汴河现有防洪标准为二十年一遇。线路与河流正交。根据安徽省航道管理局文件（航道局［1998］149号），新汴河为五级航道。设计最高通航水位H1％=26.8m，通航净高5.0m，净宽不小于38m，一孔通航。受线路路肩标高的控制，新汴河两侧防洪通道（堤顶）现有净高太低，不能满足行车要求，需将两防洪通道改在堤外通行。 主跨受通航要求控制，采用32+48+32m预应力混凝土连续梁，其余孔跨采用24，32m预应力混凝土双线整孔箱梁。桥梁全长1715.10m。 10．CK173+886.71淮河特大桥（计划首批开工） 淮河桥位选择了既有津浦货物线双线桥下游1200m桥位，既有津浦货物线双线桥上游50m桥位。在桥位附近，淮河上已建成既有桥梁有四座： 1）既有津浦货物线双线铁路桥，位于蚌埠闸下游13.1km，桥全长1179.6m，正桥主槽为5-80m下承式连续钢桁梁，可通航部分为跨度80m的下承式钢桁梁，通航水位21.09m，通航净高7.8m。 2）蚌埠淮河公路桥，桥位于既有津浦货物线铁路桥上游约2.5 km，桥全长752m，正桥主槽为38m+76m+224m+76m+38m斜拉桥，通航水位21.22m，通航净高约7.5m。 3）既有津浦客运单线桥，孔跨为8-62.8m+2-31.5m钢梁，桥全长587m。 4）津浦客运单线桥增建二线桥梁，与既有津浦客运单线桥对孔布置，主桥采用了8-62.8m钢梁，桥长2078m，于2002年建成。 淮河桥位的选择受淮河通航要求的控制，根据《内河通航标准》（GBJ139-90）要求及安徽省航道管理局以“航道管[1994]144号”文对淮河桥位提出的要求，推荐下游1200m桥位方案，对上游50m方案提出通航孔应采用大孔径，以既有桥两个通航孔为一跨（160m），且两桥桥墩应在上下游方向对齐。 上游50m桥位方案，结构跨度大（160m），施工复杂。另在桥位北端以小角度（16°）跨越既有津浦货物线（双线），需要采用较大跨度或特殊结构形式跨越。 下游1200m方案，通航孔采用80m跨度即可满足通航要求，施工无干扰，且航道部门推荐该桥位。该桥位于蚌埠市区东侧，北跨淮北大堤，南岸从方邱湖行洪区上端通过，距方邱湖行洪区上口门起点约1.5 km。推荐下游1200m桥位方案为线路贯通方案。 贯通方案桥位，桥孔主要由水文和通航要求控制，通航净空为净宽70m、净高8m。桥位上游1.2km为既有京沪货物双线铁路桥，该桥主跨为5-80m下承式连续钢桁梁。结合航道通航净空的要求及既有桥梁孔径，本桥主跨采用80m跨度。 桥式为：主跨采用（48+5×80+48）m预应力混凝连续梁，其余孔跨采用24m、32m、40m简支箱梁，24m、32m连续箱梁。桥梁全长11304.45m。 桥台采用双线T台，京台填土高H=7.0m，沪台填土高H=5.0m，基础采用12φ1.0m钻孔桩基础。 181号～205号墩采用实体混凝土圆端形桥墩，293号为双顶帽桥台，全桥其他桥墩采用钢筋混凝土矩形空心桥墩。 181号～205号桥墩中，187号、188号墩采用8φ2.0m钻孔桩基础,189号、190号墩采用9φ2.0m钻孔桩基础，其余墩采用6φ1.5m钻孔桩基础。桥墩的刚度控制了基础的桩径和桩数。全桥其他桥墩采用9φ1.0m、10φ1.0m，310号墩采用12φ1.0m钻孔桩基础。 （48+5×80+48）m连续梁采用挂篮悬臂浇注施工； 40m箱梁采用造桥机现场制造。188号～191号主墩采用套箱围堰施工。施工水位H=15.68。 11. CK353+165.85秦淮新河特大桥 秦淮新河特大桥跨越新善公路、秦淮新河、共青团路。由于线路受地形、地面建筑物的限制，线路平面改动困难，桥位受线路选线控制，铁路跨越秦淮新河时，与秦淮新河河道夹角37°。 秦淮新河是秦淮河下游分洪河，起于南京市江宁东山桥，经铁心桥，西善桥入长江。秦淮河为人工开挖，于1978年动工，1981年投入使用，全长16.85km，长江口设有节制闸，用于防止长江洪水倒灌，并在流域高水位时向长江抽排。秦淮新河及下游可节制闸的设计通过流量为800 m3/s，校核流量为1100 m3/s，入长江口处长江百年水位10.6m。采用1994年水文成果：Q1%=1243m3/s,V=1.73 m/s,冲刷系数1.15，设计水位9.45m。根据本次勘测南京市航道管理处提供的资料显示该河通航等级为Ⅴ级，最高通航水位7.6m，既有通航净高5m，净宽38m，规划为Ⅳ级，南京市航道管理处要求通航净宽80m（目前未有书面资料），或一跨过河。但根据改建宁芜铁路可研时江苏省南京市航道管理处发文《关于宁芜铁路跨越秦淮河、秦淮新河通航技术要求的复函》（宁航道航政【2002】80号）知秦淮新河在该段航道等级为六级航道，通航净空为22x4.5m。经与地方反复协商，本次设计秦淮新河航道等级按规划Ⅳ级考虑，秦淮新河与线路夹角37°，桥跨拟采用（60+100+60）m跨度。新善公路：新善公路为双向二车道+3m停车带+2m路肩组成，沥青路面，与线路夹角25°，拟采用（40+56+40）m结合梁跨越。共青团路：共青团路为双向六车道+3m人行道，沥青路面，为城市道路，拟采用（40+56+40）m结合梁跨越。 秦淮新河与线路夹角37°，桥跨采用（60+100+60）m连续梁跨越；新善公路为双向二车道+3m停车带+2m路肩组成，沥青路面，与线路夹角25°。采用（40+56+40）m结合梁跨越；共青团路为双向六车道+3m人行道，沥青路面，为城市道路，采用（40+56+40）m结合梁。 桥全长：2528.3m。 |
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