东江南特大桥主桥桥式的选择

刘应才

穗莞深城际轨道交通项目是珠三角城际轨道交通线网规划的主轴线之一,是国内第一条由省方主导的城际轨道交通项目。该项目线路走向起于广州,经东莞至深圳松岗,线路全长62.9 km,总投资166.83亿元。项目于2008年12月21日上午正式开工建设,总工期为4年,预计在2012年年底建成通车。

穗莞深城际轨道项目的开工建设,标志着广东省珠三角地区轨道交通同城化规划实施进入全面启动阶段。项目建成后,将成为沟通广州、东莞、深圳三市的快速交通通道,对加快推动珠江东岸建成一小时经济圈,实现区域经济一体化,提升珠三角地区整体实力具有重要意义,珠三角城际轨道交通车辆荷载图示见图1。

穗莞深城际轨道交通工程是国内首条真正意义上的城际轨道交通项目,它不同于国铁,也不同于地铁,很多技术标准、技术参数无相应的规范。针对国务院对珠三角城际轨道网的规划,广东省铁路建设投资集团组织中铁第四勘察设计院集团有限公司、中国铁道科学研究院、中铁工程设计咨询集团有限公司等设计、科研单位编制了珠江三角洲城际轨道交通《设计暂行规定》(以下简称为《暂规》),来统一整个线网的技术标准、技术参数。由于《暂规》在不断修编中,施工图阶段较初步设计阶段,列车竖向活载图示发生了较大变化,由八节编组的珠三角城际轨道交通车辆荷载图示修订为0.6UIC荷载图示(见图2)。

1 研究概况

初步设计时,东江南特大桥主桥采用孔跨布置为(144.5+264+144.5)m的钢桁斜拉桥,节间长度11.0 m,中跨24个节间,边跨13个节间,桥面以上的上塔柱采用钢塔柱,高 109 m,桥面以下下塔柱采用混凝土塔柱,高51.16 m(见图3)。

在图1荷载模式作用下,用有限元软件对桥梁进行验算,钢桁梁跨中最大竖向挠度20.8 cm(容许值22 cm),钢桁梁最大梁端转角1.8‰(容许值2‰),桥梁刚度满足规范要求。

在《暂规》修订后的图2荷载模式作用下,钢桁梁跨中最大竖向挠度 36.1 cm(容许值 22 cm),钢桁梁最大梁端转角 3.1‰(容许值2‰),桥梁刚度不满足规范要求。钢桁梁边支点采用压重后仍存在负反力。考虑改良方案为:跨提部分的(50+80+50)m连续梁改为(50+80+50)m钢桁梁,与主桥相连,连续长度增加360 m,需增加钢材约6 500 t。鉴于列车荷载模式改变后,采用原桥式结构不能满足规范要求,要将跨提部分的连续梁改为与主桥相连的钢桁梁,在初步设计上需增加大量投资额,所以考虑修改初步设计的桥式,采用下承式整体桥面加劲钢桁梁桥(方案一)和下承式整体桥面钢桁拱桥(方案二),为了保证通航需要,两方案跨度布置维持原设计,仍采用(144.5+264+144.5)m。

2 方案比选

方案一:下承式整体桥面加劲钢桁梁桥。1)本方案为下承式整体桥面加劲钢桁梁,桥跨布置(144.5+264+144.5)m;2)钢梁节间12 m～15 m,平弦桁高18 m,中间支点处上加劲弦高32 m,加劲弦采用二次抛物线线形。方案二:下承式整体桥面钢桁拱桥。1)本方案为下承式整体桥面钢桁拱,桥跨布置(144.5+264+144.5)m;2)钢梁节间为12 m,平弦桁高18 m,中间支点处上桁高25 m,下加劲腿高12 m,拱轴线二次抛物线,跨中矢高54 m,拱顶桁高12 m。三种桥式的综合比较见表1。

表1 三种桥式的综合比较

3 结语

穗莞深城际轨道交通项目东江南特大桥主桥初步设计时为钢桁斜拉桥,由于荷载图示发生变化,原设计不能满足规范要求,需进行方案调整,如果保持桥式不变,跨提部分的连续梁要改为钢桁梁,增加投资8 079.5万元。本文通过分析研究另外两种桥式方案,可以看出,几种方案都能满足规范要求,但方案一总造价最低,且施工工期最短,为最优方案,所以最终推荐采用方案一,即采用下承式整体桥面加劲钢桁梁桥。可见,初步设计的方案未必是最优方案,完全可以在施工图阶段对初步设计进行优化,降低工程造价,缩短施工工期。

[1] 铁道第三勘察设计院,铁路桥涵设计基本规范[S].

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.珠三角地区城际轨道交通设计暂行规定(修订稿)[Z].2009.

[3] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.