高速铁路跨九龙大道桥式方案研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增１０１３３０３・桥梁工程・高速铁路跨九龙大道桥式方案研究谢芳君（中铁二十二局集团有限公司北京１０００４３）摘要：本文以杭长客专跨九龙大道为背景，通过高速铁路桥上无缝线路道岔检算以及动力仿真分析，分别研究西移１０８ｍ大跨方案、西移５８ｍ小跨方案和东移主跨１０２ｍ大跨方案，最后根据理论分析及地方建设要求得出结论：采用东移主跨１０２ｍ连续梁拱大跨方案经济节省且各项指标均能满足设计及运营要求。关键词：无缝线路道岔检算动力仿真分析方案比选中图分类号：Ｕ４４２．５＋４文献标识码：Ａ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．Ｓ１．０３６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｒｉｄｇｅＴｙｐｅＳｃｈｅｍｅｆｏｒＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＣｒｏｓｓｉｎｇＫｏｗｌｏｏｎＡｖｅｎｕｅＸｉｅＦａｎｇｊｕｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ”２２ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅ—ＨａｎｇｚｈｏｕＣｈａｎｇｓｈａＰａｓｓｅｎｇｅｒＤｅｄｉｃａｔｅｄＬｉｎｅｃｒｏｓｓｉｎｇＫｏｗｌｏｏｎＡｖｅｎｕｅａｓｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｒｏｕｇｈｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅＣＷＲｔｕｒｎｏｕｔｏｎ—ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｂｒｉｄｇｅａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｒｅｓｐｅｅｔｉｖｅｌｙｔｈｅｗｅｓｔｗａｒｄｓｈｉｆｔｉｎｇ１０８ｍｌａｒｇｅｓｐａｎｓｃｈｅｍｅ，ｗｅｓｔｗａｒｄｓｈｉｆｔｉｎｇ５８ｍｓｍａｌｌｓｐａｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｅａｓｔｗａｒｄｓｈｉｆｔｉｎｇｍａｉｎｓｐａｎ１０２ｍｌａｒｇｅｓｐａｎｓｃｈｅｍｅ，ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｗｅｒｅｄｒａｗｎ：ｔｈｅｅａｓｔｗａｒｄｓｈｉｆｔｉｎｇｍａｉｎｓｐａｎ１０２ｍｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇｉｒｄｅｒａｒｃｈｌａｒｇｅｓｐａｎｓｃｈｅｍｅＷａｓｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＷＲｔｕｒｎｏｕｔ；ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｃｈｅｍｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ１工程概况九龙大道为南昌市九龙湖新城区规划建设纵贯南北的交通主干道，设计标准为双向１２车道，标准路幅宽度为９６ｍ，双向快车道宽５０ｍ、两侧绿化带各８ｍ，非机动车及人行道各１５ｍ。标准横断面见图１。９６１０５．０８２４．５Ｌ０２４．５８５．０１０１人行道非机动绿化带ｌ机动车道中判务隔带机动车道１绿化带非机劫人行道。图１标准横断面（单位：ｍ）九龙大道北起既有祥云大道，南接规划的外环箨霎暑羿！翟姿茅２１９－１７４５－）．男．高级工程师．主要从事桥梁设计及高速。根据南昌市Ｉ城市规划设计研究总院设计－Ｉ的作者简介：谢芳君（一），男，高级工程师，主要从事桥梁设计及向述。儆循削日１］蛾ｒＩ］飙必Ｕ吸Ｆｌ１丌九一碌Ｉ况ｌ又，州施工。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增１１１３３万方数据・桥梁工程・《西客站片区ＨＪＺ７０４单元控规调整》平面图，规划中的九龙大道与杭长客专、向莆铁路交叉，为适应周边环境和城市主干道的景观需求，要求九龙大道在规划线位处一跨下穿铁路。规划九龙大道在南昌西站东侧咽喉区与在建杭长客运专线和向莆铁路交叉，交叉处里程分别为杭长客专ＤＫ５６９＋９０１．８、夹角９０。，向莆铁路Ｄ３Ｋ１４５３＋０６６、夹角８６０，交叉处两铁路相距８０ｍ。对应交叉处杭长客专影响范围为ＤＫ５６９＋８４８．２３一ＤＫ５７０＋０５８．８８，为２１０．６５ｍ的路基段及１～３．０Ｉｎ框架涵，其上有一组渡线和单开道岔，东侧相邻为赣江特大桥６×３２ｍ连续梁Ａ３３…墩一Ａ４０台，其上有一组渡线。本变更设计方案研究主要是解决规划九龙大道下穿杭长客专、向莆铁路的问题。规划九龙大道与南昌西站地区铁路关系见图２图２规划九龙大道与南昌西站地区铁路关系示意２方案研究难点九龙大道下穿杭长客运专线桥梁方案的主要难点在于道岔位于大跨度桥上。目前，国内外已建成铺设道岔的桥梁最大跨度为：（１）郑西高速铁路渭南北站大桥，为跨度（３０＋４８＋５６＋４８＋３０）ｍ连续梁桥，轨道结构类型为轨枕埋人式无砟道岔，桥’上布置一组１８号单开道岔旧；（２）京沪高速铁路无锡东站大桥，为跨度（３２＋４０＋６４＋４０＋３２）ｍ连续梁桥，轨道结构类型为纵连底座板式无砟道岔，桥∞上布置一组１８号单渡线ｊ。高速铁路无缝线路道岔上桥的技术要求：（１）一组道岔范围内不允许存在梁缝；（２）道岔岔尖距梁缝的距离不小于１８ｍ；（３）道岔岔尖不得布置在台后过渡段上Ｈ１。道岔区桥梁最主要的控制指标：（１）道岔转辙机处桥、轨的相对位移不能超过５ｍｎｌ；（２）列车通过时车、岔、桥的耦合振动，各车轮上瞬时减载率不能超过０．８０；（３）高速道岔几何形位的控制精度为１ｍｉｌｌ【５Ｊ。１３４铁道建筑技术３方案论证根据桥、岔关系，分别研究了杭长客专上跨规划九龙大道在８ｍ宽中间绿化带中设置桥墩的（２１＋３２＋５８＋２×３２＋２４）ｉｎ变宽度道岔梁５８ｍ小跨方案及（３２．７＋１０８＋３５＋３０．７）ｍ变宽度道岔梁１０８ｍ大跨方案。为保证桥上无缝道岔检算成果的可靠性，分别进行了桥上无缝道岔检算以及车桥耦∞合动力仿真分析ｊ。３．１西移１０８ｍ大跨方案九龙大道规划线位与铁路交叉处杭长客专有一组渡线（２１１、２１３号道岔）和一组单开道岔（２０９号），向莆铁路有一组渡线（１０４、１０２号）。规划九龙大道中心线位偏向杭长客专的２０９号道岔和向莆铁路的１０４号道岔，由于道岔范围内不容许出现梁缝且岔尖距梁缝不小于１８ｍ，道岔需布置在一联梁上，要求梁长不应小于１９９．０１２ｍ。为此，规划九龙大道线位需向西移３３．５７ｍ，同时杭长客专渡线、单开道岔和向莆铁路渡线向东适当调整，调整之后的桥长均大于１９９．０１２ｍ，满足道岔布置的要求。九龙大道规划线位西移后，桥梁与道岔群的平面关系见图３。为满足一跨跨越规划九龙大道的需求，大跨方案主跨需采用不小于１０８ｍ的跨度，分别研究了主跨１０８ｍ尼尔森刚架拱和主跨１０８ｍ连续梁拱两个方案。主跨１０８ｍ尼尔森刚架拱方案效果图见图４，主跨１０８ｍ连续梁拱方案效果图见图５。图３桥梁与道岔群的平面关系图４主跨１０８ｍ尼尔森图５主跨１０８ｍ连续梁刚架拱方案效果拱方案效果ＲＡＩＬＷＡＹｃＯＮＳＴＲＵＣＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１８ｉ增１）杭一ｈ最囊叶Ｒ十６冀基｜】ｈ蠡Ｈ口９－撼８＋＝６０銎＿ｍ撼＋＝＿ｌ『Ｉ魁ｎ钳量基＋辛禽量＋６９甚蚕ｑ晷＋＝＿【套苫晕｛Ｉ盥釜糟髯看蕞６＋ｌ＿｝下ｃ１Ｈ＜｜ｆ掣毫§＋三。暑藉萎￡０＋｜；；；，ｈ交簧墨警三万方数据・桥梁工程・杭长客专为无砟轨道，同步开展了有砟轨道方案研究。连续梁拱造型美观、现代，结构高度低、竖向刚度大，较易满足动力性能的要求；尼尔森刚架拱目前在国内外为首创，减小了轨道温度零点至道岔尖轨尖的距离，可以解决梁轨相对位移问题，但由于其自身结构特点，竖向温度变形大，导致高速道岔几何形位的控制困难门ｏ。在连续梁拱、尼尔森刚架拱分别采用无砟、有砟轨道四种方案基础上，分别研究了本桥主跨及相邻渡线上６×３２ｒｆｌ连续梁固定支座设置，桥梁孑Ｌ跨布置分别考虑在６Ｘ３２ｍ连续梁与本桥之间是否设置短过渡梁共计２４种方案¨ｏ。对连续梁拱、尼尔森刚架拱分别采用无砟、有砟轨道四种系列方案中分别进行了车、岔、桥动力仿真研究。桥上无缝道岔检算及动力仿真控制设计值见表１。其中尼尔森刚架拱方案无缝道岔检算梁轨相对位移能够满足规范要求，但２１１号道岔尖轨尖端与滑床台的间隙达１．８ｍｍ，超过限值１ｍｍ，道岔的正常使用状态不能得到有效保障；连续梁拱方案钢轨强度不满足规范要求，转辙器处基本轨与桥梁相对位移达８．０ｍｍ，也不满足规范５ｍｍ限值要求，最大瞬时轮重减载率１．０，不满足规范０．８的要求ｐ１。表１桥上无缝道岔检算及动力仿真控制设计值控制点梁轨相对尖轨尖与滑床台的方案位移最小值／ｍｍ间隙／ｍｍ容许值５ｌ主跨１０８ｍ尼尔森刚架拱４．８１．８（无砟轨道）满足规范不满足规范主跨１０８ｍ尼尔森刚架拱４．２１．８（有砟轨道）满足规范不满足规范主跨１０８ｍ连续梁拱８（无砟轨道）不满足规范满足规范主跨１０８ｎｌ连续梁拱５．２（有砟轨道）不满足规范满足规范３．２西移５８ｍ小跨方案考虑在规划九龙大道中间８ｍ宽绿化带立墩，主跨采用５８ｍ连续梁拱。桥梁与道岔群的平面关系见图６，主跨５８ｍ连续梁拱方案效果图见图７。华喜缝ｌ熏丽里巴一ｌｌｌｊ酗ｌ｝ｌｌ轨道研究方案同主跨１０８ＩＴＩ方案一致，共计１６种方案。桥上无缝道岔检算及动力仿真控制设计值见表２。图７主跨５８ｍ连续梁拱方案效果图表２桥上无缝道岔检算及动力仿真控制设计值控制点梁轨相对尖轨尖与滑床台的方案位移最小值／ｍｍ间隙／ｍｍ容许值５１主跨５８ｍ连续梁拱４．９０（无砟轨道）满足规范满足规范主跨５８ｍ连续梁拱４（有砟轨道）满足规范满足规范无缝道岔检算表明：控制点梁轨相对位移为４．９ｍｍ，满足规范５ｍｍ限值要求，动力仿真分析表明：最大轮重减载率０．７４，满足规范０．８限值要求，其它各项指标也均满足规范要求。３．３东移主跨１０２ｍ大跨方案因规划九龙大道西移主跨１０８ｍ大跨方案无法满足无缝线路道岔的技术要求，不具备可实施性，但江西省要求九龙大道一跨下穿铁路，并要求研究九龙大道规划线位东移、一跨下穿铁路的可行性。据此研究了九龙大道东移１００．９３ｍ的（３ｘ３２＋１０２）ｍ连续梁拱大跨方案。该方案满足九龙大道一跨下穿铁路与道岔布置的要求，桥上只有一组渡线道岔（２０５、２０７号），避开了道岔群，渡线中心位于结构设置纵“”向固定支座处且位于梁长中心，二者温度零点基本重合¨０｜。九龙大道规划线位东移后，桥梁与道岔群的平面关系见图８。（下转第２２３页）铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增１１１３５万方数据・线路／路基工程・参考文献杨志法，王思敬，冯紫良，等．岩土工程反分析原理及—应用［Ｍ］．北京：地震出版社，２００２：２１２３．毛忠良．旋喷搅拌桩在软土地基处理工程中的应用—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（１１）－５６６０．唐坤尧．基于邓肯一张模型的软土路基沉降变形的数—值模拟分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（３）：１０４１０７．殷德顺，王保田，王云涛．不同应力路径下的邓肯一张模—型模量公式［Ｊ］．岩土工程学报，２００７（９）：１３８０１３８５．卢廷浩．土力学［Ｍ］．２版．南京：河海大学出版社，—２００２：５５５６．殷宗泽．土工原理［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，‘—２００７：１０１１０２．［７］孙钧，黄伟．岩石力学参数弹塑性反演问题的优化方法—［Ｊ］．岩石力学与工程学报，１９９２（３）：２２１２２９，３１７．［８］常正儒．最近点投射算法和差异进化算法结合的岩土工程智能反分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（５）：８７－９１．［９］徐士良．Ｆｏｒｔｒａｎ常用算法程序集［Ｍ］．２版．北京：清—华大学出版社，２０００：４７５２．［１０］丁鑫洪．土体固结沉降反分析研究研究［Ｄ］．南京：河—海大学，２０００：３４４１．［１１］杨林德．岩土工程问题的反演理论与工程实践【Ｍ］．—北京：科学出版社，１９９６：１０１２．［１２］杨涛．复合地基沉降计算理论、位移反分析模型和二灰土桩—软基加固试验研究［Ｄ］．南京：河海大学，１９９７：２３３１．“——●———————・＋－＋・・＋－＋－＋一＋一＋一＋・・＋－＋一＋＊－４－＋一＋一＋一－卜一一－・卜一－卜－・卜－－卜一＋－一＋＿一・＋＿一・＋－（上接第１３５页）塑一嗡皤墼’４量主、：ｉ！长沙ｌｌｌ！Ｊ：：：！￥一妻§！曩！耄§§塞曩图８桥梁与道岔群的平面关系桥上无缝道岔检算及动力仿真控制设计值见表３。方案｝蓉嚣豢警怒Ｐ嵩嚣纳容许值５．００．８主跨１０２——————ｍ连续梁拱卜丽磊４两．２磊ｒ－ｆ丽矿０．７９东移１０２ｍ大跨方案无缝道岔检算表明控制点梁轨相对位移为４．２ｍｍ，满足规范５ｍｍ限值要求；动力仿真分析表明最大轮重减载率０．７９，满足规范０．８限值要求。１１。，其它各项指标也均满足规范要求。４结束语国内针对桥梁与道岔纵向相互作用展开过深入研究，形成了成熟的桥上无缝道岔纵向力和位移计算理论及设计方法，在多条高速铁路已得到成功应用并纳入《铁路无缝线路设计规范》；车一岔一桥动力学仿真技术比较全面地反映了车一岔一桥耦合振动，已成功运用于京沪高速桥上无缝道岔的动力学性能评估并经实车试验进行了验证。理论计算分析表明：（３×３２＋１０２）ｍ连续梁拱桥梁纵向伸“”一＋一＋一＋＋－＋一＋一＋一＋一＋＋一＋－＋－＋－＋－＋一＋・缩对道岔受力和变形的影响与标准道岔区６Ｘ３２ｍ‘连续梁基本一致，各项指标均满足规范值１２１。杭长客专通车运营已有１０００ｄ时间，据目前资料显示九龙大道下穿杭长客运专线桥梁状况良好，各项指标均满足运营要求。参考文献［１］—公路钢管混凝土拱桥设计规范：ＪＹＧＴ——Ｄ６５０６２０１５．［２］白玲，史永吉．大跨度铁路钢管混凝土拱桥稳定性的∥研究［ｃ］铁路客运专线建设技术交流会论文集．武汉：长江出版社，２００５．［３］郭志勇．客运专线桥上无缝道岔的设计［Ｊ］．铁道建—筑，２００７（７）：１００１０２．［４］铁路无缝线路设计规范．中华人民共和国铁道部出版社：ＴＢ—１００１５２０１２［ｓ］．中国铁道出版社，２０１２．［５］杨建荣．车一桥耦合作用下公路桥梁局部振动研究［Ｄ］．上海：同济大学，２００８．［６］王贵春，章长玖，陈淮．公路简支梁桥在车桥耦合作用—下的冲击系数研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（９）：２０２３．［７］崔军．大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００３．［８］冯丛．云桂铁路南盘江特大劲性混凝土拱桥施工技术—探讨［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（８）：７７８０．［９］曾志平，陈秀方，赵国藩．连续梁桥上无缝道岔伸缩力—与位移计算［Ｊ］．交通运输工程学报，２００６（１）：３４３８．［１０］刘衍峰，高亮，冯雅薇．桥匕无缝道岔受力与变形的有限元—分析［Ｊ］．北京交通大学学报（自然科学），２００６（１）：６６７０．［１１］刘学武，郭彦林，吕清天．钢结构吊装体系平衡状态确—定的优化迭代算法［Ｊ］．施工技术，２００９（３）：６３６６．［１２］张麒．武广铁路客运专线变截面道岔连续梁箱梁施工—技术［Ｊ］．北京：铁道建筑，２０１０（１）：９５９７．铁道建笳技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｆ增７Ｊ１ｊ１ｊ●２３４５６¨心口Ｈ瞪∞万方数据