王德志，楊 恒，曾甲華，吳 成，寇延春

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 工程概況

新建鐵路福州至廈門高速鐵路是我國沿海客運(yùn)通道的重要組成部分，正線北起福州站(含)南至漳州站(含)，連接福州、莆田、泉州、廈門、漳州等海峽西岸經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，線路全長277.5 km，橋梁長度181.1 km，橋長占比65%[1]。

1.1 自然條件

河流水系：沿線經(jīng)過的主要水系有閩江水系、木蘭溪、晉江、泉州水系、廈門水系及九龍江等。閩江是福建省第一大河，九龍江是福建省第二大河，同時(shí)跨越湄洲及泉州海灣兩大海灣。

氣象特征：線路所經(jīng)閩東南沿海地區(qū)，屬東南亞熱帶氣候，雨量充沛，年平均氣溫在18～21.5 ℃，7～9月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，平均每年受臺(tái)風(fēng)影響5～6次，極端風(fēng)速可達(dá)65 m/s。

工程地質(zhì)：沿線海域、灘涂及海積平原區(qū)主要發(fā)育厚層沖海積相淤泥、淤泥質(zhì)土，以及稍密飽和的粉細(xì)砂層，夾砂礫、卵石；河流階地、丘(山)間谷地區(qū)主要為軟～硬塑粉質(zhì)黏土夾粗砂、礫卵石層等；福州、莆田段下伏基巖主要為凝灰?guī)r、凝灰熔巖；莆田以南地區(qū)下伏基巖主要為花崗巖、石英閃長巖、花崗閃長巖等。

沿線Ⅱ類場(chǎng)地條件下基本地震動(dòng)峰值加速度劃分以莆田為界，莆田以北0.10g，莆田以南0.15g，相應(yīng)的地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值分別為0.40 s和0.45 s。

1.2 建設(shè)條件

跨越的通航河流主要有烏龍江、木蘭溪、湄洲灣、泉州灣、安海灣及九龍江等，鐵路孔跨需滿足相應(yīng)的通航凈空尺度要求。

沿線公路、道路交通發(fā)達(dá)，全線重要交叉127處，主要跨越漁平高速、G324國道、沈海高速、湄渝高速、泉州繞城高速、廈蓉高速等。沿線經(jīng)過福建省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，城市規(guī)劃和城市交通路網(wǎng)對(duì)鐵路建設(shè)影響較大。

跨越的鐵路主要有福廈鐵路、向莆鐵路、廈深鐵路、湄洲灣港口支線、漳泉肖鐵路、鷹廈鐵路及港尾支線等共15處，對(duì)鐵路建設(shè)影響較大。

沿線跨越的管線主要有成品油管道、天然氣管道、輸水管道、國防光纜、通信光纜等，沿線部分地段通道位置與管線位置沖突。

1.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)鐵路等級(jí)：高速鐵路[2]。(2)軌道類型：無縫線路，有砟軌道。(3)正線數(shù)目：雙線，線間距5.0 m。(4)設(shè)計(jì)速度：350 km/h。(5)最小曲線半徑：7 000 m。(6)設(shè)計(jì)活載：ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。(7)設(shè)計(jì)洪水(潮水)頻率為1/100，感潮河段考慮潮位與洪水位的組合。

2 主要設(shè)計(jì)原則[2]

2.1 橋式方案

常用跨度簡(jiǎn)支梁以32 m、24 m梁跨度為主，在使用24 m調(diào)整32 m橋跨時(shí)，采用與32 m等高箱梁的處理措施。施工以預(yù)制架設(shè)為主，當(dāng)受地形條件、交通和施工組織等因素限制無法預(yù)制架設(shè)施工時(shí)，結(jié)合地形和墩高條件，采用移動(dòng)模架或支架現(xiàn)澆施工。

上跨高速公路時(shí)均預(yù)留雙向8車道擴(kuò)建條件，并滿足公路安全評(píng)估的要求?？缭胶拥桃艘豢卓缭剑_有困難時(shí)，橋墩設(shè)在背水坡，相關(guān)措施滿足防洪評(píng)估的要求。跨越通航河流，應(yīng)滿足通航論證的要求。

跨越既有鐵路、在建鐵路或規(guī)劃鐵路時(shí)，根據(jù)斜交角大小、采取一孔跨越或門式墩方案，施工期間盡可能減少對(duì)既有鐵路行車的影響。施工安全限界應(yīng)在既有鐵路設(shè)施外側(cè)2 m以上。

盡量減少軌道伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置，大跨橋梁溫度跨盡量控制在200 m以內(nèi)。

2.2 梁部

標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁采用《時(shí)速350 km客運(yùn)專線鐵路無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁》[通橋(2016)2322A]，聯(lián)絡(luò)線及動(dòng)走線采用《時(shí)速160 km客貨共線鐵路預(yù)制有砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁》[通橋(2014)2131、2132、2133]。

位于車站渡線區(qū)、咽喉區(qū)、聯(lián)絡(luò)線等道岔區(qū)段上的橋梁，采用道岔連續(xù)梁。

為滿足通航、防洪要求及跨越鐵路、高等級(jí)公路的需要，可以采用大跨度連續(xù)梁、連續(xù)梁拱及剛構(gòu)拱等特殊結(jié)構(gòu)。

全線均采用無涂裝耐候鋼球型鋼支座，部分支座根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要特殊設(shè)計(jì)。

2.3 墩臺(tái)及基礎(chǔ)

一般區(qū)間正線客運(yùn)專線墩高小于20 m的橋墩，采用流線形圓端型實(shí)體橋墩，墩高20～26 m采用斜坡實(shí)體橋墩；墩高大于26 m采用圓端形空心墩；水文橋梁與水流夾角較小時(shí)采用單圓柱墩，其線剛度需滿足相關(guān)規(guī)定。正線、聯(lián)絡(luò)線及動(dòng)走線均采用矩形空心橋臺(tái)。

橋梁基礎(chǔ)有擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩種類型。當(dāng)基坑開挖深度小于5 m，且基底承載力σ0≥350 kPa，沉降計(jì)算滿足要求時(shí)，可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。樁基一般選擇承載力較高的巖層、砂卵石層、硬塑黏土層等作為樁底持力層。

濱海軟土地區(qū)橋涵設(shè)計(jì)需要檢算橋墩剛度、基礎(chǔ)沉降、橋臺(tái)穩(wěn)定等，并采取地基處理措施提高基礎(chǔ)抗力，控制基礎(chǔ)變形。

2.4 橋面附屬工程

正線橋面布置、橋面附屬構(gòu)造、排水體系、伸縮縫、綜合接地等均按《客運(yùn)專線鐵路常用跨度梁橋面附屬設(shè)施》[通橋(2016)8388A]圖辦理。

聯(lián)絡(luò)線及動(dòng)走線附屬工程采用《時(shí)速160 km、200 km客貨共線鐵路常用跨度箱梁橋面附屬設(shè)施》[通橋(2014)8188]。

2.5 耐久性[3]

針對(duì)本項(xiàng)目環(huán)境特點(diǎn)，開展了混凝土結(jié)構(gòu)附加防腐措施的機(jī)理和高性能耐候鋼防腐研究，根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10005—2010)的相關(guān)規(guī)定，制定了適合本線的耐久性實(shí)施細(xì)則，包括高性能混凝土、耐海洋大氣鋼及混凝土防腐蝕附加強(qiáng)化措施等。

(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化措施：采用高性能混凝土，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，加大混凝土鋼筋保護(hù)層厚度，控制混凝土裂縫的寬度。

(2)防腐附加措施：浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)混凝土采取表面涂裝，即柔性氟碳面漆+環(huán)氧樹脂中間漆+環(huán)氧封閉底漆涂裝體系。

(3)鋼結(jié)構(gòu)防腐：泉州灣跨海大橋主橋鋼錨梁采用鎳系高性能耐候鋼，初期銹層穩(wěn)定化處理，后期服役免涂裝維護(hù)。其余所有外露鋼構(gòu)件均進(jìn)行熱浸鋅或采用重涂裝防腐體系處理。

3 橋梁技術(shù)特點(diǎn)

3.1 建設(shè)條件復(fù)雜

(1)臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)；(2)海上深水施工；(3)深厚軟基、濱海灘涂地層；(4)地形地貌復(fù)雜，道路管線交叉眾多；(5)跨越或臨近既有鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)大。

3.2 橋梁類型較多

多種類型大跨度斜拉橋、系桿拱橋、連續(xù)梁(剛構(gòu))、無支座整體式剛構(gòu)、大跨度簡(jiǎn)支梁以及梁拱組合等橋式在本項(xiàng)目中得到合理運(yùn)用。如表1所示。不含福州南高架站連續(xù)梁，特殊結(jié)構(gòu)聯(lián)數(shù)185聯(lián)，總長37.7 km；特殊結(jié)構(gòu)長度占橋梁總長度的20%。

表1 福州至廈門高速鐵路橋梁類型

3.3 復(fù)雜大跨橋梁多

主跨432 m高低塔四線混合梁斜拉橋，主跨400 m和300 m鋼混結(jié)合梁斜拉橋，主跨224 m混凝土矮塔斜拉橋，以及主跨2 m×145 m混凝土獨(dú)塔斜拉橋等。全線超過100 m(含)大跨結(jié)構(gòu)共50處。主要特殊大跨橋梁結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 福州至廈門高速鐵路主要特殊大跨度橋梁統(tǒng)計(jì)

3.4 橋梁結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新運(yùn)用

全線復(fù)雜大跨橋梁結(jié)構(gòu)跨越烏龍江采用主跨432 m大跨度四線鐵路混合梁斜拉橋[4]，不對(duì)稱高低塔結(jié)構(gòu)；泉州灣跨海大橋主橋采用主跨400 m全組合梁體系斜拉橋[5]，引橋采用3-70 m無支座整體式剛構(gòu)橋梁，相鄰結(jié)構(gòu)通過臨時(shí)鎖定再解除的懸臂施工方案；湄洲灣跨海大橋引橋采用40 m大跨度標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁，預(yù)制架設(shè)施工；木蘭溪特大橋主橋采用無砟軌道獨(dú)塔混凝土斜拉橋，裸塔轉(zhuǎn)體施工；此外本線還采用了主跨224 m和180 m的矮塔加勁混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))斜拉橋，以及主跨160 m剛構(gòu)拱等眾多結(jié)構(gòu)創(chuàng)新體系。

3.5 橋梁新技術(shù)合理應(yīng)用

針對(duì)高濕高鹽的海洋強(qiáng)腐蝕環(huán)境，全線開展了混凝土和鋼結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)研究，率先在我國海洋大氣環(huán)境使用免涂裝高性能耐候鋼；無支座整體式剛構(gòu)橋梁，全橋不設(shè)支座，邊墩與中墩均與主梁固結(jié)形成剛架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震性能好，經(jīng)濟(jì)合理；為減少對(duì)既有鐵路的影響，鄰近鐵路橋塔采用裸塔轉(zhuǎn)體施工方案；針對(duì)大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)開展風(fēng)-車-線-橋耦合振動(dòng)研究，同時(shí)考慮溫度變形對(duì)軌道的影響；此外還開展大跨橋梁BIM技術(shù)、橋梁健康監(jiān)測(cè)研究等。

4 大跨度橋梁

4.1 四線高低塔斜拉橋——烏龍江特大橋

由于受到新建福州南站站位及下游水源保護(hù)區(qū)控制，橋位選擇在既有G324國道公路橋與既有福廈鐵路橋之間跨越烏龍江，多橋并置。內(nèi)河Ⅳ級(jí)航道，通航凈空120 m×8 m。最高通航水位采用10年一遇洪水位4.57 m，最低通航水位-1.74 m。

結(jié)合河道兩側(cè)山體地形條件及一孔跨越烏龍江通航水域的要求，主橋采用(72+109+432+56+56) m高低塔雙索面混合梁斜拉橋。橋式布置見圖1。

圖1 烏龍江特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：左側(cè)正線雙線，右側(cè)動(dòng)走線雙線，四線鐵路，線間距(5+5+5) m；設(shè)計(jì)活載160 km/h；有砟軌道。

主梁為邊跨混凝土梁和中跨鋼箱梁相結(jié)合的混合梁形式，雙主梁箱形截面，梁寬29.1 m，箱梁高度4.0 m，鋼-混凝土結(jié)合段總長15.5 m。鋼箱梁為正交異性板結(jié)構(gòu)，斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 770 MPa鍍鋅平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，扇形布置。鋼箱梁采用TB/T1527《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》第Ⅴ套涂裝體系，鋼錨梁采用普通耐候鋼。

H形橋塔，單箱單室截面，塔底以上索塔全高分別為170 m、128.5 m[6]，兩側(cè)索塔塔頂高差為41.5 m。高橋塔處設(shè)置縱向固定支座及縱向阻尼器，矮橋塔處設(shè)縱向活動(dòng)支座及阻尼器[7]。

4.2 獨(dú)塔混凝土斜拉橋——木蘭溪特大橋

線路小角度跨越沈海高速公路，且臨近既有福廈線。采用獨(dú)塔雙索面混凝土斜拉橋[8-9]，橋跨布置為(29.3+145+145+29.3) m，全長350 m；雙線，曲線，無砟軌道；塔梁墩固結(jié)體系。橋式布置見圖2。

圖2 木蘭溪特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土等高箱形截面，單箱三室，全寬18 m，梁高3.8 m。斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa鋼絞線拉索，空間雙索面體系，扇形布置，全橋共34對(duì)斜拉索(68根)。橋塔采用花瓶式，橋面以上塔高70 m，主梁采用節(jié)段懸臂施工。

經(jīng)多方案研究比選，鄰近鐵路橋塔采用裸塔轉(zhuǎn)體施工方案[10-11]，橋塔距離既有線結(jié)構(gòu)外緣的最小距離由5.9 m提高至13.1 m，主梁外緣距離既有線結(jié)構(gòu)最小凈距8.8 m，改善了施工條件，減少了對(duì)既有鐵路的影響。

4.3 混凝土矮塔斜拉橋——雷公山特大橋

主橋小角度跨越沈海高速公路，部分位于曲線上。橋跨布置：(40+120+224+120+40) m預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋[12]，全長465.4 m；雙線，有砟軌道；塔梁固結(jié)、墩梁分離。橋式布置見圖3。

圖3 雷公山特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

梁體邊跨直線段及中跨中梁高6.0 m，中支點(diǎn)梁高13.0 m，梁高按圓曲線變化，箱梁頂寬14.3 m，底寬11.2 m，單箱雙室直腹板截面。直立式橋塔，橋面以上塔高44.0 m，矩形實(shí)體截面。單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線，空間雙索面體系；梁上索間距8.0 m，36對(duì)斜拉索，分絲管索鞍[13]?？缭礁咚俟凡捎梅忾]式掛籃懸臂澆筑施工。

4.4 鋼混組合梁斜拉橋——泉州灣跨海特大橋[5，14]

在既有泉州繞城高速公路大橋下游85 m(軸心間距)處，與公路橋并行跨越泉州灣，跨海部分橋梁長度8.5 km。通航等級(jí)代表船型為5 000 t級(jí)雜貨船，兼顧10 000萬t級(jí)雜貨船通航要求，單孔雙向凈寬280.50 m×凈高44.72 m，最高通航水位4.30 m。

主橋采用(70+130+400+130+70) m雙塔雙索面鋼-混結(jié)合梁斜拉橋，半漂浮體系，橋長800 m，雙線、有砟；主梁全長采用混凝土橋面板+槽形鋼箱梁的結(jié)合梁結(jié)構(gòu)[15]，封閉箱形斷面形式，主梁含風(fēng)嘴全寬21 m，梁高4.25 m。橋式布置見圖4。

圖4 泉州灣跨海特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

索塔采用帶曲線造型的H形混凝土橋塔，塔底以上索塔全高為160.254 m。斜拉索采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 770 MPa環(huán)氧涂層平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，扇形布置，全橋共72對(duì)斜拉索(144根)。鋼錨梁采用采用Ni系高性能耐海洋大氣腐蝕鋼，表面不涂裝，靠其自身生成致密穩(wěn)定的鈍化銹層，實(shí)現(xiàn)全壽命期的長效防腐。

4.5 鋼混組合梁斜拉橋——安海灣特大橋

于既有泉廈漳城市聯(lián)盟高速公路安海灣特大橋下游68 m(軸心間距)處，與公路橋并行跨越安海灣，通航2 000 t級(jí)雜貨船，要求單孔雙向通航凈寬最小為215.2 m，凈高為31.15 m，最高通航水位4.43 m。

主橋采用(40+135+300+135+40) m雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，全長650 m；雙線無縫線路[16]，有砟。主梁全長采用混凝土橋面板+槽形鋼箱梁的疊合梁結(jié)構(gòu)，封閉箱形斷面形式，主梁含風(fēng)嘴全寬21 m，梁高4.25 m。橋式布置見圖5。

圖5 安海灣特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

索塔采用帶曲線造型的H形混凝土橋塔，塔底以上索塔全高為126.9 m，斜拉索采用環(huán)氧涂層平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，扇形布置，全橋共52對(duì)斜拉索。

4.6 剛構(gòu)矮塔斜拉橋——湄洲灣跨海特大橋

湄洲灣規(guī)劃單向通航3 000 t，橋跨布置為(96+180+96) m剛構(gòu)矮塔斜拉橋[17-18]，梁長373.6 m，雙線、無砟。橋式布置見圖6。

圖6 湄洲灣跨海特大橋主橋橋式立面布置(單位：m)

主梁采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)[19]，邊跨直線段及中跨跨中梁高為5.0 m，中支點(diǎn)梁高為10.0 m，梁高按圓曲線變化，箱梁頂寬14.1 m，底寬11.0 m，單箱雙室直腹板截面。

索塔采用雙柱式橋塔形式，矩形實(shí)體截面，橋面以上塔高30.0 m，單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線拉索體系，空間雙索面體系。斜拉索梁上間距8.0 m，斜拉索在塔端采用分絲管索鞍貫通，間距為1.0 m，斜拉索規(guī)格分61-7φ5 mm、55-7φ5 mm兩種。

主墩采用雙肢墩柱，單肢為實(shí)心矩形截面，順橋向?yàn)?.4 m，兩墩壁中心距6.6 m；橫橋向等寬度15.1 m。

5 結(jié)語

福廈鐵路建設(shè)條件、橋梁結(jié)構(gòu)以及施工都是非常復(fù)雜的，在滿足鐵路使用功能的前提下，力求安全適用、經(jīng)濟(jì)美觀、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新[20]。以此為指導(dǎo)思想，結(jié)合橋址處建設(shè)條件，確定橋式方案和橋梁結(jié)構(gòu)，同時(shí)積極采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料，創(chuàng)新和豐富我國高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)。福廈鐵路橋梁的建設(shè)，必將對(duì)我國東部沿海高鐵建設(shè)產(chǎn)生積極的影響。