重慶市嘉陵江路軌兩用特大橋平縱橫優(yōu)化設(shè)計(jì)

胡安華 石 俊 李 陽(yáng)

（1．中鐵二院(成都)建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，四川 成都 610031；2．重慶順能建設(shè)工程有限公司，重慶 401120）

1 項(xiàng)目概況

重慶市快速路“三縱線”由北向南貫穿全市八大區(qū)，是該城市主城區(qū)內(nèi)一條重要的南北向快速聯(lián)系通道。其中，紅巖村至五臺(tái)山立交段是建設(shè)難度最高的一段，項(xiàng)目主線長(zhǎng)約5 km、設(shè)計(jì)速度80 km/h、主車(chē)道雙向六車(chē)道；跨嘉陵江和穿山城老城區(qū)分設(shè)一橋一隧通過(guò)，該跨江大橋和穿城隧道是項(xiàng)目的控制性工程，沿線工程極其復(fù)雜，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到項(xiàng)目施工的安全和可行性。

2 項(xiàng)目關(guān)鍵性因素

2.1 設(shè)計(jì)基本情況

根據(jù)行洪與通航論證，該大橋須采取一跨過(guò)江的橋型方案，橋位斷面通航水域?qū)捈s360 m，考慮必要的結(jié)構(gòu)寬度，橋梁主跨應(yīng)不小于375 m，擬采用斜拉橋型。項(xiàng)目行洪論證、環(huán)評(píng)及通航論證已通過(guò)并獲得批復(fù)，且橋位唯一。

2.2 控制性因素

項(xiàng)目穿越重慶市人口密集老城區(qū)，橋位附近分布多幢住宅高樓、廠房及紅巖村革命紀(jì)念館，周邊無(wú)取水點(diǎn)。其中，擬建大橋北橋頭穿越某機(jī)械廠車(chē)間（搬遷中）、南橋頭段布于紅巖紀(jì)念館（全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位）和云棲谷小區(qū)之間。設(shè)計(jì)時(shí)嘉陵江南岸與該項(xiàng)目交叉的在建及既有工程有：與橋共建的軌道交通五號(hào)線（含車(chē)站）、軌道交通九號(hào)線（含車(chē)站）、成渝高鐵、既有梨菜鐵路、既有嘉濱路及牛滴路以及該項(xiàng)目主隧道及紅巖村互通設(shè)置的地下互通匝道隧道（如圖2、圖3 所示），工程關(guān)系極其復(fù)雜。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和研究，擬建跨江大橋南端與隧道相接，且與鐵路、軌道交通地下工程穿插多，地質(zhì)穩(wěn)定性較差、應(yīng)考慮可能對(duì)既有高層建筑物的不利影響；擬建主隧道北洞口的棄填土體厚10 余米、不穩(wěn)定；泥質(zhì)巖邊坡風(fēng)化剝落，進(jìn)口邊仰坡開(kāi)挖后易垮塌。

3 線路平縱橫優(yōu)化

經(jīng)過(guò)分析，擬建跨江大橋?yàn)殡p層路軌兩用，橋梁的平縱橫方案直接關(guān)系到橋梁、相近工程及擬建隧道工程可行性和安全性，必須結(jié)合控制性因素，對(duì)主橋進(jìn)行線路平縱橫優(yōu)化，確定與相近工程合理的空間關(guān)系、并設(shè)置恰當(dāng)?shù)墓こ檀胧窃摴こ添樌ǔ傻年P(guān)鍵。

3.1 原方案缺陷分析

圖1 工程平面交叉關(guān)系圖

經(jīng)論證分析，原設(shè)計(jì)方案缺陷有如下5 點(diǎn)。1）項(xiàng)目地下空間與多條鐵路或軌道交通線路交叉、極其復(fù)雜，實(shí)施可行性極差。2）大橋橋面與既有路銜接的地下互通匝道接入點(diǎn)高差過(guò)大、導(dǎo)致匝道隧洞縱坡大（6.8%），工程量大、安全性差且施工風(fēng)險(xiǎn)大。3） 為躲避重要建筑物，主橋南半段橋梁左右幅均位于路線同向曲線上，主橋拉索受力不利、穩(wěn)定性差、景觀效果不佳。4）橋、隧工程復(fù)雜，空間關(guān)系布置不合理。5）環(huán)境敏感點(diǎn)距離較近。

3.2 橫斷面及豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化

優(yōu)化跨江橋橫斷面：將橋梁上層外側(cè)車(chē)行道布置于下層軌道五號(hào)線兩側(cè)。

結(jié)合嘉陵江橋位兩岸地形條件、環(huán)境 敏感點(diǎn)、通航條件及高層建筑物等控制性因素，為了減小原方案上層橋面與地下互通匝道接線高差、以降低匝道隧道坡度及減少展線交叉工程。結(jié)合擬建跨江大橋南北兩岸互通匝道接線關(guān)系，對(duì)主橋橫斷面進(jìn)行優(yōu)化比選，如圖3、圖4 所示。

圖2 地下工程交叉關(guān)系示意圖

結(jié)合橋梁、地質(zhì)及隧道等相關(guān)工程深化研究，并考慮線路工程、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，采用下層布設(shè)部分車(chē)行道的橋梁橫斷面可有效減小地下互通匝道接線高差（減小10.2 m 后匝道坡度減緩）、提高橋梁穩(wěn)定性和減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.3 平面設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)合橋梁受力特點(diǎn)及拉索布置要求，局部?jī)?yōu)化線路平面布設(shè)。

經(jīng)研究，斜拉橋拉索受力及布置的關(guān)鍵在于主橋拉索區(qū)拉索能按橋軸線對(duì)稱(chēng)布設(shè)。據(jù)此，嘗試優(yōu)化主線線路平面布置來(lái)解決：在主橋線路平面曲線段，借進(jìn)入隧道前需左右幅分修設(shè)置的時(shí)機(jī)，分別按原橋軸線、兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布設(shè)平面曲線，然后左線線路在主橋外、進(jìn)隧道時(shí)增加曲線布“S”平面，滿足了拉索空間布置及結(jié)構(gòu)受力平衡的要求，提高了跨江大橋的安全穩(wěn)定性、美觀性，也節(jié)省了工程造價(jià)。

表1 平縱橫優(yōu)化主要工程綜合比較表

圖3 原設(shè)計(jì)方案

圖4 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

經(jīng)上述在跨江大橋跨度及孔徑相同的基礎(chǔ)上進(jìn)行同精度比較分析。1）橫斷面及平面優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)受力好、穩(wěn)定性好；接線高差小，地下互通安全性提高，主體工程造價(jià)節(jié)省1.5 億元、占地減少37 333.33 m2。2）改變常規(guī)路線左、右線平面曲線轉(zhuǎn)向相同的布設(shè)方法，令左線平曲線在主橋范圍按橋軸線對(duì)稱(chēng)布設(shè)，線路避開(kāi)了環(huán)境敏感點(diǎn)及城區(qū)重要建筑物，跨江橋結(jié)構(gòu)受力更能趨于合理，橋梁安全性提高、景觀效果得到改善。

同時(shí)，根據(jù)優(yōu)化后的平縱橫方案，采取了以下措施。1）橋梁下層軌道與車(chē)行道隔離全封閉，確保軌道五號(hào)線車(chē)輛安全。2）根據(jù)軌道五號(hào)線線間距的要求作為最終橫斷面設(shè)計(jì)。3）結(jié)合消防環(huán)道的設(shè)置，微調(diào)大橋北橋頭匝道橋橋墩位置。4）深入研究了錨碇開(kāi)挖高邊坡工程可行性，確定了開(kāi)挖方案。

加強(qiáng)以上措施后，確定跨江橋段線路平縱橫方案為：擬建嘉陵江大橋下層軌道兩側(cè)布設(shè)部分車(chē)行道、方便互通匝道接線；主橋范圍左、右幅曲線按橋軸線對(duì)稱(chēng)布設(shè)。根據(jù)主橋及互通匝道隧道、主隧道正在施工的情況表明，主橋的線路平縱橫優(yōu)化是成功的。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市管廊的興起以及城市大橋、長(zhǎng)隧的建設(shè)，與鐵路或軌道交通相比，市政交通工程內(nèi)容多、投資單價(jià)高、橫斷面大、影響范圍更廣。雖然“詳規(guī)”和可研將項(xiàng)目的平面及高程已基本劃定，但是在設(shè)計(jì)中必須結(jié)合周邊控制物、相關(guān)工程及不良地質(zhì)等因素，并結(jié)合項(xiàng)目功能和交通路網(wǎng)，布置合理的路、橋、隧（廊）平縱橫設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，通過(guò)控制性工程的平縱橫優(yōu)化組合，能大幅減少項(xiàng)目投資和土地占用、降低工程風(fēng)險(xiǎn)和減少環(huán)境破壞等。