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郑万高铁梅溪河大桥桥位选址研究

摘要：郑万高铁位于豫、鄂、渝三省市境内，线路进入重庆市境内后，深入三峡库区腹地，沿长江北岸而行，依次跨大宁河、梅溪河、汤溪河和彭溪河，该段地形起伏极大，河谷深切，对桥梁选址要求极高。本文以梅溪河大桥桥位选址为例，分析桥位选址过程中的注意事项。
关键词：桥梁选址;铁路选线
1前言
郑万高铁位于豫、鄂、渝三省市境内，是国家《中长期铁路网规划》中区际干线铁路京-郑-渝-昆大通道的重要组成部分。线路自郑州东站引出，北接京广、徐兰客专，与陇海、登杞、石武、京广、禹亳、平禹、孟平、宁西、汉丹等路网干支线相交，南端连接万州，并通过渝万客专达重庆。项目设计行车速度为350公里/小时，届时重庆到郑州车程时间将缩短至4小时左右，重庆至北京缩短至6小时左右。线路进入重庆市境内后，深入三峡库区腹地，沿长江北岸而行，依次跨大宁河、梅溪河、汤溪河和彭溪河，该段地形起伏极大，河谷深切，对桥梁选址要求极高。本文以梅溪河大桥桥位选址为例，分析桥位选址过程中的注意事项。

图1 郑万高铁重庆段线路走向示意图
梅溪河位于重庆市奉节县，属长江支流，规划为III级航道。河道受三峡倒灌影响，其通航水位参照三峡倒灌水位控制，即最低通航水位H=145m，最高通航水位H=175m。该段测区属剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大。地面高程 140～480m，最大高差约200m，自然坡度25～60°，部分为陡坎地形。S201省道从桥址区通过，交通较利。不良地质为岩堆、人工弃土及岩溶，未见特殊岩土。

图2 梅溪河区域位置示意图
2前期研究准备工作
在开展桥位选址研究前，需分析桥梁周边环境。勘察设计过程中，经现场调查发现，测区内河流、冲沟深切形成陡立岸坡，岸坡岩性为三叠系中统巴东组三段（T 2 b 3 ）的泥质灰岩夹灰岩、页岩，受区域构造及其次生构造影响，薄层状的岩体破碎严重，在长期降雨及重力作用下，斜坡岩体风化剥落、崩落及变形失稳溜坍后，在斜坡较缓处脚堆积形成岩堆。且三峡库区范围内普遍存在水库坍岸问题，工程地质条件较复杂。桥梁工程墩台设计应位于“安全岛”范围之内，避开不良地质是工程设计的前提。
同时，现场调查，梅溪河河道两侧零星分布有部分居民房屋及企事业单位，诸如奉节西南水泥厂、虹金属压延厂、奉节殡仪馆等；梅溪河东北侧有著名的天鹅湖风景区，西南侧为奉节县城所在地。铁路选线应贯彻“环保选线”理念，桥位两侧引线工程不应影响自然环境，同时减少拆迁工程，避免产生社会环境影响。
不同桥位处的外部条件不一样，诸如地形起伏，河道宽度，地质条件，故不同的桥位方案适应建设的桥型方式也不同。根据桥型的不同，直接影响项目的工程投资、施工难度、河道通航等。
本项目采用350km/h设计速度目标值，对建设中和建设后的运营安全要求极高。郑万高铁梅溪河大桥及引线工程与渝宜高速公路、奉巫高速公路交叉，交叉处的相对位置及工程措施的选择对方案影响较大。
结合上述分析，对控制本处桥位选址的主要因素归结为：
1．本段工程地质条件复杂，河道范围存在滑坡、岩堆、错落等不良地质，线路北端存在煤层采空区，为降低施工与运营时的安全隐患，需要避开不良地质对高铁桥位及线位的影响。
2．梅溪河属长江支流，规划Ⅲ级航道，桥位及桥型需满足通航要求。
3．梅溪河西南端为奉节县城区所在地，且桥位附近有奉节县殡仪馆等敏感建筑。
4．既有公路主要为渝宜高速公路和奉巫高速公路，公、铁交叉位置的选择对大桥两侧线位有一定影响，从而影响桥位。
3桥位方案初步拟定
现场调查工作结束后，需要筛选出有价值的桥位选址方案。根据线路走向，结合前述控制因素，前期研究过程中初步拟定了上、中、下游三处梅溪河桥位方案。上游桥位方案线路走行于渝宜高速公路北侧，下穿巫奉高速公路桥梁，该方案需要设置两座长554m、586m的桥梁分别跨梅溪河主沟和支沟，此方案河道宽度约1050m；中游方案下穿渝宜高速夔门互通，而后跨梅溪河，梅溪河大桥长569m，此方案河道宽度约650m；下游方案在省道201梅溪大桥下游140m处跨梅溪河，桥长630m，此方案河道宽度约350m。

图3 梅溪河桥位示意图

图4 梅溪河上游桥位现状

图5 梅溪河中游桥位现状

图6 梅溪河下游桥位现状
4不同方案技术经济比选
从线路长度方面分析，上游桥位方案线路长度最短，中游桥位方案次之，下游桥位方案线路长度相对最长，单从技术经济指标分析，下游方案投资较上游方案、中游方案增加约1673万元、5773万元。铁路选线工作是一项系统性的工作，要求推荐的线路方案技术可行、经济合理。因此，结合桥位选址拟定的线路方案，还需对其前后工程拉通后进行技术经济比较。

图7 梅溪河桥位对应线路走向示意图
首先，从区域工程地质条件进行分析，三方案均属剥蚀低山地貌，所经过地层岩性、地质构造和主要的工程地质问题基本相似。经过现场踏勘后，整理各方案的工程地质特征，梳理出主要的工程地质问题。据现场调查，沿线不良地质分布广泛，下游桥位方案东端桥墩位于岩堆体边缘，附近公路未见有变形迹象，房屋未有开裂现象，钻探揭示岩堆纵坡较陡，横坡平缓，钻探揭示线路通过地段岩堆厚2～10m，综合分析认为，岩堆现状稳定，可以采取工程措施处理。其余方案存在滑坡、岩堆、综上，岸坡稳定、煤层瓦斯等地质问题。综合评价，下游桥位方案的工程地质条件相对较好。
表1 梅溪河桥位方案工程地质条件比较表
方案
名称
上游桥位方案
中游桥位方案
下游桥位方案
工程地质特征
剥蚀低山地貌，本段褶皱发育，发育庙梁子背斜、青连铺向斜，部分地层倒转。地层岩性为侏罗系中、下统泥岩、页岩夹砂岩，三叠系泥岩、砂岩、泥灰岩、泥质灰岩、盐溶角砾岩等。坡洪积漂石土、粉质黏土层厚。发育较多的重力不良地质体。
剥蚀低山地貌，本段褶皱发育，发育庙梁子背斜、青连铺向斜，部分地层倒转。地层岩性为侏罗系中、下统泥岩、页岩夹砂岩，三叠系泥岩、砂岩、泥灰岩、泥质灰岩、盐溶角砾岩等。坡洪积漂石土、粉质黏土层厚。发育较多的重力不良地质体。
剥蚀低山地貌，本段褶皱发育，发育庙梁子背斜、青连铺向斜，部分地层倒转。地层岩性为侏罗系中、下统泥岩、页岩夹砂岩，三叠系泥岩、砂岩、泥灰岩、泥质灰岩、盐溶角砾岩等。坡洪积漂石土、粉质黏土层厚。发育较多的重力不良地质体。
水文地质特征
地表水主要为梅溪河，地下水一般弱发育。
地表水主要为梅溪河，地下水一般弱发育。
地表水主要为梅溪河，地下水一般弱发育。
主要工程地质问题
1、岩质软，易风化、易软化。易发生滑坡，据调查，本段线路附近7处滑坡、3处岩堆、1处错落，除梅溪河桥位2处滑坡外，其余均均已绕避或以隧道通过。
2、岩溶：主要为巴东组三段泥质灰岩夹泥质白云岩、页岩，总体岩溶弱发育。
3、跨梅溪河岸坡土层及风化层较厚，存在水库坍岸问题，应对水库坍岸段进行加固或防护。
4、干溪沟隧道存在煤层瓦斯问题，施工存在一定风险。
1、岩质软，易风化、易软化。易发生滑坡，据调查，本段线路附近5处滑坡、2处岩堆、1处错落，均已绕避或以隧道通过。
2、岩溶：主要为巴东组三段泥质灰岩夹泥质白云岩、页岩，总体岩溶弱发育。
3、跨梅溪河小里程土层及风化层较厚，存在水库坍岸问题，应对水库坍岸段进行加固或防护。
1、岩质软，易风化、易软化。易发生滑坡，据调查，本段线路附近6处滑坡、3处岩堆、1处错落，除梅溪河大里程端岩堆，其余均已绕避或以隧道通过。
2、梅溪河大里程端岩堆，厚5～35m。岩堆现状稳定，岩堆对桥基开挖影响大。
3、岩溶：主要为巴东组三段泥质灰岩夹泥质白云岩、页岩，总体岩溶弱发育。
其次，从不同桥位选址对应的桥型结构分析。三处不同桥位对应的地质特征、地形起伏，河面宽度，通航要求等外部因素，寻找与之相适应的桥型布置图，经分析计算：
上游桥位方案采用主跨180m梁拱组合体系跨越梅溪河干流，采用主跨168m连续刚构跨越梅溪河支流。以175m水位控制，该桥两侧虽岸坡地形较缓，但河谷较宽，存在多处水中墩，最大水深约为57m。

图8上游桥位方案跨干流桥型示意图

图9上游桥位方案跨支流桥型示意图

中游桥位方案宜采用主跨192m梁拱组合体系跨越梅溪河干流，采用悬臂现浇施工主梁，主梁施工完成后再施工梁上拱。该桥亦存在水中墩，以175m水位计算，基础施工水深最大达到39m，施工难度大。中游桥位对应桥型图如下所示：

图10 中游桥位方案桥型示意图
下游桥位两侧地形陡峭，但河谷较窄，桥型方案宜采用1-340m钢筋混凝土拱桥一跨跨越梅溪河，主拱采用缆束吊装斜拉扣挂法施工，再在劲性骨架外挂模板现浇外包混凝土形成主拱，该桥两端拱脚基础位于175水位以上，水中不设桥墩。

图11 下游桥位方案桥型示意图
上游桥位方案和中游桥位方案因桥位处河道较宽，基于无法采用一跨跨河的桥型结构，需设置多处水中桥墩，对航道船舶的运行存在安全隐患。同时，如果发生船舶撞击桥墩事件，桥墩产生振动或位移，也会对桥上高速运行的动车产生严重安全隐患。综合分析，下游桥位方案不设水中墩，施工难度小，工程经济性也较好，且不影响梅溪河航道通航。
再次，从桥梁意外其他因素分析，主要体现在线路走向方面。调查发现上游桥位方案河流主沟和支沟之间的铁路路基工程侵占奉节县殡仪馆房屋，该殡仪馆占地20亩，内有公墓200余座，是奉节县唯一的火葬安置点。经咨询相关部门，该殡仪馆搬迁难度极大，易产生不良社会影响，建议线路走向避开；上游桥位方案梅溪河大桥东端桥墩还需下穿奉-巫高速公路桥墩，铁路建设过程中施工中的场地平整、隧道施工设备进出等易对现状高速公路桥墩产生偏压影响，不利高速公路行车安全。中游桥位方案梅溪河大桥东端桥墩下穿渝宜高速公路夔门互通，该互通以桥梁工程为主，需临时改移高速公路主线及匝道约2.1km，初步估算需增加投资约0.8亿元。
综合分析，下游桥位方案虽然线路略长，投资略多，但工程地质条件好、对航道通航基本无影响，铁路建设和运营中与高速公路的干扰也较小，设计中推荐采用下游桥位方案。在此基础上进一步研究论证桥型结构设计工作。

5、结束语
后续设计工作中，梅溪河双线特大桥设计为主跨1-340m上承式钢筋混凝土拱桥，为目前国内同类桥梁之最。作为郑万高铁全线的重点控制工程，该桥主体结构已于2020年9月全部施工完成。通过该桥的前期选址工作，可以看出铁路选线工作是一项长期性的、综合性的、系统性的工作，该桥的选址案例充分体现了地质选线、环保选线和重大工程优先选址的综合选线原则。

-全文完-