一种V形峡谷大跨铁路混凝土拱桥的制作方法

本发明属于桥梁工程技术领域，更具体地，涉及一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥。

背景技术：

我国山区面积广阔，占全国总面积的三分之二，山区铁路大多山高谷深，地形陡峻，地质复杂，交通不便。为适应山区v形峡谷及铁路选线等技术要求，大跨度铁路混凝土拱桥不断出现。

对于v形山谷地形条件下建造大跨度铁路混凝土拱桥，拱脚处山体陡峭，传统做法在拱脚扩大基础上设置交界墩，开挖量极大，且基坑开挖后不利于拱脚上方山体稳定，需沿稳定边坡线削山或采用锚杆加固山体。铁路混凝土拱桥由于荷载大，刚度要求高，主拱及拱上立柱既要满足受力要求，又要提供足够的刚度，主拱一般选用较大的矢跨比，如国内几座铁路桥的矢跨比均在1/4.6～1/4之间，而由此带来交界墩过高的问题，当主拱跨度超过300m时，交界墩高超过70m。为满足交界墩稳定性和纵向刚度要求，柱脚尺寸较大，从而进一步扩大基础尺寸，增大基坑开挖量以及边坡防护工程量，工程造价较高。

并且，目前上承式混凝土拱桥造型一般有桁架式、拱上立柱式或实腹式，但对于大跨铁路混凝土拱桥，均为拱上立柱式，其造型只注重功能要求，而忽视景观效果，缺乏新颖和寓意，越来越难以满足不断进步的审美需求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，采用副拱代替现有技术中的交界墩，通过在主拱两端的拱脚位置设置副拱，形成特殊的拱上拱结构，避免了由于交界墩过高而带来的稳定性差以及在列车制动荷载作用时纵向刚度不足的问题。

为实现上述目的，提供一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，包括主拱以及主梁，还包括副拱、主拱隧洞基础以及副拱隧洞基础；其中，

所述主拱上设置若干拱上立柱，所述拱上立柱与所述主梁连接，两侧的山体内设有所述主拱隧洞基础，所述主拱的拱脚与所述主拱隧洞基础固定连接；并且，

所述主拱两端分别设有所述副拱，所述主拱隧洞基础的上方山体设置所述副拱隧洞基础，所述副拱的一侧拱脚与所述副拱隧洞基础固定连接，另一侧拱脚与所述主拱固定连接，并且所述副拱的拱顶与所述主梁连接，形成主拱上设置副拱的拱上拱桥梁结构。

进一步地，所述副拱为直线节段与曲线节段结合的结构，至少包括第一节段、第二节段、第三节段、第四节段、第五节段或第六节段，以及副拱预埋段和拱顶混凝土台座，所述副拱预埋段设于所述主拱以及所述副拱隧洞基础上方，所述拱顶混凝土台座设于最后节段的上方。

进一步地，所述副拱预埋段分别与所述第一节段固定连接，依次每个节段直接相互固定连接，至少所述第一节段为所述直线节段，最后一块节段为折角结构，其余节段为所述曲线节段。

进一步地，所述副拱为箱型钢结构。

进一步地，所述主拱的拱顶以及所述副拱的拱顶与所述主梁之间设置固定支座，其余的所述拱上立柱顶部设置纵向活动支座。

进一步地，所述副拱上方设置多个支座，所述副拱通过所述支座与所述主梁固定连接。

进一步地，所述主拱隧洞基础和所述副拱隧洞基础均位于稳定边坡线内部。

进一步地，所述主拱拱顶与所述副拱拱顶处于一条水平线或同一线路纵坡。

进一步地，所述主拱采用钢筋混凝土主拱结构或劲性骨架混凝土主拱结构。

进一步地，所述主梁间隔一段距离设置梁缝，所述主梁在所述梁缝处断开。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，采用副拱代替现有技术中的交界墩，通过在主拱两端的拱脚位置设置副拱，形成特殊的拱上拱结构，避免了由于交界墩过高而带来的稳定性差以及在列车制动荷载作用时纵向刚度不足的问题。

(2)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，主拱与副拱均采用隧洞式基础，隧洞基础置于两岸稳定边坡线内，较传统扩大基础方案极大的减少了山体开挖量和拱脚上方不稳定边坡的防护工程，有利于山体稳定、节省工程量，经济性好。

(3)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，主拱的拱顶以及副拱的拱顶与主梁之间设置固定支座，其余的拱上立柱顶部设置纵向活动支座，将列车制动力转化为主拱及副拱轴力，解决了传统交界墩方案在列车制动荷载作用时纵向刚度不足的问题。

(4)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，主梁间隔一段距离设置梁缝，主梁在梁缝处断开，分为三联，能够有效解决长联连系梁桥温度效应过大的问题。

(5)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，副拱采用钢结构，整节段工厂制作，自重轻，并且副拱与主拱形成拱上拱结构，副拱设计为人字形结构，展现出“以人为本”的精神理念，“人”与“人”以拱相连，具有社会和谐之寓意。整体桥式造型舒展流畅，有较好的景观效果，在满足受力的前提下，提出一种造型美观、结构新颖的混凝土拱桥方案。

(6)本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥中副拱施工方法，采用缆索吊整节段吊装，现场焊接，大大节省工期，提高拱上建筑施工工效。

附图说明

图1为现有技术中v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥整体示意图；

图2为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥整体示意图；

图3为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥结构体系图；

图4为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱结构示意图；

图5为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的主拱断面结构示意图；

图6为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱断面结构示意图；

图7为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱施工示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-交界墩、2-原边坡线、3-稳定边坡线、4-开挖后边坡线、5-主拱、6-副拱、7-主拱隧洞基础、8-副拱隧洞基础、9-拱上立柱、10-主梁、11-钢圆管、12-支架、13-扣背索塔、14-缆索、15-缆索吊机；601-第一节段、602-第二节段、603-第三节段、604-第四节段、605-第五节段、606-第六节段、607-拱顶混凝土台座、608-副拱预埋段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为现有技术中v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥整体示意图，如图1所示，现有技术中，主拱5的拱脚与山体内开挖的台阶状扩大基础固定连接，台阶状扩大基础上设置交界墩1，由开挖后边坡线4与原边坡线2相比较，山体开挖量大，台阶状扩大基础底面及背面位于稳定变坡线3之内，且基坑开挖后不利于主拱5拱脚上方山体稳定，需沿稳定边坡线3削山或采用锚杆加固山体。

图2为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥整体示意图，如2所示，本发明适用于主跨超过200m的山区跨v形峡谷铁路混凝土拱桥，包括主拱5、副拱6、主拱隧洞基础7、副拱隧洞基础8、拱上立柱9以及主梁10。两端的山体内设置主拱隧洞基础7，主拱5的拱脚处与主拱隧洞基础7固定连接，主拱5两端分别设置副拱6。两边的主拱隧洞基础7的上方山体设置副拱隧洞基础8，副拱6的一侧拱脚与副拱隧洞基础8固定连接，另一侧拱脚与主拱5连接。不同于图1中现有技术的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥结构，采用副拱6代替传统技术中的交界墩1，不需要在主拱5的拱脚处开挖山体用于安置交界墩1，主拱隧洞基础7和副拱隧洞基础8均位于稳定边坡线3内，并且由图可知，设置隧洞基础时，不需要开挖山体。本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，主拱与副拱均采用隧洞式基础，隧洞基础置于两岸稳定边坡线内，较传统扩大基础方案极大的减少了山体开挖量和拱脚上方不稳定边坡的防护工程，有利于山体稳定、节省工程量。

进一步地，主拱5的上方设置若干根拱上立柱9与其固定连接，拱上立柱9的长度从两端到中心逐渐减小，各个拱上立柱9的顶部高度与副拱6拱顶处于一条水平线上或处于同一线路纵坡。本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，采用副拱代替现有技术中的交界墩，通过在主拱两端的拱脚位置设置副拱，形成特殊的拱上拱结构，避免了由于交界墩过高而带来的稳定性差以及在列车制动荷载作用时纵向刚度不足的问题。本发明基于新建铁路工程，构思了一种新型铁路混凝土拱桥结构，该结构既满足受力要求，又提高了体系刚度，有利于山体稳定、节省工程量，经济性好。

进一步地，图3为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥结构体系图，如图3所示，主拱5的拱顶以及副拱6的拱顶与主梁10之间设置固定支座，其余的拱上立柱9顶部设置纵向活动支座，将列车制动力转化为主拱5及副拱6轴力，解决了传统交界墩方案在列车制动荷载作用时纵向刚度不足的问题。另外，主梁10间隔一段距离设置梁缝，主梁10在梁缝处断开，分为三联，能够有效解决长联连系梁桥温度效应过大的问题。

具体地，图4为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱结构示意图。如图4所示，副拱6包括至少包括第一节段601、第二节段602、第三节段603、第四节段604、第五节段605或第六节段606、一级拱顶混凝土台座607和副拱预埋段608。主拱5以及副拱隧洞基础8上方均设置副拱预埋段608，副拱预埋段608分别与副拱6拱脚处的第一节段601固定连接连接，依次第二节段602分别与第一节段601固定连接，第三节段603分别与第二节段602固定连接，第四节段604分别与第三节段603固定连接，第五节段605分别与第四节段604固定连接，依次，最后一块节段两侧与上一节段固定连接。另外，副拱6为直线段与曲线段组合结构，最后一块节段具有折角结构，最后节段上方设置拱顶混凝土台座607。副拱6具体节段数量以及直线段和曲线段的数量，由根据全桥结构计算得出的最优副拱线性、主拱和副拱最优受力条件以及实际运输条件等确定。

优选地，副拱6采用钢结构，整节段工厂制作，自重轻，采用节段拼装施工，利用缆索吊整节段吊装，现场焊接，节约工期。

进一步地，图5为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的主拱断面结构示意图。如图5所示，主拱5的截面为多边形结构，优选地，主拱5的截面为矩形结构。主拱5的上方设置拱上立柱9，拱上立柱9上方通过支座与主梁10连接，其中，主拱5拱顶的拱上立柱9与主梁10固定连接，其余拱上立柱9与主梁10活动连接。

进一步地，图6为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱断面结构示意图。如图6所示，副拱6的截面为多边形结构，优选地，副拱6的截面为四边形结构，并且副拱6优选为钢结构，其上方设置多个支座。副拱6的拱顶与主梁10之间设置的支座为固定支座，副拱6的拱顶与主梁10之间固定连接。

优选地，主梁10采用钢筋混凝土主拱结构或劲性骨架混凝土主拱结构，主梁10为劲性骨架混凝土组合结构时，其内部设置钢圆管11。

图7为本发明实施例一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥涉及的副拱施工示意图。如图7所示，一种v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥结构中，完成主拱5的施工后，在主拱5上施工拱上立柱9的同时进行副拱6的施工，结合图4，副拱6的施工方法按照如下步骤：

s1：在主拱隧洞基础7的上方山体中，设置副拱隧洞基础8，副拱隧洞基础8较主拱隧洞基础7小，并且副拱隧洞基础8设置于稳定边坡线3的内部；

s2：在副拱隧洞基础8以及主拱5上设置副拱预埋段608；

s3：在副拱6的拱脚处搭设横纵交错的支架12，用于副拱节段焊接定位及临时支撑；

s4：副拱6采用钢结构，整节段工厂制作，汽车运输至施工现场；

s5：运用施工主拱5时在山体两侧设置的扣背索塔13，扣背索塔13之间设有缆索14，缆索上设置缆索吊机15，可以在缆索14上滑动，施工副拱6时，缆索吊机依次将副拱节段由拱桥两侧运送至设计位置；

s6：使用缆索吊机15依次将副拱6各节段由主拱5两侧运送至设计位置，现在进行焊接，直到副拱6的最后节段安装到位为止；

s7：进行副拱6拱顶的拱顶混凝土台座607的施工；

s8：拆除支架12，继续主梁10施工。

本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥中副拱6采用缆索吊整节段吊装，现场焊接，大大节省工期，提高拱上建筑施工工效。同时，本发明的v形峡谷大跨铁路混凝土拱桥，根据场地条件、交通功能、景观需求等特点，运用科学的桥梁设计理念，在满足受力的前提下，提出一种造型美观、结构新颖的混凝土拱桥方案。副拱6与主拱5形成拱上拱结构，副拱6设计为人字形结构，展现出“以人为本”的精神理念，“人”与“人”以拱相连，具有社会和谐之寓意。整体桥式造型舒展流畅，有较好的景观效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。