关于山区客运专线铁路桥梁的几点认识

2012-11-27田万俊

铁道标准设计 2012年11期

田万俊

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津 300142)

1 概述

目前，我国在建和即将建设的山区客运专线铁路多达数千千米，其设计速度一般为200～350 km/h。山区铁路有别于平原区铁路最大的特点是地形起伏大，地势陡峭复杂，地层岩性变化剧烈。而由此引起山区桥梁在设计、施工等方面与平原区桥梁有很大的不同［1-10］。

2 山区桥梁有别于平原区桥梁的特点

2.1 与其他专业的接口设计

由于地形起伏大，山区铁路线下结构工程如隧道、桥梁、明洞、路堤、路堑等交替设置，导致桥梁与其他专业的结构接口设计增多，除常见的桥梁和路堤接口外，还大量增加了桥梁和路堑、桥梁和隧道的接口［1］。尤其是当桥梁和隧道之间的距离较近时，为了减少桥、短路基和隧道的频繁过渡，一般将短路基取消，而直接将桥梁和隧道相接，特殊情况下可将桥台直接伸入隧道内。这样可改善列车行车条件，降低施工难度，同时景观效果也较好;而当桥梁和路堑相接时，由于涉及2个专业，要求各专业采用的刷坡和防护措施要统一，否则景观效果太差。因此，桥梁和路堑、桥梁和隧道相接或相套的接口设计，成为必须妥善解决的环节之一。该接口设计虽然难度不大，但往往容易被忽略，导致排水不畅，施工困难，景观效果差，应该引起高度重视。桥梁和隧道相接接口见图1，桥梁和路堑相接接口见图2。

图1 桥梁和隧道相接接口

2.2 预制箱梁通过隧道的方法

对于常用跨度桥梁，从制梁质量控制难易程度、整体经济性、节省工期等角度考虑，预制架设梁要明显优于现浇梁［3］，因此，在条件许可的情况下要尽可能采用预制架设整孔箱梁。而整孔箱梁的运输和架设都需要采用体积庞大的运架梁专用设备，这些设备通过隧道就有很大难度，因此山区铁路桥梁的施工组织和设备选用就成为影响工期和造价的关键因素之一。对于桥面宽度为12.0 m的客运专线常用跨度简支箱梁，当采用预制架设而通过隧道时通常有下面5种方案可供选择。

图2 桥梁和路堑相接接口

方案一:适当加大隧道断面。

根据目前客运专线双线隧道的标准断面尺寸，即使运梁车采用结构高度较低的尺寸，正常情况下也无法通过隧道，见图3。

图3 正常情况下运梁车与隧道关系示意(单位:cm)

针对这种情况，适当加大隧道断面则可以通过。哈大客运专线就采用了这种做法［4］。但这种方案只适用于隧道较短的情况，当隧道较长时工程量增加较大，经济性不好。

方案二:隧道仰拱部分断面后浇筑。

针对上述方案一情况，采用隧道仰拱部分断面待运梁车通过后再浇筑的做法，可使运梁车通过隧道。目前已建成的京沪高速铁路就采用这种做法［5］，见图4。

该方案优点是运梁车驮运简支箱梁可以整孔通过隧道，缺点是隧道仰拱必须后做，且运梁车必须选用结构高度较低的型号。即使在这种情况下，梁侧面距隧道边缘仅有不足30 cm的空间，需要运梁车通过隧道时准确控制横向位置，实际操作难度较大，尤其当隧道较长时，风险较大;而且当隧道围岩级别较好(如Ⅱ级围岩)时，一般不做仰拱［6］。

图4 仰拱后做时运梁车与隧道关系示意(单位:cm)

方案三:桥梁结构采用双线组合箱梁。

桥梁结构类型采用后张法预应力混凝土双线组合箱梁，主要考虑桥隧相连条件下使用。由于采用2片单线箱梁并置，每片箱梁宽度只有5.75 m左右，完全可以通过隧道。目前已经建成的合武客运专线就采用了这种组合箱梁的结构形式［7］。该方案优点是桥梁通过隧道不受隧道的净空限制，隧道间的桥梁在没有增加梁场的情况下也可以预制架设;缺点是由于采用了组合箱梁，同一孔梁需要分2次架设，工期较长，同时由于2个单线箱梁并置，增加了箱梁底宽度，同时也加大了下部结构的工程量。双线组合箱梁见图5。

图5 双线组合箱梁断面(单位:mm)

方案四:双线整孔箱梁部分悬臂板进行二次浇筑。

梁场预制梁时，切除两侧部分悬臂板，预留钢筋。待通过隧道后，悬臂板进行二次浇筑［8］。如图6所示。

图6 部分悬臂板后浇32 m简支箱梁断面示意(单位:mm)

该方案优点是箱梁整孔预制，通过隧道较容易。缺点是悬臂板需要二次浇筑，且需要采取施加横向预应力等措施。目前已建成通车的石太客运专线就采用这种做法。

方案五:采用运架一体式架桥机，见图7。

图7 900 t运架一体机

该方案优点是集运梁、架梁为一体，结构尺寸小，通过隧道容易，不需要对梁做任何变动。尤其对隧道出入口附近的桥梁也能采用预制架设的方式，不受任何隧道空间的限制，非常适合在桥隧相连地段使用。本方案缺点是施工单位原有设备不能利用，必须选用新设备［9］。

总之，在山区客运专线铁路桥隧工点比较密集地段具体采用何种方案通过隧道，要视具体项目的隧道分布状况、围岩级别、施工设备情况等因素综合确定。

2.3 山区桥梁桥式方案的选择

(1)对位于2个长大隧道(隧道长度一般为3 km以上)之间的桥梁，当预制梁通过长大隧道困难且2座长大隧道间桥梁孔数达不到设置梁场的规模(一般预制梁孔数达到500孔以上)时，这种情况下桥梁一般都采用现浇的施工方法。这时，通常又会出现下面几种情况。

①桥梁长度较小，只有3～5孔。当桥梁高度超过20 m以上时，采用满堂支架施工安全风险很大，而用移动模架施工由于孔数较少又十分不经济，因此这种情况可采用连续梁的结构形式，施工采用悬臂灌注较为合理;当桥梁高度小于20 m时，搭设满堂支架较为容易，可采用现浇简支梁或小跨度连续梁的桥式方案;或者，施工单位有贝雷梁或军用梁等设备，在不增设临时墩的情况下，选用跨度满足现有贝雷梁或军用梁的简支梁或小跨度连续梁进行现浇施工，也是一个不错的方案。

②当桥梁孔数超过10孔以上时，一般来说，采用移动模架现浇简支箱梁的桥式方案较为经济［10］。

(2)对于“V”字形深谷，当地质条件较好时，可采用斜腿刚构、简支拱等结构形式;当地质条件较差，河谷流量较小，不满足拱脚或斜腿刚构的推力作用时，可采用T构的结构形式，在沟谷中间设置1个桥墩，两侧设置一般桥台，此种方案具有综合优势［11］。上述几种桥梁结构形式都可以避免在陡坡上修建桥梁墩台和基础，降低了施工难度和风险，减少了对山体的扰动。

(3)对于“U”字形深谷，桥梁又高且长，此时可供选择的桥梁方案较多，需进行认真的综合技术经济比选，以确定最优方案。如跨度不同(一般跨度有32、48、56 m等)的移动模架施工的简支梁方案;长联连续刚构方案，难点是要解决长联时由于温度变化引起的梁端位移较大问题，尤其是当轨道采用无砟轨道时，此问题更要引起高度重视;还有多联并置的T构方案等，该方案解决了长联结构引起的大位移伸缩问题，但由于是T构，经济上不一定合理。总之，应进行多方案比选，综合确定。

2.4 陡坡上设置基础时注意要点

在陡坡上设置桥墩基础，在山区桥梁设计中经常会遇到。但是如何做到既经济又安全，同时兼顾景观和生态要求，则设计上就应进行创新。通常情况下有下面几种方案可供选择。

(1)方案1。在传统的设计当中，经常会采用这种方案，即保证承台不露出地面，同时为了形成钻孔桩施工时的工作平台且避免桥墩出现偏压，进行纵向或横向刷坡。这种情况下要注意，刷坡面必须根据地质、地形情况选用合适的坡度并要求护砌，基础计算时根据地质和地形情况考虑一定的自由桩长并计算侧向土压力的影响，如图8所示。这种方案的缺点是刷方量很大，对地形、地貌和植被破坏严重。适用于山体地质条件较差、土体松散易坍塌且对生态保护无要求的区域。

图8 承台不露出地面方案

(2)方案2。当地质条件较好或不容许大面积破坏山体植被时，为了减少刷方工程量，将承台尽量上抬甚至露出地面，现场为了施工钻孔桩形成工作平台，只进行很少的刷方并结合防护回填形成工作平台。这种方案适用于地质条件较好的情况。当地质情况很差时要慎用此方案，否则桩基自由桩长太长导致计算难以通过且土体经施工扰动后很容易坍塌，尤其在降水量较大的地区更要引起高度重视。如图9所示。

图9 承台露出地面方案

(3)方案3。为了避免方案1刷方量大、方案2桩基施工困难等缺点，在上述方案2的基础上，选用一种新型的基础形式，本文暂称之为整体基础。即将桥墩下基础做成一个整体，类似挖井但又比传统的挖井高且柔以满足地质和地形要求，类似单桩基础但比传统的单桩基础截面尺寸要大得多，计算上兼顾单桩和挖井基础的特点。如图10所示。该方案刷方量较小，基础施工相对容易，建议逐步完善推广使用。