上海市域铁路桥梁主要技术标准分析

王法武

（中铁上海设计院集团有限公司，上海市 200070）

1 概 述

上海市域铁路是中心城区联接周边城镇组团及城镇组团之间的快速度、大运量、公交化的轨道交通系统，是综合交通体系的重要组成部分。市域铁路自成体系、独立运营，重要节点宜与国铁线路互联互通，具备贯通运营条件。上海市域铁路最高设计速度200 km/h，采用单相工频交流25 kV牵引供电制式，仅运行动车组列车，正线采用双块式无砟轨道。本文对上海市域铁路桥梁关键技术进行分析，为今后市域铁路桥梁设计提供参考。

2 列车设计活载

我国铁路桥梁设计荷载图式是采用概化的包络图式，列车活载制定的总体原则是“设计荷载图式静效应×设计动力系数＞运营车辆静效应×运营动力系数”[1，2]。

我国高速铁路（新建设计时速250～350 km/h的客运专线）列车设计活载采用ZK活载[6]。

ZK活载制定时兼顾考虑以下列车荷载：（1）高速列车：德国ICE列车、法国TGV列车、日本200系列车；（2）跨线客车：SS8+客车和DF11+客车；（3）跨线货车：8K双机+C62货车和DF4+C62货车；（4）养路机械荷载[1]。因此上海市域铁路桥梁如采用ZK活载会有较大富裕量，不够合理经济。

根据2011年组织开展的“时速250 km以下客运专线铁路（城际铁路）设计活载及桥梁结构相关技术标准研究”结论，时速200 km及以下、不开行机车牵引旅客列车的城际铁路可采用ZC活载[3，5]。城际铁路ZC活载图式见图1。

图1ZC活载图式

由中国铁道学会发布的铁道行业团体标准《市域铁路设计规范》T/CRS C0101-2017中提出ZS活载图式。ZS活载图式适用于设计速度不大于160 km/h、仅运行动车组的客运专线铁路，ZS活载图式见图 2[4，9]。

图2 ZS活载图式

以下是ZC活载与ZS活载的对比分析。

以跨度32 m双线简支箱梁为例，采用ZC活载时，跨中截面位置的恒载与活载弯矩之比为2.25∶1，活载弯矩占总弯矩的30.8%；采用ZS活载时，跨中截面位置的恒载与活载弯矩之比为3.07∶1，活载弯矩占总弯矩的24.6%。可见列车活载占比较小。

对于设计速度160 km/h的市域铁路，采用ZC活载和ZS活载的经济性对比分析如下：上海地区为软土地质，桩基为摩擦桩，桩基由沉降控制。桥墩采用钢筋混凝土结构，墩身截面尺寸主要由刚度控制。采用两种不同的活载图式，桩基和桥墩工程量无差异。不同活载图式主要影响上部结构工程量。以跨度32 m双线简支箱梁为例，采用ZC活载设计时，一孔梁配置的预应力钢绞线用量为9.1 t；采用ZS荷载时，一孔梁配置的预应力钢绞线用量为8.3 t，两者相差9.7%。一孔32 m双线简支箱梁上部结构造价87万，上部和下部结构总造价256万。增加的钢绞线费用占上部结构造价的0.7%，占上、下部总造价的0.25%。

综上，对于刚度及沉降控制要求严格的市域铁路桥梁，列车活载占比较小，列车活载图式的变化对工程经济性影响不明显。

根据上海市域铁路的功能定位，仅运行最高设计速度200 km/h及以下动车组，重要节点与国铁互联互通，具备贯通运营条件。因此，上海市域铁路采用和城际铁路相同的活载图式，即采用ZC活载图式。

3 桥梁结构形式

客运专线和城市轨道交通桥梁一般采用箱梁，个别城市轨道交通也有采用U梁。普速铁路一般采用T梁。箱梁整体性好而且简洁、美观、便于施工，U梁能适当降低线路纵断面且具有一定的降噪功能，T梁经济性较好且施工方便。

考虑城市景观要求和预留声屏障基础预埋件，市域铁路桥梁推荐采用箱梁。箱梁抗扭刚度大，受力性能好，对于线路平面的适应性好。

4 桥墩结构形式

铁路桥梁一般采用圆端型实体桥墩，桥墩按素混凝土结构设计[7]，配置护面钢筋。桥墩尺寸一般较大。

市域铁路一般在城市道路路中或路侧敷设，空间狭小，对桥梁景观要求高，桥墩设计力求纤细、美观，借鉴城市轨道交通桥梁设计经验，市域铁路桥墩采用矩形花瓶式桥墩，按照钢筋混凝土结构设计。

5 抗震设计

市域铁路桥梁抗震分析按现行国家标准《铁路工程抗震设计规范》GB50111的规定执行。桥墩抗震设计时，盖梁、节点及基础应作为能力保护构件，并按能力保护原则设计。

6 桥墩纵向水平线刚度

市域铁路采用跨区间无缝线路，为保证桥上无缝线路的稳定和安全性，必须检算由于温度变化、列车制动等产生的钢轨附加应力。现有大量实验研究成果表明：列车制动作用下，桥梁墩台顶纵向制动附加力和分布除受轮轨粘着系数、线路阻力等参数影响外，主要由墩台顶纵向水平线刚度及相邻墩台顶刚度匹配所决定。因此墩台合理的纵向线刚度限值是桥梁及桥上线路设计的关键参数之一。

《地铁设计规范》（GB 50157—2013）规定：桥墩线刚度限值应根据工程条件及扣件阻力经钢轨动弯应力、温度应力、制动应力和制动附加力的计算确定。不作计算时，可按表1规定取值[8]。

表1 地铁桥墩墩顶纵向水平线刚度限值

《城际铁路设计规范》（TB 10623—2014）规定：混凝土简支梁桥墩顶部水平线刚度应满足表2规定的限值要求[5]。

表2 城际铁路桥墩墩顶纵向水平线刚度限值

根据理论分析和现有资料分析，地铁规范规定的桥墩纵向线刚度限值偏大。上海市域铁路桥墩纵向水平线刚度采用城际铁路的限值标准。

7 竖向自振频率

竖向自振频率反映了结构的动力性能。对于市域铁路桥梁，由于其列车荷载会产生频率较高的激振荷载，当激振频率和结构自振频率接近时，产生较大振动。所以设计要对频率限值作规定，目的是使设计的桥梁自振频率尽量避开激振频率，桥梁不要产生较大振动。

市域铁路对简支梁竖向自振频率限值的规定与城际铁路相同。

8 结构变形

市域铁路桥梁对结构变形的控制体现在对梁体挠跨比、梁端转角、梁体残余徐变变形、墩台基础工后沉降等方面，具体限值要求同《城际铁路设计规范》。

桥梁的挠跨比反映了其抗弯刚度。它定义为列车静活载作用下桥梁的挠度和跨度之比。控制桥梁挠度的主要目的是满足车辆的乘坐舒适度要求，当然也保证行车的安全性以及减小对桥梁的冲击。但舒适性和安全性相比，一般是舒适性控制。

限制梁端转角大小是为了保证梁端扣件系统的受力及线路安全，减小运营期间的维修工作量。梁端折角愈大，钢轨扣件上拔力愈大；支座外悬臂长度愈长，上拔力也愈大。

对梁体残余徐变变形的控制主要是为了满足线路平顺性要求。

桥梁墩台基础工后沉降限值主要是为满足列车运行安全和舒适要求。

9 施 工

市域铁路对桥梁施工提出较高要求，应优先考虑预制拼装结构。桥梁上部结构可以采用整孔预制架设、节段预制拼装施工工法。整孔预制架设梁场占地面积大，对运架要求高；节段预制拼装梁场占地小，对运架设要求低。

铁路和城市轨道交通桥墩一般采用现浇施工，借鉴城市高架桥墩预制拼装施工经验，可采用预制拼装施工。

桩基根据具体场地条件可采用钻孔桩、高频免共振钢管桩、PHC预制管桩。城市中心城区对环境保护要求高，秉承绿色施工理念，可采用高频免共振钢管桩。郊区人口稀少地区可采用PHC预制管桩或钻孔桩。

10 结 语

（1）上海市域铁路最高设计速度200 km/h，重要节点宜与国铁线路互联互通，车辆采用和谐号CRH6型城际动车组。桥梁列车设计活载采用城际铁路列车活载，即ZC荷载。

（2）考虑城市景观要求和预留声屏障基础预埋件，市域铁路桥梁推荐采用箱梁。箱梁抗扭刚度大，受力性能好，对于线路平面的适应性好。

（3）借鉴城市轨道交通桥梁设计经验，市域铁路桥墩采用花瓶式桥墩，按照钢筋混凝土结构设计。桥墩抗震设计时，盖梁、节点及基础应作为能力保护构件，并按能力保护原则设计。

（4）考虑市域铁路运营安全性和舒适性要求，对简支梁竖向自振频率、梁体挠跨比、梁端转角、梁体残余徐变变形、墩台基础工后沉降等应控制，具体限值标准与《城际铁路设计规范》相同。

（5）秉承绿色施工理念，城市环境对市域铁路桥梁施工提出较高要求，应优先考虑采用预制拼装结构。