客货共线32 m简支箱梁修订设计的经济性分析

杨鹏健

（中国国家铁路集团有限公司建设管理部，北京 100844）

新中国成立以来，我国客货共线铁路桥梁大量采用分片式T 梁结构，T 梁外侧设置人行道角钢支架，桥上设置护轮轨。因简支箱梁结构在中国高速铁路桥梁的应用已较为成熟［1］，2014 年，原铁道部经济规划研究院发布了时速160 km、时速200 km客货共线简支箱梁图纸［2-3］，目前在沪通铁路、青莲铁路上有所应用［4］。近年来，TB/T 3466—2016《铁路列车荷载图式》、TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》、TB 10092—2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》的颁布，对客货共线箱梁的设计荷载和构造提出了新的要求，铁路相关单位组织开展了客货共线简支箱梁通用参考图的设计修订工作，形成了2019版客货共线箱梁通用参考图［5］，对箱梁结构设计进行了优化。箱梁与T 梁的经济性问题一直是铁路建设相关部门关注的重点问题［6］，本文介绍对新版客货共线简支箱梁修订设计，并就其与既有客货共线T 梁的经济性开展对比分析，提出应用建议。

1 分析对象

1.1 简支箱梁

以2019版客货共线箱梁通用参考图为分析对象，取时速160 km、时速200 km 客货共线32 m 双线整孔简支箱梁开展分析［5］。以时速160 km 32 m 双线整孔箱梁为例，其全长32.6 m，计算跨度31.5 m，梁高2.5 m，梁宽11.4 m，腹板倾斜度为1∶5，跨中腹板厚360 mm，梁端腹板厚900 mm，桥面布置见图1。

图1 时速160 km 32 m双线整孔简支箱梁截面（单位：mm）

1.2 简支T梁

既有客货共线简支T 梁以可否设置声屏障分为2种类型。本次对比分析主要考虑如下T 梁结构（均为目前适用的最新版T梁通用参考图）。

1）无声屏障 T 梁。时速 160 km 32 m 双线 T 梁，图号通桥（2017）2101，桥面布置见图2；时速200 km 32 m双线T梁，图号通桥（2017）2201。

图2 无声屏障双线简支T梁桥面布置（单位：mm）

2）设置声屏障 T 梁。时速 160 km 32 m 双线 T 梁，图号通桥（2012）2109，桥面布置见图3；时速200 km 32 m 双线 T 梁，图号通桥（2012）2209。时速 200 km 32 m T梁梁高为2.7 m，时速160 km T梁梁高为2.5 m。

图3 设置声屏障双线简支T梁桥面布置（单位：mm）

2 新版简支箱梁设计修订

2.1 采用ZKH活载设计

2019 版通用图按照新颁布的客货共线铁路ZKH荷载进行结构设计，32 m 梁跨中活载弯矩较原“中-活载”增加12.7%。针对这一情况，优化了预应力体系，降低预应力筋重心高度，提高预应力作用效率，保证钢绞线用量适当。

2.2 梁高

2014 版通用图客货共线32 m 简支箱梁与相同时速的简支T 梁梁高一致，时速200 km 时梁高2.7 m，时速160 km 时梁高2.5 m。本次修订将时速200 km 32 m 简支箱梁梁高定为2.6 m 以节省工程量，并有利于运梁通过隧道。为了体现不同线路等级的差别，时速160 km 32 m简支箱梁梁高为2.5 m。

2.3 桥面布置

2014 版客货共线箱梁通用图中，为了保证双线箱梁满足运梁过隧的要求，通信信号电缆槽布置于桥面，而电力电缆槽布置于箱内。时速200 km箱梁桥面宽11.6 m，时速160 km箱梁桥面宽11.4 m，时速200 km直线双线整孔箱梁桥面布置见图4。

图4 时速200 km直线双线整孔箱梁桥面布置（单位：mm）

本次修订为了保证双线箱梁可以满足运梁过隧的要求，桥面宽度与原设计保持一致，而电力电缆槽及通信信号电缆槽均采用桥面布置，节省了箱内电缆槽及支架的费用。

2.4 取消遮板

我国既有铁路箱梁的栏杆和声屏障均安装在混凝土遮板上。遮板为混凝土预制构件，从桥位处吊装至桥面，通过预留钢筋和桥面竖墙A 现浇在一起。预制遮板技术为箱梁提供了整齐的外观，拓宽了桥面建筑宽度，提供了声屏障立柱安装空间。建设经验表明，桥面竖墙的现浇工作量大，遮板较笨重，不宜精确安装，导致声屏障立柱很难精确定位。此外遮板通过与竖墙连接传递荷载，结构受力效率低。

2019 版修正设计提出客货共线简支箱梁取代遮板的方案：在桥面翼缘设置混凝土边墙，安装栏杆和声屏障。在不需要运梁过隧路段，边墙在梁场浇筑。在需要运梁过隧路段，当欠填等措施无法满足运梁过隧要求时，边墙在桥位处现浇，通过桥面预留钢筋连接。边墙每隔8 m 设置断缝。取消遮板桥面边墙设计见图5。

图5 取消遮板桥面边墙设计（单位：mm）

相比使用遮板设计，有声屏障区段，1孔32 m简支箱梁使用边墙方案节省混凝土16.26 m3；栏杆区段，1孔32 m简支箱梁使用边墙方案节省混凝土12.29 m3。

3 箱梁与T梁经济性分析

3.1 工程量对比

表1为客货共线32 m双线简支箱梁与简支T梁的梁部结构工程用量对比。可见：

1）简支箱梁梁部没有现浇工程量，简支T 梁有现浇工程量，设置声屏障的简支T 梁现浇工程量比无声屏障T梁高3～4倍。

2）考虑现浇工程量，无声屏障简支箱梁的梁部混凝土和钢筋用量比无声屏障T 梁高，预应力钢绞线与钢料用量比无声屏障T梁低。

3）考虑现浇工程量，有声屏障简支箱梁的梁部混凝土、钢筋、预应力钢绞线、钢料的用量均比有声屏障T梁低。

3.2 工程造价对比

表2 给出时速200 km 32 m 双线简支箱梁与T 梁的工程造价对比。可见：

1）仅考虑梁部工程，无声屏障简支箱梁工程造价比无声屏障简支T 梁高8.5%～10.9%，有声屏障简支箱梁工程造价比有声屏障简支T梁低8.3%～10.1%。

2）考虑接触网立柱成本差异和T 梁设置护轨、箱梁不设置护轨的情况下，全桥建造成本对比：无声屏障简支箱梁造价比无声屏障简支T 梁桥高0～2%，造价较为接近。有声屏障简支箱梁比有声屏障简支T梁桥低9%～11%。

表1 客货共线32 m双线简支梁工程量对比

表2 时速200 km客货共线32 m简支梁工程造价对比 万元/孔

3.3 全寿命周期经济分析

对北京、上海、济南铁路局客货共线铁路运维费用情况进行了调研。运维费用主要包括人工费和材料费，其中成本核算时人员年工资统一为12 万元，按折算工时计算各项目人工成本。运维材料单价以路局采购价或采购指导价格为准［7］。结果表明：

1）1 孔双线32 m 简支箱梁桥100 年寿命周期内的养护维修费用为19.6万元。

2）1孔双线32 m 钢横梁简支T 梁（不设置声屏障）100年寿命周期内的养护维修费用为59.9万元。

3）T 梁桥单线每1 km 延展长度养护人员配备数量约为箱梁桥的10倍，客货共线使用箱梁可以节省大量的人力资源。

表3为客货共线32 m双线简支箱梁与简支T梁全寿命周期成本对比。可见考虑工程建造成本、100 年运维成本，计入接触网立柱及护轨设置的影响，客货共线双线箱梁全寿命周期总成本比T 梁低约27%，箱梁具有显著的经济优势。

表3 客货共线32 m简支梁全寿命周期对比 万元

3.4 应用情况

1）沪通铁路

沪通铁路为设计时速200 km 客货共线铁路，全长137.3 km，正线双线桥梁总长98.1 km，声屏障梁占比42.21%，采用2014 版客货共线箱梁通图。2013 年综合比选了箱梁方案和T 梁方案。考虑了存制梁场、接触网立柱、声屏障、墩台基础等因素，对比结果表明：采用客货共线箱梁，沪通铁路工程总投资减少3 936万元，其中桥梁减少9 406 万元，电力及电力牵引供电减少1 966 万元，大型临时设施和过渡工程增加7 436万元，铺架工期减少4个月。

2）青连铁路

青连铁路青岛北至洋河口段，为设计时速200 km客货共线铁路，双线段落长度为25.534 km，其中桥梁长度为22.22 km，声屏障梁占比28.7%，采用2014 版客货共线箱梁550 孔。综合比选箱梁方案和T 梁方案，并考虑基础、桥墩、桥面系、接触网立柱、梁场布置等因素，对比结果表明：采用箱梁，共计减少投资1 074万元。其中桥梁减少2 598 万元，接触网工程减少176万元，大型临时设施工程增加1 700万元。

4 结论

1）2019 版箱梁采用 ZKH 活载设计，对梁高、预应力体系、桥面布置、桥面附属设施构造进行了优化，提高了客货共线铁路2019版箱梁的经济性。

2）无声屏障简支箱梁的工程材料用量总体较无声屏障T 梁高，有声屏障简支箱梁的工程材料用量较有声屏障T梁底。

3）考虑建设期间接触网立柱和护轨的成本，无声屏障简支箱梁造价与无声屏障简支T 接近，有声屏障简支箱梁造价比有声屏障简支T梁桥低9%～11%。

4）考虑全寿命周期成本，客货共线双线箱梁总成本比T梁低约27%，箱梁具有显著的经济优势。

5）客货共线铁路建设项目，应积极采用箱梁通用参考图。