高速铁路桥梁设计中几个关键问题的探讨

薛红云

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

目前我国的高速铁路运行总里程已突破3.5万km，稳居世界第一位。随着越来越多的高铁投入运营，以及对近10年高铁设计运营情况的总结，提出了许多需要深入思考和转变传统做法的新思路、新理念和新要求，本文就其中大家比较关注的几个关键问题逐一进行探讨。

2 合理的路桥方案选择

2.1 沉降控制

为保证高速铁路列车运行的平稳性和舒适性，高速铁路对沉降控制标准要求较高，设计规范规定，有砟轨道工后沉降不大于30 mm，无砟轨道工后沉降不大于15 mm。由于我国高速铁路建设正处于快速发展期，建设周期相较其他国家而言要短很多，往往从项目开工到架梁铺轨只有一年到两年时间，对于控制工期的段落甚至只有3、4个月时间。为满足沉降控制要求，有时就需要采用沉降控制更有效的桥梁形式。

但是为了进一步合理控制工程投资，一味盲目地加大桥梁比例并不是最优的方案，在一定程度上会造成设计资源的浪费。我国目前已逐步开始步入高质量发展的轨道，在今后的高铁设计中，应转变既有的粗放式设计理念，合理制定建设周期，结合整个项目的施工组织安排，通过放置一定时间、路基堆载预压、复合地基加固等措施，使土体排水固结，减少工后沉降，分段落分工点准确计算确定工后沉降量，最终达到精细化设计的效果，确有必要以桥代路时，再采用桥梁方案［1］。

2.2 征地拆迁

用地设计应严格贯彻“珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策［2－4］，遵循“经济合理、节约用地、少占良田”的原则，如铁路穿越基本农田或靠近城镇和市区范围，受征地拆迁影响，则需要综合进行路桥比较，这也是贯彻可持续发展理念的实际应用。

2.3 地方发展

随着城市发展和各地区小城镇发展速度的加快，高铁作为助力地方发展的催化剂，要统筹考虑地方发展规划，将高铁设计方案与地方发展规划紧密结合，综合考虑地方一体化综合交通规划，充分利用城市通廊和交通网状布局，为城市发展预留足够的空间和条件，这时桥梁方案以其通透、开放、灵活的特点，优势将尽显无疑，要尽量以桥代路，为城镇发展拓展空间和活力。

2.4 工程投资

工程投资是路桥方案选择的一个主要参考指标，影响投资的因素与路基填料来源、取弃土场选择、征地拆迁费用、桥梁工程投资等有关，需要全方面综合比较来选择合适的路桥方案。虽然投资是路桥方案选择的主要参考指标，但却不是必然唯一指标，还要结合用地、城市发展等方面综合考虑确定。

3 桥梁弃土方案选择

随着环保要求越来越高，同时由于高速铁路桥梁比例相对普速铁路较高，因此桥梁本专业产生弃土弃渣数量也会较多，需要结合全线取弃土场的设置情况合理调配。严禁乱挖乱弃，同时做好弃土场绿化设计或复垦设计［5］。如何做好桥梁弃土弃渣的处置方案，更好地有利于环保和水保审批和验收，可以从以下几个方面入手开展设计研究：

（1）合理分析弃土成分构成

桥梁专业的弃土弃渣主要分为基坑开挖回填后的余土、桩基钻孔产生的孔内原土以及钻孔工艺产生的泥浆等三部分。可以根据产生弃土的不同成分构成，分类进行弃土方案设计。弃土按成分构成可分为土类和石类两大类，土类一般情况下具备良好的绿化种植条件，可以考虑绿化复垦使用；石类由于种植条件较差，则需要外运至附近的弃土场统一处置。

（2）不同地形地势条件适用的外运方案

根据铁路所经过的地形地势条件不同，可以采取相应的余土外运方案。

对于平原区，一般土层覆盖层较厚，基岩埋深较深，余土主要以砂土类为主。平原区大部分已经完成了土地规划整治，土地利用率较高，为寻找弃土场带来一定的难度。鉴于高铁用地界范围要实施全封闭措施，因此高铁用地界以内桥下范围便可以通过桥下摊铺来消纳大部分余土，同时还可以种植草籽绿化，起到“一举两得”的效果。

对于山区丘陵地区，余土主要有基坑开挖回填后剩余余土、斜坡范围刷方土（石）、桩基钻孔产生的原土（石）以及钻孔工艺产生的泥浆等几部分，在设计时可以考虑在桥墩附近摊铺少量余土，既可防止桥墩处低洼积水，又可以用于种植绿化，剩余部分弃土（石）需要外运至附近的弃土场。

（3）与地方发展有效结合

经过以上两轮消纳处置后，剩余部分确定需要外运的弃土（石），就需要寻找合适的弃土场，就目前国内城镇农村的土地利用现状而言，还是有很多文章可做。我国目前正在大力发展小城镇建设，可充分与地方进行深入对接，了解地方小城镇建设的总体规划，与地方寻求弃土二次利用的契合点，既解决了弃土场选择难题，同时还助力地方规划建设，满足人民生产生活需要，通过填洼造地还地于民，或是人造山坡景观，为当地人民谋利造福。从一些铁路项目最后实施的弃土方案来看，有许多都是与地方紧密对接后找到了合适的弃土场位置和处置方案。

（4）项目内部取弃土场合理调配利用，合理化解弃土场的选择难题

铁路项目本身既需要寻找取土场，又需要寻找弃土场，可以首先在本项目内部进行取弃土场地的合理调配，把取土场形成的低洼土坑作为弃土场来利用，同时做好表层土的整治和植被恢复，巧妙实现取土场和弃土场的无缝衔接、相互利用。

基于以上几方面的措施，就可以妥善化解弃土场选择的难题，为顺利通过环保和水保的审批和验收奠定良好的工作基础。

4 铁路枢纽区域的桥梁方案选择

随着高速铁路的快速发展，全国高速铁路网已形成规模。两条客运专线同时引入地区客运枢纽的情况较为常见，而根据引入形式的不同，桥梁所匹配的结构形式也会有所不同，本文针对铁路引入客站枢纽的不同形式，探讨高速铁路枢纽内桥梁结构形式的选择。

4.1 铁路枢纽的引入方案

两线引入客运站，通常有线路别引入、分场设置和方向别引入、合场设置两种方案［6－7］。前一种方案的优点是可解决跨线车，但两端咽喉区需修建多条疏解线，桥墩林立，投资大，景观效果差；后一种方案的优缺点正好相反。对于大型城市，存在多方向引入、主要车流方向明显，为方便运营管理，一般采用分场设置；对于地区级中型城市客运站，停站车流、跨线车流相对较少，直通车流大，常采用合场设置方案。

另外，随着我国工业化和城镇化步伐的加快，在城市发展过程中，城市周边往往形成了高速公路、高压输电、输气等多走廊，为提高城市土地利用率，减少城市拆迁，利于城市将来的发展，新建高铁与其他走廊统一考虑，两条铁路的交叉跨线位置往往选择在城市郊外，然后多线并行于城市建设公共走廊中，即城外疏解。对于城市拆迁可控、对城市发展影响较小时，两条铁路也可以选择在车站附近交叉跨越，跨越后立即并线进站，即城内疏解，见表1。

表1 各枢纽车站引入方式

4.2 城外疏解方向别引入枢纽的桥梁结构形式

对于采用城外疏解、长段落四线并行的方向别引入枢纽客站，桥梁结构形式宜优先选用双线桥＋双线桥的形式，梁、墩、基础各部位均分设，优点主要有以下四方面：一是有利于梁厂标准化预制，梁体施工质量易保证；二是可以采用架桥机整孔架设，提高架设效率；三是梁型、墩型与区间协调统一，整齐划一，景观效果较好；四是工程投资最省，经济性能最优。

4.3 城外疏解线路别引入枢纽的桥梁结构形式

对于城外疏解、长段落四线并行的线路别引入枢纽客站，两项目相对独立，只需将两项目间线间距按照桥梁构造要求控制为最小即可，桥梁的最优结构形式同样为双线桥＋双线桥的结构形式，梁、墩、基础各部位均分设。优点与方向别相同。

4.4 城内疏解引入枢纽的桥梁结构形式

对于城内疏解、小段落四线桥梁并行即引入枢纽客站时，往往在几孔范围就进入道岔布置区，要根据站场咽喉区道岔布置情况、桥梁道岔梁布设情况来合理选择桥梁结构形式，一般情况下可选择（单线＋双线＋单线）梁接四线道岔梁，或者（双线＋双线）梁接四线道岔梁。

5 高铁桥梁外部环境安全的关键应对措施

目前随着高铁运营里程的增加和人民经济生活需求的变化，高铁运营安全与人民的日常生活越来越紧密，而与高铁相关的外部环境安全对高铁运营安全有着重要的作用［8－11］。具体到桥梁专业，相关性最大的便是管线与高铁桥梁交叉问题。因此需要在以下几个阶段重点关注和加强。

应对处理高铁桥梁与管线交叉所遵循的总体原则是：后建服从先建，尽量减少对既有设施的改建。

5.1 勘测阶段应对措施

在初测阶段，铁路设计单位应对石油、燃气、热力、给排水、工业液体原料等管道充分调研沿线管道现状分布及规划情况。根据调研结果，提出新建高铁工程与既有管道设施交汇关系的处理方案，并征求管道产权单位意见，获得产权单位的书面回复。

桥梁专业在外业勘测时，要重点关注与线路交叉的各种管线现状以及预留规划情况，在桥孔布设时尽量避开或远离既有管线，同时提出合理的管线防护措施，与管线相关产权单位对接防护或形成迁改方案。

5.2 设计阶段应对措施

根据两部协议中关于铁路桥梁与管道交叉的相关要求，合理开展设计工作。

（1）高铁与管道交叉宜采用垂直交叉或大角度斜交，交叉角度不宜小于30°。

（2）高铁跨越既有管道时，如果位于路基段，应对管道设置防护涵；如果位于桥梁段，则应在管道上方埋设钢筋混凝土板。防护范围不小于铁路安全保护区范围。

（3）若高铁桥梁下方有规划预留管道时，应在地面以下设置钢筋混凝土管道防护涵，供将来规划管道通过使用。管道防护涵应与高铁桥梁基础同步施工，同时应根据两者基底标高相对位置关系考虑合理的施工顺序和基坑防护措施，避免对高铁桥梁墩台基础周围的土层造成扰动而影响桥梁结构安全。

（4）特别需要注意的是，若高铁跨越既有管道，在初设阶段铁路建设单位或设计单位应提请管道方对跨越管段进行完整性评价，根据评价结果向管道产权单位提交高铁设计方案，并就项目概况、技术参数、交叉位置描述、拟定通过方案等作出说明。

5.3 静态验收阶段应对措施

在静态验收时，要对与高铁交叉的所有管线逐一进行核实，检查管道防护工程是否已经按照设计图纸实施、管道防护与桥梁墩台的安全距离是否满足要求、管道附近的提醒警示标志是否设置、是否满足相关规定。为保证高铁运营安全，高铁运营管理单位与管道产权单位双方签署安保协议，维护好各自设施运营安全，并加强相互联系。

6 结束语

中国高铁以方便、快速、安全成为向世界展现的一道亮丽名片。在“十四五”及下一个百年发展阶段，高铁桥梁设计应坚持更加经济、环保、可持续、安全可靠的设计理念，不断优化更新设计思路，使我国高铁桥梁建设步入高质量发展的车道。

以上是笔者结合近15年高速铁路设计的一些关键问题或长期困扰设计人员的难题提出了个人的一点解决思路和思考，抛砖引玉，供铁路桥梁设计同行们一起讨论并更好地解决。