既有铁路开行市域列车桥梁刚度适应性研究

徐培淞

摘要 文章基于近年来国家推动市域铁路建设及推广既有铁路改造利用的背景，首先对国内利用既有铁路开行市域列车的发展做了简要介绍，对市域铁路桥梁的主要技术标准进行了梳理和概括，并基于长三角地区某既有铁路开行市域列车方案，对桥梁结构适应性分析的关键性内容和方法进行了研究，结果显示既有铁路桥梁在刚度特性上满足相关要求，并对进一步需要研究的课题进行了展望，为类似项目提供了有益的参考和借鉴。

关键词 既有铁路;铁路改造;市域铁路;市域列车;桥梁刚度

中图分类号 U292 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0187-03

0 引言

2017年6月，国家发改委等5部门联合发布了《关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见》（发改基础〔2017〕1173号），鼓励各地有序推进市域（郊）铁路发展，优先利用既有铁路挖潜扩能改造，扩大交通有效供给。2021年12月，国务院印发《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》，提出积极利用干线铁路、城际铁路提供通勤服务，充分利用既有铁路富余运力开行市域（郊）列车。与此同时，中国国家铁路集团有限公司也明确，将积极推进城市群都市圈城际铁路和市域（郊）铁路发展，支持按照市场化方式，利用既有铁路富余能力，通过适当改造开行城际和市域（郊）列车，支持地方政府按照规划推进城际和市域（郊）铁路建设。

以上种种政策表明，利用既有铁路开行市域列车作为一种投资省、见效快的建设模式已日益受到广泛关注，但因市域铁路和国铁铁路在运营方式和技术标准上存在一定差异，与此伴随而来的既有铁路开行市域铁路的关键技术性讨论也亟须开展[1-2]。该文以长三角地区某既有铁路为研究对象，针对既有铁路桥梁开行市域铁路列车的适应性进行了研究，为工程项目整体的可行性方案提供了基础性及关键性的技术论证与支持。

1 市域铁路国内发展现状

国内较早从行业标准上提出市域轨道交通标准的是原建设部发布的《城市公共交通分类标准》（CJJT 114—2007），该标准对城市轨道交通细分为地铁、轻轨、单轨、有轨电车、磁浮、自动导向轨道和市域快速轨道系统，其中提到市域快速轨道系统是一种大运量的轨道运输系统，客运量可达20～45万人次/日，适用于城市区域内重大经济区之间长距离的客运交通，最高运行速度达120～160 km/h，在此标准下国内建设了若干城市轨道交通快速轨道系统项目，如2019年9月开通的北京地铁大兴机场线，最高运行速度达160 km/h，线路采用完全新建模式建设。

近年来，随着我国铁路建设事业的大规模快速推进，以往铁路运能长期紧张的状况得到基本缓解[3]。为适应社会经济发展需要，国内开始逐步推进利用铁路线路富余能力开行市域列车的研究与实践，陆续建成若干利用既有铁路开行市域铁路列车的线路，其中具有代表性的是2012年9月底开通运营的上海金山铁路，其在原沪昆铁路金山支线的基础上进行适应性改造后开行CRH6型市域动车组，最高运营速度达160 km/h，该线路是长三角地区第一条快速市域铁路，为利用既有国铁线路开行市域铁路列车提供了有益的探索。

进入新时期以来，随着国家对多层次轨道交通布局的深化，利用既有铁路开行市域铁路被提到了更高的层次。2021年6月国家发改委发布的《长江三角洲地区多层次轨道交通规划》更是明确指出，要优先利用既有资源，全面放开改造既有铁路开行市域（郊）列车的项目实施条件，提供便民惠民利民的便捷运输服务，市域铁路的建设迎来了大发展时期。

2021年12月底，国家铁路局发布《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020），规范明确了市域（郊）铁路的功能定位、设计年度、设计荷载等技术要求，为完善铁路标准体系，扩大公共交通服务供给，促进“四网融合”，有序推进市域（郊）铁路建设奠定了坚实基础[4]。

2 市域铁路桥梁技术条件

《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020）對市域铁路桥梁的设计荷载、结构变形及刚度限值等提出了具体要求。

2.1 设计荷载

市域铁路列车荷载采用ZS荷载，荷载图示见图1所示。

2.2 变形及刚度限值指标

设计速度160 km/h市域铁路标准32 m简支梁跨结构主要变形及刚度控制项目及限值见表1。

桥梁车桥耦合动力响应指标见表2。

3 既有铁路桥梁概况

3.1 既有铁路概况

既有铁路位于我国长三角地区，于2005年底开通运营，现状为双线非电气化铁路。根据规划，拟研究对该铁路进行电气化改造并开行运营速度160 km/h市域列车动车组，以服务当地经济社会发展的需求。

既有铁路原主要设计标准为：

（1）铁路等级：国铁Ⅰ级。

（2）正线数目：双线。

（3）线间距：4.2 m。

（4）轨道类型：有砟轨道，全线铺设无缝钢轨。

（5）旅客列车设计速度：140 km/h，线路预留时速160 km提速条件。

（6）桥梁设计活载：中-活载。

（7）设计洪水频率：桥梁按1/100，涵洞按1/50。

（8）跨线建筑物桥下净高：按“SJX-JD”为7.96 m，并预留0.1～0.2 m沉降量。

3.2 既有桥梁概况

既有铁路标准跨梁型为普通高度及低高度简支T梁，跨越大型障碍物采用连续梁、下承式钢桁梁、连续框构、框构等桥型，该文重点对标准跨简支梁的刚度特性进行研究。

3.2.1 上部结构形式

标准跨上部结构梁型采用预应力钢筋混凝土简支T梁，按原铁道部部颁通用图设计，设计荷载采用“中-活载”，梁型参数见表3。

3.2.2 下部结构形式

既有铁路双线简支T梁桥墩采用钢筋混凝土圆端形板式桥墩，墩身横截面尺寸见表4。

3.2.3 基础形式

桥墩基础均采用承台桩基础形式，除距离既有建筑物较近时采用钻孔桩以外，其他均采用φ60 cm PHC管桩。当采用钻孔桩时，对于跨度<24 m的墩台，采用φ80 cm钻孔桩，对于跨度≥24 m的墩台，采用φ100 cm钻孔桩，必要时采用φ125 cm、φ150 cm钻孔桩;采用管桩时，当桥墩墩身高度≥5.5 m时采用斜桩，斜桩斜率7∶1。

4 既有铁路桥梁结构刚度检算

4.1 简支T梁刚度条件检算

根据既有铁路简支T梁原设计图纸，对梁体竖向挠度、横向变形、梁端竖向转角等进行建模检算，并与原设计所采用的《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1—99）（以下表中简称99《桥规》）及现行《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020）（以下表中简称《市域铁规》）相应规定的限值进行比较，检算结果见表5（注：99《桥规》中无梁体横向变形及梁端竖向转角限值规定，表中相应指标仅列《市域铁规》之规定）。

检算结果表明，梁体竖向挠度、梁体横向变形、梁端竖向转角等指标检算结果均满足《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020）相关限值要求，梁体结构满足开行市域列车的刚度条件。

4.2 简支梁桥墩台刚度条件检算

该文按既有铁路某一代表性特大桥原设计桥梁总图、墩台尺寸、地质情况等设计参数，对简支梁墩顶纵向线刚度、顺桥向水平位移、梁端横桥向水平折角等指标进行逐墩检算，控制性桥墩刚度计算结果见表6。

《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020）要求，24 m及32 m跨度双线简支梁墩顶纵向水平线刚度限值分别不小于180 kN/cm及190 kN/cm，水平位移不大于5，水平折角不大于1.0‰rad，表6中检算结果表明，既有铁路简支梁控制性桥墩刚度均符合规范上述要求，满足开行市域列车的桥梁下部结构刚度条件。

5 其他需研究的课题

根据《市域（郊）铁路设计规范》（TB 10624—2020）

要求，市域铁路桥梁结构除需满足刚度条件外，还需满足列车运行安全性和乘客舒適度的要求，即桥梁车—桥耦合动力响应指标应满足规范规定数值的要求，为探究既有铁路桥梁的该项指标性能，应进一步对桥梁的车-桥耦合性能进行研究，建立车辆空间振动分析模型、桥梁空间振动分析模型，进行车-桥系统空间耦合振动仿真分析计算，以更为充分地论证既有铁路桥型开行市域列车的适应性。

根据《铁路桥梁检定评估管理办法》（铁总运〔2015〕70号），当为铁路桥梁进行运用条件的确定及为技术改造提供依据时，应根据《铁路桥梁检定规范》（铁运函〔2004〕120号）相关要求，对既有桥梁进行鉴定评估。因此应结合工程进展情况，进一步会同铁路运营等相关单位，共同研究布置既有线桥梁的现场检定工作，为更加全面地对既有桥梁的状态评估、更加充分地论证既有铁路桥型开行市域列车的适应性提供基础性的技术依据。

6 结语

随着我国市域铁路建设的快速推进，利用既有铁路开行市域列车越发成为一种快捷和经济的方案，相关研究也逐渐成为热门课题。该文从长三角地区某既有铁路桥梁结构刚度适应性研究出发，根据最新的规范要求，对既有铁路桥梁的相关刚度指标进行研究，论证了该工程利用既有铁路开行市域列车对于桥梁结构来说是具备一定技术可行性的，同时对更为深入的研究课题进行了展望，为国内类似工程的研究提供了一定的参考和借鉴。

参考文献

[1]市域（郊）铁路设计规范： TB10624—2020[S]. 北京：中国铁道出版社， 2021.

[2]国家发改委. 关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见. 发改基础[2017]1173号， 北京， 2017.

[3]徐振廷. 关于利用既有铁路开行市域铁路列车的问题探讨[J]. 铁道勘测与设计， 2020（2）： 58-61+84.

[4]王柄达. 金华市利用既有铁路开行市域列车的关键问题研究[J]. 城市轨道交通研究， 2021（6）： 5-9.