關于山區客運專線鐵路橋梁的幾點認識

田萬俊

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司橋梁處，天津 300142)

1 概述

目前，我國在建和即將建設的山區客運專線鐵路多達數千千米，其設計速度一般為200～350 km/h。山區鐵路有別于平原區鐵路最大的特點是地形起伏大，地勢陡峭復雜，地層巖性變化劇烈。而由此引起山區橋梁在設計、施工等方面與平原區橋梁有很大的不同［1-10］。

2 山區橋梁有別于平原區橋梁的特點

2.1 與其他專業的接口設計

由于地形起伏大，山區鐵路線下結構工程如隧道、橋梁、明洞、路堤、路塹等交替設置，導致橋梁與其他專業的結構接口設計增多，除常見的橋梁和路堤接口外，還大量增加了橋梁和路塹、橋梁和隧道的接口［1］。尤其是當橋梁和隧道之間的距離較近時，為了減少橋、短路基和隧道的頻繁過渡，一般將短路基取消，而直接將橋梁和隧道相接，特殊情況下可將橋臺直接伸入隧道內。這樣可改善列車行車條件，降低施工難度，同時景觀效果也較好;而當橋梁和路塹相接時，由于涉及2個專業，要求各專業采用的刷坡和防護措施要統一，否則景觀效果太差。因此，橋梁和路塹、橋梁和隧道相接或相套的接口設計，成為必須妥善解決的環節之一。該接口設計雖然難度不大，但往往容易被忽略，導致排水不暢，施工困難，景觀效果差，應該引起高度重視。橋梁和隧道相接接口見圖1，橋梁和路塹相接接口見圖2。

圖1 橋梁和隧道相接接口

2.2 預制箱梁通過隧道的方法

對于常用跨度橋梁，從制梁質量控制難易程度、整體經濟性、節省工期等角度考慮，預制架設梁要明顯優于現澆梁［3］，因此，在條件許可的情況下要盡可能采用預制架設整孔箱梁。而整孔箱梁的運輸和架設都需要采用體積龐大的運架梁專用設備，這些設備通過隧道就有很大難度，因此山區鐵路橋梁的施工組織和設備選用就成為影響工期和造價的關鍵因素之一。對于橋面寬度為12.0 m的客運專線常用跨度簡支箱梁，當采用預制架設而通過隧道時通常有下面5種方案可供選擇。

圖2 橋梁和路塹相接接口

方案一:適當加大隧道斷面。

根據目前客運專線雙線隧道的標準斷面尺寸，即使運梁車采用結構高度較低的尺寸，正常情況下也無法通過隧道，見圖3。

圖3 正常情況下運梁車與隧道關系示意(單位:cm)

針對這種情況，適當加大隧道斷面則可以通過。哈大客運專線就采用了這種做法［4］。但這種方案只適用于隧道較短的情況，當隧道較長時工程量增加較大，經濟性不好。

方案二:隧道仰拱部分斷面后澆筑。

針對上述方案一情況，采用隧道仰拱部分斷面待運梁車通過后再澆筑的做法，可使運梁車通過隧道。目前已建成的京滬高速鐵路就采用這種做法［5］，見圖4。

該方案優點是運梁車馱運簡支箱梁可以整孔通過隧道，缺點是隧道仰拱必須后做，且運梁車必須選用結構高度較低的型號。即使在這種情況下，梁側面距隧道邊緣僅有不足30 cm的空間，需要運梁車通過隧道時準確控制橫向位置，實際操作難度較大，尤其當隧道較長時，風險較大;而且當隧道圍巖級別較好(如Ⅱ級圍巖)時，一般不做仰拱［6］。

圖4 仰拱后做時運梁車與隧道關系示意(單位:cm)

方案三:橋梁結構采用雙線組合箱梁。

橋梁結構類型采用后張法預應力混凝土雙線組合箱梁，主要考慮橋隧相連條件下使用。由于采用2片單線箱梁并置，每片箱梁寬度只有5.75 m左右，完全可以通過隧道。目前已經建成的合武客運專線就采用了這種組合箱梁的結構形式［7］。該方案優點是橋梁通過隧道不受隧道的凈空限制，隧道間的橋梁在沒有增加梁場的情況下也可以預制架設;缺點是由于采用了組合箱梁，同一孔梁需要分2次架設，工期較長，同時由于2個單線箱梁并置，增加了箱梁底寬度，同時也加大了下部結構的工程量。雙線組合箱梁見圖5。

圖5 雙線組合箱梁斷面(單位:mm)

方案四:雙線整孔箱梁部分懸臂板進行二次澆筑。

梁場預制梁時，切除兩側部分懸臂板，預留鋼筋。待通過隧道后，懸臂板進行二次澆筑［8］。如圖6所示。

圖6 部分懸臂板后澆32 m簡支箱梁斷面示意(單位:mm)

該方案優點是箱梁整孔預制，通過隧道較容易。缺點是懸臂板需要二次澆筑，且需要采取施加橫向預應力等措施。目前已建成通車的石太客運專線就采用這種做法。

方案五:采用運架一體式架橋機，見圖7。

圖7 900 t運架一體機

該方案優點是集運梁、架梁為一體，結構尺寸小，通過隧道容易，不需要對梁做任何變動。尤其對隧道出入口附近的橋梁也能采用預制架設的方式，不受任何隧道空間的限制，非常適合在橋隧相連地段使用。本方案缺點是施工單位原有設備不能利用，必須選用新設備［9］。

總之，在山區客運專線鐵路橋隧工點比較密集地段具體采用何種方案通過隧道，要視具體項目的隧道分布狀況、圍巖級別、施工設備情況等因素綜合確定。

2.3 山區橋梁橋式方案的選擇

(1)對位于2個長大隧道(隧道長度一般為3 km以上)之間的橋梁，當預制梁通過長大隧道困難且2座長大隧道間橋梁孔數達不到設置梁場的規模(一般預制梁孔數達到500孔以上)時，這種情況下橋梁一般都采用現澆的施工方法。這時，通常又會出現下面幾種情況。

①橋梁長度較小，只有3～5孔。當橋梁高度超過20 m以上時，采用滿堂支架施工安全風險很大，而用移動模架施工由于孔數較少又十分不經濟，因此這種情況可采用連續梁的結構形式，施工采用懸臂灌注較為合理;當橋梁高度小于20 m時，搭設滿堂支架較為容易，可采用現澆簡支梁或小跨度連續梁的橋式方案;或者，施工單位有貝雷梁或軍用梁等設備，在不增設臨時墩的情況下，選用跨度滿足現有貝雷梁或軍用梁的簡支梁或小跨度連續梁進行現澆施工，也是一個不錯的方案。

②當橋梁孔數超過10孔以上時，一般來說，采用移動模架現澆簡支箱梁的橋式方案較為經濟［10］。

(2)對于“V”字形深谷，當地質條件較好時，可采用斜腿剛構、簡支拱等結構形式;當地質條件較差，河谷流量較小，不滿足拱腳或斜腿剛構的推力作用時，可采用T構的結構形式，在溝谷中間設置1個橋墩，兩側設置一般橋臺，此種方案具有綜合優勢［11］。上述幾種橋梁結構形式都可以避免在陡坡上修建橋梁墩臺和基礎，降低了施工難度和風險，減少了對山體的擾動。

(3)對于“U”字形深谷，橋梁又高且長，此時可供選擇的橋梁方案較多，需進行認真的綜合技術經濟比選，以確定最優方案。如跨度不同(一般跨度有32、48、56 m等)的移動模架施工的簡支梁方案;長聯連續剛構方案，難點是要解決長聯時由于溫度變化引起的梁端位移較大問題，尤其是當軌道采用無砟軌道時，此問題更要引起高度重視;還有多聯并置的T構方案等，該方案解決了長聯結構引起的大位移伸縮問題，但由于是T構，經濟上不一定合理?？傊?，應進行多方案比選，綜合確定。

2.4 陡坡上設置基礎時注意要點

在陡坡上設置橋墩基礎，在山區橋梁設計中經常會遇到。但是如何做到既經濟又安全，同時兼顧景觀和生態要求，則設計上就應進行創新。通常情況下有下面幾種方案可供選擇。

(1)方案1。在傳統的設計當中，經常會采用這種方案，即保證承臺不露出地面，同時為了形成鉆孔樁施工時的工作平臺且避免橋墩出現偏壓，進行縱向或橫向刷坡。這種情況下要注意，刷坡面必須根據地質、地形情況選用合適的坡度并要求護砌，基礎計算時根據地質和地形情況考慮一定的自由樁長并計算側向土壓力的影響，如圖8所示。這種方案的缺點是刷方量很大，對地形、地貌和植被破壞嚴重。適用于山體地質條件較差、土體松散易坍塌且對生態保護無要求的區域。

圖8 承臺不露出地面方案

(2)方案2。當地質條件較好或不容許大面積破壞山體植被時，為了減少刷方工程量，將承臺盡量上抬甚至露出地面，現場為了施工鉆孔樁形成工作平臺，只進行很少的刷方并結合防護回填形成工作平臺。這種方案適用于地質條件較好的情況。當地質情況很差時要慎用此方案，否則樁基自由樁長太長導致計算難以通過且土體經施工擾動后很容易坍塌，尤其在降水量較大的地區更要引起高度重視。如圖9所示。

圖9 承臺露出地面方案

(3)方案3。為了避免方案1刷方量大、方案2樁基施工困難等缺點，在上述方案2的基礎上，選用一種新型的基礎形式，本文暫稱之為整體基礎。即將橋墩下基礎做成一個整體，類似挖井但又比傳統的挖井高且柔以滿足地質和地形要求，類似單樁基礎但比傳統的單樁基礎截面尺寸要大得多，計算上兼顧單樁和挖井基礎的特點。如圖10所示。該方案刷方量較小，基礎施工相對容易，建議逐步完善推廣使用。

圖10 整體式基礎方案

3 結語

我國幅員遼闊，地形地貌千變萬化，山區橋梁設計要充分結合現場的地質地形條件和有效利用現有的施工設備，制定靈活、適宜的橋梁設計、施工方案，為我國山區客運專線的橋梁設計奠定堅實的基礎。

［1］田萬俊.客運專線橋梁和相關專業的接口及處理方法［J］.鐵道標準設計，2007(2):52-53.

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