高速鐵路橋梁設計關鍵技術綜述

施勇鋒

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

高速鐵路橋梁設計關鍵技術綜述

施勇鋒

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

隨著社會的進步，我國交通建設取得了巨大的成就，尤其是高速鐵路建設取得了空前的發展，并且目前我國高速鐵路建設正處于一個飛速發展的時期，它的發展不僅推動了我國經濟的發展，而且為人們的出行帶來了便利。高速鐵路建設離不開橋梁的設計，橋梁的質量直接關系著列車的運營安全和旅客的舒適度，橋梁技術已經成為了高速鐵路建設中的核心技術，因此對高速鐵路橋梁的設計特點和施工技術準備進行研究是非常重要并且具有現實價值的。

高速鐵路橋梁；設計技術；設計特點

1 高速鐵路橋梁的主要特點

1.1 剛度要求

高速鐵路車速比提速列車的速度要高得多，為保證列車過橋的平穩性和旅客的舒適度，對橋梁的剛度要求相當嚴格。表1是我國高速鐵路設計規范規定的撓度限值和普通鐵路橋梁豎向剛度要求的對照表。多孔橋梁(指簡支多跨)限值比單跨更嚴，這是因為梁端轉角大小對車輛加減載作用以及對橋梁的沖擊作用影響很大，多孔簡支梁梁端處存在相鄰兩梁端轉角，該處折角是兩端轉角的疊加，沖擊作用將更加劇烈，因此要比單孔梁單一轉角限制得更嚴。國外高速鐵路豎向剛度的要求比我國規定值更嚴，如日本要求單跨梁為L/1600，多跨梁根據跨度不同其豎向剛度限值在L/1800～L/2000。對于橋梁的橫向剛度，各國規定相差不多，基本都是要求靜力計算所得的橫向撓度不大于跨度的1/4000。

表1 我國高速鐵路和普通鐵路的橋梁豎向擾度限值

1.2 動力性能

在高速鐵路橋梁動力性能演變及服役安全研究方面，需要加強關鍵材料劣化、結構部件損傷對橋梁動力性能的影響研究，開展多種不利因素共同作用下橋梁服役性能劣化行為與規律研究，要建立材料變異、結構損傷、環境及災害等耦合作用下高速鐵路橋梁服役性能演變和狀態控制的關鍵技術指標體系，確立基于車橋響應預測和長期監測數據的橋梁結構損傷評估與預警方法。在高速鐵路運營階段，列車在高速行駛狀態下會對高速鐵路橋梁產生強大的沖擊荷載，在此荷載作用下，橋梁將承受巨大的沖擊力和振動效應。同時，這種沖擊和振動的能量可能會伴隨著車橋的共振而不斷積累加大，最終超出橋梁的承載能力，造成重大事故的發生。

1.3 橋型選擇及構造要求

高速鐵路橋梁由于要求有足夠的豎向、橫向剛度，因此在橋型選擇上有其特點，國際鐵路聯盟推薦盡量采用剛勁的上部結構。(1)小跨(L≤20 m)采用帶道碴的正交異性板的結構;型鋼混凝土梁;鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土梁、結合梁結構。(2)中跨(20m＜L≤60 m)采用鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土箱形梁、結合梁結構。(3)大跨(L＞60 m)雙線桁架橋，上弦設風撐。鋼拱橋，鋼筋混凝土或預應力混凝土拱橋。

1.4 高速鐵路對基礎沉降

高速鐵路對沉降等變形要求非常高，臨近既有高速鐵路修建新建筑物，由于新建筑物的基礎基坑開挖、抽水、降水、荷載增加等因素對周圍土層產生附加應力，從而引起高速鐵路發生沉降變形。為確保既有高鐵的運營安全，減少對運營的干擾，設計中考慮對臨近既有高速鐵路的影響是石濟客專臨近既有高速鐵路設計的關鍵和難點。為此，石濟客專開展了線間距選擇、跨越橋式方案、橋梁施工方案及自動化監測等橋梁設計。高速鐵路對基礎的沉降要求較高，無砟軌道地段路基工后沉降≤15 mm。嚴寒地區路基經受周期性的凍融循環破壞，易引起路基凍漲、軌道變形的控制因素多，軌道結構應適應高鐵路基的防凍要求。由于地面以及地質的影響，橋梁墩臺都會有一定程度的沉降，但是要求沉降量在一定的允許范圍內，這些沉降對橋梁結構產生的附加力的影響非常大，所以一定要控制好相鄰墩臺直接的成交量之差。

2 關鍵技術

2.1 快速施工技術

我國高價長橋建設由來已久，經驗豐富，一般采用在沿線施工現場預制梁廠集中預制標準跨度簡支梁，再用配套的設備沿線逐孔架設，對于特殊跨度的連續梁采用原位澆筑的施工方法。在不斷總結經驗的過程中效率也再不斷提升著，我國逐漸形成了一系列成熟的標準梁制、運、架工藝，保質保量地實現了特長橋梁的快速施工。高速鐵路橋梁建設技術還包括900t級整孔簡支梁制造運輸架設技術、橋梁基礎沉降控制技術、高性能混凝土材料應用技術等等，在我國高速鐵路橋梁的建設中，每一個步驟都離不開這些關鍵技術，它們發揮出了重要的作用。

2.2 承臺施工

位于陸地上的承臺，采用人工配合機械開挖、采用風鎬鑿除樁頭，經檢測樁基符合質量要求后，先綁扎好承臺鋼筋，預埋好墩身鋼筋，然后吊機配合人工支立大塊鋼模板并加固，檢查驗收合格后按照常規法澆筑承臺混凝土，并進行養護。對于大體積承臺，控制混凝土入模溫度、且承臺內設置冷卻水管，通過循環水等措施，防止內外溫差過大產生裂紋。承臺施工時按設計要求預埋綜合接地鋼筋，當接地鋼筋與其他鋼筋相干擾時，可適當移動接地鋼筋。

2.3 做好箱梁的制備和施工

箱預制過程中的鋼筋混凝土的澆筑采用的是跳倉澆筑的方法，同時應該注意鋼纖維混凝土的搗固，一方面為混凝土的密實提供保障，另一方面有效的增強了混凝土以及鋼纖維之間的錨固，有效的防止了澆筑過程中澆筑接頭的出現，比如說通過插人式振搗棒就能夠很好的實現這一目的。

當前盡管我國的高速鐵路橋梁建設技術已經步入世界先進水平的行列，但是我們不能驕傲自滿，只有不斷創新，科技才能發展進步，我們才能在世界高速鐵路橋梁的建設浪潮中立于不敗之地。

[1]周水興，何兆益，等.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2002(7).

[2]朱貴乾.淺談高速鐵路橋梁預應力混凝土的連續施工[J].科技資訊，2011(4)：19一21.