孟加拉國帕德瑪大橋鐵路連接線橋梁設計

王玉玨 蘇永華

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

孟加拉國基礎建設十分落后，以前孟加拉南部21個區與首都達卡、孟東部和北部之間客貨運因跨帕德瑪河而靠擺渡完成。帕德瑪大橋及其連接線建成的同時，也將打通該國南北鐵路網。孟加拉國交通網實現南北陸路貫通后，中國經緬甸至孟加拉國的地面運輸能力將大大提升，印度與孟加拉國的經貿往來也會更加緊密，孟加拉國、中國、印度、緬甸4國經濟走廊的建設也將進入實質推動階段，并將極大提高中國政府和中資企業在南亞國家交通基礎設施建設方面的影響力，成為中國“一帶一路”倡議的重要交通支點工程和連接中國及“泛亞鐵路”的重要通道之一。

孟加拉國帕德瑪大橋鐵路連接線工程始于既有的達卡中心車站，經過馬瓦、跨帕德瑪大橋（在建）抵達邦嘎樞紐與西南部福里德布爾—邦嘎鐵路相連，再經卡西亞尼樞紐與馬杜克哈里—卡西亞尼鐵路相連，最終到達杰索爾與西南部鐵路干線網相連，新建鐵路全長168.8 km，線路走向示意見圖1。

該項目由澳大利亞雪山公司（SMEC）采用歐洲規范、孟加拉規范、印度規范、美國規范做了詳細設計，依據合同中國在雪山公司詳細設計的基礎上做施工圖設計。由于孟加拉鐵道部委托做詳細設計的澳大利亞雪山公司作為監理方及業主代表審查施工圖設計，因此任何對原設計的改動，都須拿出計算數據及合理的解釋來說服監理方同意。這使中國設計單位處于非常被動的局面，設計主導權比中國國內項目小。此外，孟加拉土地私有化，征地非常困難，方案在初期階段應考慮周全，后期調整線路平面的可能性非常低。

本文闡述孟加拉國EPC項目的設計難點，介紹孟加拉國常用橋梁及墩臺類型，對比中國、印度、孟加拉國三國規范中關于荷載計算的不同，可為后續做類似項目的同行提供參考。

圖1 線路走向

1 技術標準

①設計速度：120 km/h；

②軌道形式：無砟軌道、有砟軌道；

③鐵路軌距：1 676 mm；

④建筑限界：建筑限界按雇主需求執行；

⑤設計活載：孟加拉現有機車。

2 橋梁設計

2.1 荷載

由于活載采用孟加拉現有機車，而孟加拉現有機車多為印度進口，所以與活載相關的荷載采用印度規范設計。其余如基本風速、溫度等采用孟加拉當地值。

1）沖擊系數。印度規范中沖擊系數不區分有砟軌道和無砟軌道，計算式為［1］

式中：μ為沖擊系數；L為為構件計算跨徑，計算縱梁時取1.5倍橫梁間距，計算橫梁時取2倍橫梁間距。

以38 m跨度梁為例，TB 10002—2017《鐵路橋涵設計規范》［2］計算有砟軌道沖擊系數為1.177，印度規范計算值為1.332，印度規范計算值較中國規范大1.13倍。

2）牽引力、制動力。TB 10002—2017牽引力或制動力按計算長度內列車豎向靜活載的10%計算，而印度規范依據車型不同，牽引力是固定值，制動力一般為中國規范的2.5倍左右。

3）離心力。TB 10002—2017與印度規范關于離心力的計算公式相同，計算結果一致。

4）搖擺力。印度規范規定搖擺力為5.88 kN/m，但是未找到加載長度。由于英國標準［3］、歐洲規范［4］等對搖擺力的規定均是100 kN，與中國規范一致。因此本次設計采用100 kN。

5）溫度荷載。按孟加拉當地的溫度荷載取值。

6）風荷載。基本風速采用孟加拉當地風速。但應注意，孟加拉規范［5］對基本風速的定義是選用不同地區平均離地面10 m、50年重現期，平均短時間間隔約3 s最大陣風風速換算而來。而TB 10002—2017對基本風速的定義是由一般平坦空曠地面、離地面20 m、100年重現期的10 min平均最大風速換算而來。2個規范之間應做時距及重現期的換算［6-9］。由于沒有統計數據，只能參考部分文獻做近似換算。

2.2 梁部

孟加拉當地橋梁設計水平遠遠落后于中國。由于孟加拉國石頭匱乏，該國內橋梁結構主要以簡支鋼桁梁和簡支鋼板梁為主。以鋼桁梁為例，采用中國早已淘汰的散拼式節點板，構件連接復雜，螺栓用量大，現場安裝桿件多，整體性、美觀性、經濟性差。孟加拉帕德瑪大橋鐵路連接線的梁部均采用簡支結構，主要分為以下3種類型。

1）由于帕德瑪主橋的南、北引橋以及出城高架橋采用無砟軌道，所以設計采用34，38 m混凝土單線簡支梁，在多線地段采用單線箱梁并置的方式處理。單線箱梁采用整體橋面，橋面寬8.45 m，箱梁寬4.8 m，頂板厚22.5 cm，底板厚25 cm，腹板厚35 cm。頂板鋼束采用12??15.2、底板鋼束采用15/19??15.2。節段預制拼裝施工，采用干接縫。混凝土箱梁立面及斷面見圖2。

圖2 混凝土箱梁立面及斷面（單位：mm）

2）孟加拉國河流大多為游蕩性河流，水流湍急、河身寬淺、漢道交織、淺灘密布、河床沖淤變化十分復雜，主流擺動不定。因此，跨越河流的橋梁采用多跨下承式簡支鋼桁梁，跨度100 m，串聯頂推施工到位后再解除連接。主桁采用有豎桿三角桁式平行弦體系，節間長度10 m、桁高12 m、主桁中心距7 m。鋼桁梁立面及斷面見圖3。

圖3 鋼桁梁立面及斷面（單位：mm）

3）其余橋梁采用20，25，30，35 m下承式簡支鋼板梁，下承式簡支鋼板梁斷面見圖4。

原設計橋梁剛度較小，用中國規范檢算，一般梁端轉角、撓跨比等難以滿足要求。需要補充軌道扣件檢算或車橋耦合計算。

圖4 鋼板梁斷面（單位：mm）

2.3 墩臺

2.3.1 橋墩

中國鐵路橋梁設計，墩、臺及附屬設施等均采用參考圖的方式簡化設計以減少工作量。國外監理方一般不接受以參考圖的形式出圖，墩、臺等必須按工點出圖，且每個墩臺均要求出具詳細的有限元計算報告。由于原雪山公司設計的墩、臺分類非常細致，不同梁型對應不同形式的墩臺形式；同一墩型，依據梁部跨度不同及墩高不同，取用不同的結構形式及配筋情況。導致墩臺種類繁多，檢算及制圖工作量非常大。

1）高架橋。高架橋采用無砟軌道，橋墩應選用剛度較大的墩型。由于孟加拉帕德瑪大橋采用矩形墩，為與主橋統一協調，高架橋橋墩也均采用矩形墩，并在正面開槽，墩角切角處理來提高景觀效果。高架橋橋墩見圖5。

圖5 高架橋橫橋向和順橋向橋墩截面（單位：mm）

2）鋼桁梁。鋼桁梁橋有無砟橋面與有砟橋面2種，因此統一選用剛度大的墩型。由于鋼桁梁均為跨河而設，為減小局部沖刷，采用圓端型橋墩，圓端型橋墩截面見圖6。

3）鋼板梁。帕德瑪聯絡線原規劃為雙線，由于資金不足等原因，目前只按單線修建，新線預留，但在車站附近按雙線新建。因此，在車站附近的鋼板梁橋有雙線橋，采用兩片單線鋼板梁并置的方式設置。由于鋼板梁梁體較輕，因此采用雙柱墩以節約工程量。雙柱墩截面見圖7。

圖6 鋼桁梁橫橋向和順橋向橋墩截面（單位：mm）

圖7 鋼板梁橫橋向和順橋向雙柱墩截面（單位：mm）

2.3.2 橋臺

與國內鐵路橋臺普遍采用空心橋臺不同，孟加拉鐵路橋梁習慣采用U型橋臺。鋼板梁橋臺截面見圖8。

圖8 鋼板梁橫橋向和順橋向橋臺截面（單位：mm）

圖9 北高架橋橫橋向和順橋向橋臺截面示意（單位：mm）

帕德瑪連接線北高架橋的橋臺見圖9。孟加拉國土地政策與中國不一樣，孟加拉土地是私有制，所以在該國征地以及改移道路的難度非常大。該橋橋臺位置占用道路，而道路無法改移，因此設計者巧妙的將橋臺設計為類似于框架的形式，以供道路穿過。

3 結論

1）孟加拉當地列車均采用印度車輛。因此橋梁設計時，沖擊系數、制動力、離心力、搖擺力等與活載相關的荷載均應按照印度規范計算。

2）印度規范計算的沖擊系數比中國規范大1.1～1.3倍，且印度規范計算沖擊系數不區分有砟還是無砟軌道；制動力印度規范計算值比中國規范大2.5倍左右；離心力計算公式基本相同；印度規范中搖擺力取5.88 kN/m，而中國規范取單個集中力。

3）基本風速的取值，離地高度、時距、重現期均不同，計算時應注意換算。由于孟加拉取的是3 s內的最大陣風風速，一般計算結果采用孟加拉規范計算比中國規范計算風荷載大的多。