高速鐵路橋梁四線并行段線間距研究

趙 路

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600)

1 概述

1.1 淮安地區(qū)樞紐總圖

規(guī)劃年度淮安樞紐新長銜接徐宿淮鹽、連淮揚鎮(zhèn)、新長、宿淮等鐵路和寧淮、沂淮城際鐵路引入的放射性鐵路樞紐，客運系統(tǒng)形成淮安東、淮安兩站格局，并滿足鹽城方向到南京、鎮(zhèn)江方向客車直通及旅客乘降條件。

1.2 連鎮(zhèn)、徐鹽鐵路引入車站方案

根據(jù)淮安地區(qū)樞紐總圖方案，新建連鎮(zhèn)、徐鹽鐵路引入淮安地區(qū)結(jié)合地方規(guī)劃及有關(guān)意見采用城市東部新建通道引入方案，考慮連鎮(zhèn)、徐鹽兩項目建設(shè)時序接近，為避免重復建設(shè)、節(jié)省工程投資、集約土地資源，設(shè)計推薦采用淮安地區(qū)四線并行段落鐵路同步設(shè)計、同步施工方案。 四線并行段線路走行于京滬高速公路與省道233 之間交通走廊，采用連鎮(zhèn)外包徐鹽方向別引入新建淮安東站，連鎮(zhèn)、徐鹽鐵路四線并行段線路長度約23 km[1]。

1.3 線間距選擇原則

根據(jù)《鐵路線路設(shè)計規(guī)范》，“正線線間距是鐵路主要技術(shù)標準重要指標，根據(jù)鐵路等級、設(shè)計速度確定區(qū)間正線最小線間距數(shù)值，區(qū)間直線地段兩單線鐵路并行引入車站時的最小線間距應根據(jù)信號機布置情況計算確定”[2]。

對于新建高速鐵路并行既有高鐵情況，需考慮既有高速鐵路橋梁、路基基礎(chǔ)工后沉降、不均勻沉降及運營安全影響，同時壓縮兩條鐵路間距離，以節(jié)省用地[3]。

對于新建兩條高速鐵路四線并行段落同向運行不同線路間最小線間距尚無要求，對于同期同步實施的項目，應按項目一次實施考慮選擇線間距[4]。 目前國內(nèi)技術(shù)標準規(guī)范明確“三線及四線區(qū)間的第二線與第三線的線間距不應小于5.3 m”。 如何確定新建高鐵橋梁四線間最小線間距方案是本文研究重點。

2 四線并行段線間距方案研究

連鎮(zhèn)、徐鹽鐵路為設(shè)計時速250 km 客運專線，直線段最小線間距設(shè)計為4.6 m，兩鐵路并行引入淮安東站。 淮安東站為路基段，兩端均為橋梁，橋梁梁部采用箱梁，局部跨越公路、河道采用大跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。 四線并行段總體設(shè)計方案采用連鎮(zhèn)左線、徐鹽左線、徐鹽右線、連鎮(zhèn)右線“2 ＋2”雙線＋雙線、“1 ＋2 ＋1” 單線＋雙線＋單線結(jié)合的布置形式，區(qū)間采用“2 ＋2”兩個雙線橋并置方案，進出車站端受車站平面布置影響采用“1 ＋2 ＋1”的兩個單線橋＋一個雙線橋布置方案。 本次對“2 ＋2”方案四線間最小線間距進行研究，連鎮(zhèn)下行線(Ⅲ線)與徐鹽下行線(Ⅰ線)、連鎮(zhèn)上行線(Ⅳ線)與徐鹽上行線(Ⅱ線)為同向運行不同線路，徐鹽下行線(Ⅰ線)、徐鹽上行線(Ⅱ線)線間距影響雙線橋并置方案，四線間線間距直接影響曲線并行段總體設(shè)計方案。

2.1 方案研究的思路及內(nèi)容

對于“2 ＋2”線路平面布置方案，三四線與一二線之間最小線間距結(jié)合目前國內(nèi)外鐵路技術(shù)標準進行分析，對同向運行不同線路最小線間距采用4.6 m 和5.3 m 方案進行論證分析，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范及規(guī)定，確定四線并行段線間距平面布置方案。

對于“2 ＋2”方案雙線橋并置段一線與二線間最小線間距，考慮運營維護及施工影響等因素結(jié)合橋梁上下部結(jié)構(gòu)尺寸，進行研究確定。

綜合線路平面布置及橋梁工程設(shè)計研究情況，確定四線并行段“2 ＋2”方案線間距方案。

2.2 同向運行不同線路最小線間距

2.2.1 國外關(guān)于線間距的研究

國外高速鐵路的線間距D、交會列車相鄰側(cè)壁凈間距Y 和運行速度Vmax之間的關(guān)系見表1[5]。

表1 國外高速鐵路D、Y 值與Vmax的關(guān)系

從表1 可知，確定線間距標準的靈活性較大。線間距小，它的會車壓力波最大，對機車車輛的設(shè)計和制造提出了很高的要求，但可以節(jié)省土建工程投資；線間距加大，雖然對機車車輛的氣密性、門窗等設(shè)計要求相對降低，但土建投資較高。 但對于同向運行不同線路間線間距無明確研究意見。

2.2.2 國內(nèi)關(guān)于線間距的研究

根據(jù)鐵科院國家“八五”科技攻關(guān)項目《高速鐵路線橋隧設(shè)計參數(shù)選擇的研究》報告和《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》，結(jié)合國外高速鐵路D、Y 值與Vmax的關(guān)系，確定不同設(shè)計行車速度高速鐵路正線最小線間距：250 km/h、300 km/h、350 km/h 的高速鐵路最小線間距分別為4.6 m、4.8 m、5.0 m。 從建成運營的京津城際、鄭西客專、武廣客專、京滬高速等高速鐵路運營實踐看，上述線間距標準是合理的。

根據(jù)中外高速鐵路線路主要技術(shù)標準對比分析[6]，國外高鐵列車相鄰側(cè)壁凈距見表2。

表2 各國列車相鄰側(cè)壁凈距比較

從表2 可以看出，對于同一速度等級標準，我們鐵路線間距最大，德國、法國次之，日本最小。 車體凈距是影響列車交匯空氣壓力波的主要影響因素之一。

根據(jù)研究[7]，泰國曼谷至清邁高速鐵路設(shè)計時速為300 km，正線線間距采用4.8 m。 與相鄰機場快線方向別并行引入曼谷地區(qū)采用四線橋方案，考慮兩線最小線間距滿足建筑限界要求(直線地段半寬2.44 m)，適當考慮富余量，兩線最小正線線間距采用5 m。

根據(jù)仿真計算結(jié)果，時速250 km 以下客運專線(城際鐵路)建筑限界最大半寬為2 200 mm，該建筑限界輪廓能夠適應現(xiàn)行橋梁設(shè)計要求[8]，對于同向運行不同線路之間最小線間距，在考慮可能存在反向行車的情況下，最小線間距不小于正線線間距4.6 m。 三線及四線區(qū)間的第二線與第三線的線間距按規(guī)范要求不應小于5.3 m。 故對連鎮(zhèn)下行線與徐鹽下行線線間距4.6m 和5.3m 線間距方案進行比較分析。 4.6 m 和5.3 m 線間距方案見圖1、圖2。

圖1 4.6 m 線間距方案(單位:cm)

圖2 5.3 m 線間距方案(單位:cm)

2.2.3 同向運行不同線路最小線間距研究

(1)從車輛構(gòu)造方面分析

高速鐵路的線間距，主要受列車交會運行時的氣動力作用控制，要滿足列車承受會車壓力波的要求。兩同向線路間線間距速差較不同向線路間速差范圍值小，會車風壓較不同向線路小。 連鎮(zhèn)、徐鹽鐵路以方向別并行引入車站，上、下行列車運行為同方向，按車體寬度3.1 m 考慮壓力波影響低于對向行車。 當列車同行并行運行時速差在0 ～250 km/h 間，列車受到的啟動阻力隨線間距增大而明顯減小[9]，因此，從車輛構(gòu)造和空氣壓差阻力方面考慮，線間距可在4.6 m 基礎(chǔ)上進一步縮減。

(2)從建筑限界方面分析

在兩同向運行線路間無信號機、僅設(shè)置信號標志牌，作業(yè)通道、電纜槽、線路標志等分別設(shè)置于線路外側(cè)，線間無設(shè)備時，最小線間距采用4.6 m 能夠滿足建筑限界要求。

(3)從運營維護方面分析

考慮同向線路在實際運用過程中特殊情況下存在反向運行的可能性，最小線間距不小于4.6 m。在兩線天窗點不同步的情況下，為滿足大機養(yǎng)護作業(yè)要求，最小線間距可不小于4.6 m。

(4)從橋梁技術(shù)方面分析

目前國內(nèi)客運專線標準系列梁圖簡支箱梁圖適用于4.6 m、4.8 m 及5.0 m 線間距雙線橋梁，正線線間距4.6 m 雙線橋梁采用“通橋(2009)2229”標準系列梁圖簡支箱梁，單線橋梁部采用“通橋(2008)2211”標準系列梁圖簡支箱梁，預應力混凝土連續(xù)箱梁一般采用“通橋(2008)2261A 系列連續(xù)梁”。

尚無線間距5.3 m 雙線橋橋梁通用圖。 通過小幅修改既有的通用設(shè)計圖和施工設(shè)備，能夠滿足5.3 m 非標準線間距簡支箱梁的使用需求[10]。

(5)從工程經(jīng)濟性方面分析

設(shè)計簡支箱梁共計439 孔，按梁場預制架設(shè)方案，4.6 m 線間距較5.3 m 線間距方案可節(jié)約用地15 畝、節(jié)省投資270 萬元，橋梁工程每孔梁可投資約8 萬元、共計節(jié)省約3 512 萬元，總計節(jié)約投資約3 782 萬元。

(6)從現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范及規(guī)定方面分析

《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中明確正線與聯(lián)絡(luò)線、動走線并行地段線間距不應小于5.0 m，正線與普速鐵路并行地段線間距不應小于5.3 m，高速鐵路外包既有線或既有線外包高速鐵路線間距需考慮養(yǎng)護維修因素的影響，滿足營業(yè)線施工安全管理、維修規(guī)則等管理規(guī)定的要求。 關(guān)于新建高速鐵路不同線路間線間距設(shè)計規(guī)范中無具體要求。

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》、《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》，三線及四線區(qū)間的第二線與第三線的線間距不應小于5.3 m。

(7)研究意見

綜上，從車輛構(gòu)造、建筑限界、運營維護、橋梁技術(shù)、經(jīng)濟性等方面分析，同向運行不同線路間最小線間距原則上可采用4.6 m，且具有一定經(jīng)濟性，從技術(shù)上、理論上能夠滿足鐵路運輸及安全要求。

但受目前現(xiàn)行技術(shù)政策影響，需執(zhí)行相關(guān)規(guī)范、規(guī)定不得小于5.3 m，故本次研究同向運行不同線路最小線間距按5.3 m 考慮。 由此“2 ＋2”方案連鎮(zhèn)下行與徐鹽下行線、連鎮(zhèn)上行線與徐鹽上行線最小線間距按5.3 m 設(shè)計。

2.3 并置橋梁段最小線間距研究

“2 ＋2”方案中，連鎮(zhèn)徐鹽下行線設(shè)計為一座5.3 m 線間距非標準簡支箱梁橋，連鎮(zhèn)徐鹽上行線設(shè)計為一座5.3 m 線間距非標準簡支箱梁橋，采用預制架設(shè)方案。 需進一步研究兩雙線橋間最小間距及徐鹽下行線與上行線最小線間距，確定線路平面布置方案。

圖3 兩雙線橋線間距 示意(單位:cm)

兩雙線橋并置間距受橋梁梁部、承臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸及施工安全距離影響，在同步設(shè)計、施工的情況下，最小間距選擇以節(jié)約用地、施工方案可實施性為原則，依據(jù)梁橋最小間距確定徐鹽下行線與上行線間最小線間距。 線間距關(guān)系見圖3。

2.3.1 梁部間距研究

對于“2 ＋2”兩雙線橋方案，線間距5.3 m 雙線橋梁采用“連鎮(zhèn)施橋(參)40”參考圖。

線間距5.3 m 雙線梁寬12.9 m，外側(cè)線路中心距離橋梁邊緣3.8 m，遮板距離梁部外側(cè)0.14 m，兩橋遮板緊貼時，徐鹽下行線與上行線最小線間距7.88 m，考慮橋梁架設(shè)等因素兩橋之間最小線間距取值8 m。 雙線橋并置梁部見圖4。

圖4 雙線橋并置梁部示意(單位:cm)

2.3.2 橋梁承臺間距確定

根據(jù)梁部結(jié)構(gòu)最小間距情況下采用最小線間距8 m 反算驗證承臺間距。 32 m 簡支箱梁雙線橋承臺寬度設(shè)計為10.5 m，兩雙線橋承臺邊緣最小距離為2.8 m。 40 m 連續(xù)梁段橋梁4 線承臺寬度為24.8 m。綜合考慮橋梁上下部結(jié)構(gòu)，兩橋之間最小線間距取值8 m。 32 m、40 m 連續(xù)梁承臺示意圖見圖5、圖6。

圖5 32 m 簡支梁承臺示意(單位:cm)

圖6 40 m 連續(xù)梁承臺示意(單位:cm)

四線并行段“2 ＋2”雙線橋并置方案綜合考慮梁部結(jié)構(gòu)、承臺結(jié)構(gòu)尺寸及架設(shè)條件，從集約用地、降低工程投資、工期、施工難度角度考慮，徐鹽下行線、徐鹽上行線最小線間距采用8 m。

2.4 研究意見

綜合以上研究，新建線路四線并行段線間距方案需統(tǒng)籌線路平面設(shè)計、工程地質(zhì)條件、橋梁工程設(shè)計及施工、運營維護等因素綜合考慮進行總體設(shè)計，本次研究四線并行段在采用“2 ＋2”布置方案時，同行運行不同線路間最小線間距即三線與一線、四線與二線間最小線間距采用5.3 m，一線與二線最小線間距采用8 m。 研究成果已應用于實際工程中，目前該段線路已于2019 年12 月開通運營，工程運營效果良好。

3 結(jié)束語

隨著國家交通強國戰(zhàn)略的實施，我國鐵路規(guī)劃建設(shè)的速度進一步加快，根據(jù)項目建設(shè)時序科學合理確定建設(shè)方案，對引入地區(qū)方案要分類、分層次研究，對于不能在現(xiàn)階段解決的問題要從規(guī)劃層面預留出解決方案[11]。 對于新建線路四線甚至多線引入樞紐地區(qū)互聯(lián)互通建設(shè)方案以及地區(qū)內(nèi)預留規(guī)劃線路引入同步實施工程，如何確定多線并行段線路線間距方案是總體設(shè)計中的重難點。 鐵路選線工作綜合性強、科學性高、牽扯面廣、涉及到多學科的綜合應用。 鐵路選線是一項系統(tǒng)工程，采取全方位的發(fā)展戰(zhàn)略，協(xié)調(diào)好鐵路選線與其他方面的關(guān)系等，從而為我國鐵路運輸事業(yè)做出貢獻[12]。

對于同向運行不同線路間線間距應結(jié)合實際運營情況，進一步研究現(xiàn)行規(guī)范的適應性，研究優(yōu)化減小線間距的可行性。 對于三四線與一二線甚至五六線等多線引入并行段最小線間距需進一步深入研究確定合理方案，以節(jié)約用地、降低工程投資，建設(shè)環(huán)保型現(xiàn)代化鐵路。 筆者認為應在現(xiàn)行高鐵設(shè)計規(guī)范中明確新建鐵路四線并行段落同期同步實施[13]情況下三四線與一二線之間線間距設(shè)計原則，對同向運行線路線間距進行縮減，以優(yōu)化設(shè)計方案。