山區高速鐵路橋梁經濟指標分析

高金秋

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

2020年是實施“十三五”規劃的收官之年，年底一大批高速鐵路、普速鐵路集中開通運營。截止2020年12月底，全國鐵路營業總里程達14.6萬公里，其中，高鐵通車里程3.8萬公里，我國已建成世界上規模最大的現代化高速鐵路網，高速鐵路、高寒鐵路、高原鐵路、重載鐵路技術達到世界領先水平。

如上所述，我國將迎來大規模高速鐵路建設。我國中西部多為山區，在這種地形條件下建設高速鐵路，從勘察、設計、施工等方面會帶來新的挑戰[1-3]。

以下對某山區高速鐵路可行性研究階段橋梁設計和綜合估算進行分析，得出山區高速鐵路橋梁每米經濟指標，并分析橋梁經濟指標的影響因素。為在山區高速鐵路勘察設計選線，線路縱斷面設計和可行方案決策提供參考。

1 我國高速鐵路橋梁簡述

高速鐵路運營密度大、運行速度高、對舒適度要求高，故高速鐵路線路應具有平順性高、穩定性高、精度高、殘變小和維修少等特點。

橋梁結構在豎向剛度、工后沉降控制、土地占用和維修養護方面的技術經濟指標一般優于路基工程，在高速鐵路建設中，橋梁結構一般占比較大。

為了解決高速鐵路建設過程中橋梁工程多、工期緊張等問題，對標準跨度預應力混凝土簡支梁方案進行了深入研究，經過對不同跨度、不同截面類型的梁體綜合比較，確定我國高速鐵路橋梁常用跨度以32 m預應力混凝土簡支箱梁為主，同時配以24 m作為調跨的橋梁布置原則。高速鐵路橋梁設計標準化和橋梁施工工業化不僅易于對施工質量進行控制，而且加快了施工速度，為順利完成我國鐵路“十三五”發展規劃中所確定的發展目標奠定了基礎[4-5]。

我國幅員遼闊，各個地區地形和地質條件相差較大。為了與不同地區的自然環境相適應，廣泛采用特殊結構橋梁(見表1)[6-9]。跨越深谷時常采用拱橋；跨越高速公路或者既有鐵路時，多采用48～100 m的中等跨度連續箱梁；跨越大江大河時，除滿足河流通航要求外，還要考慮橋梁形式與環境的協調性，常采用大跨度的系桿拱橋、連續剛構、斜拉橋、懸索橋及組合結構橋梁(如圖1～圖3)[10-15]。

表1 高速鐵路橋梁特殊結構

圖1 京張高鐵官廳水庫特大橋

圖2 鄭焦城際鐵路鄭州黃河大橋

圖3 南廣鐵路西江特大橋

2 工程實例分析

2.1 項目概況

某擬建高速鐵路位于我國西南山區，目前，該項目處于可行性研究階段，對該項目進行勘察設計后，明確了擬修建高鐵地區沿線河流水系特征及地形地貌、水文、氣象、工程地質、水文地質、地震動參數區劃等自然條件。該線主要技術標準如下。

正線數目：雙線；

設計速度：350 km/h；

線間距：5 m；

最小曲線半徑：7 000 m(困難5 500 m)；

最大坡度：20‰(困難30‰)；

牽引種類：電力；

列車類型：動車組；

到發線有效長度：650 m。

高速鐵路所處地區地形地貌為平原、丘陵、嶺谷區。測區出露中生界白堊系、侏羅系地層，川東平行嶺谷區各背斜核部出露有少量的三疊系地層，其中侏羅系約占全線總長度的90%左右，主要巖性為“川東紅層”泥巖、砂巖；第四系堆積物分布較廣，以河谷階地、緩丘槽谷等低洼地帶較為集中且厚度較大。巖土體主要力學參數見表2。

表2 巖土主要力學參數

橋址區地震動峰值加速度為0.10g，地震動加速度反應譜特征周期為0.35 s。

沿線水系均屬長江水系，水系發育，河流、水庫眾多。沿線主要河流為長江一級支流沱江、嘉陵江、小江。嘉陵江一級支流涪江、渠江、曲水河、西河、瀠溪河、清溪河，涪江支流芝溪河，渠江支流東柳河、流江河、銅缽河、明月江；小江支流南河、普里河。其中嘉陵江、渠江為規劃Ⅲ級航道；涪江為規劃Ⅳ級航道；沱江為規劃Ⅴ級航道；流江河、銅缽河、明月江為規劃Ⅶ級航道，部分河段通航。

2.2 新建橋梁主要設計原則

正線采用常用跨度預應力混凝土簡支箱梁和常用跨度連續梁，優先布設32 m跨整孔簡支箱梁，24 m梁作為配跨使用，同一座橋盡量采用等跨布置；當跨越通航河流、高等級公路、鐵路、或遇有深水基礎、高墩深谷，采用常用跨度梁跨越無法通過或不經濟時，視情況選用大跨度連續梁、剛構、拱橋、斜拉橋或節段拼裝大跨度簡支梁等特殊橋梁結構(見表3)。

表3 新建橋梁通用圖示意

正線橋墩高≤30 m時，宜采用雙線圓端型實體橋墩；當橋墩高>30 m時，優先采用空心墩。力求同一座橋梁墩形式簡化統一，以方便施工[16]。正線填方段采用雙線空心橋臺，若受地形影響，也可以采用挖方橋臺。

基礎類型應根據水文、地質、地形、沉降控制要求及施工條件等合理選用。墩臺基礎以鉆孔樁基礎為主，當地質條件較好，地下水不發育且基礎埋深≤6 m時，可采用明挖擴大基礎。鉆孔樁樁徑一般情況選用1.0 m、1.25 m，特殊情況可采用較大直徑鉆孔樁。

橋梁下部主要采用混凝土、鋼筋混凝土結構，梁部結構多采用預應力混凝土和鋼筋混凝土結構。梁部混凝土強度不得低于C50，墩臺不得低于C35，承臺一般采用C30，樁身一般采用C30。

橋梁一般采用HPB300和HRB400鋼筋，并滿足TB10092—2017《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》相關要求。

2.3 橋梁綜合估算經濟指標分析

根據現場勘察設計，結合現場實際情況并深入研究后，最終確定一個推薦方案和多個比較方案。

結合勘察設計后所確定的所有線路方案，線路、站場、軌道、路基、隧道、橋梁、通號、接觸網、工經等相關專業開展具體工點設計，然后根據每個方案的控制點工程的個數、工程實施的難易程度、對當地經濟發展的影響程度和工程投資進行比較，進一步明確各個方案的優缺點。

本項目有A方案和B方案，其中A方案線路長42.3 km，B方案線路長42.6 km。兩個方案橋梁工點的信息見表4。每個方案特大橋、大橋和中橋的綜合估算見表4～表7。

表4 A方案與B方案橋梁工點信息

續表1

續表6

表7 中橋綜合估算

續表7

由表4～表5可知，A方案和B方案特大橋綜合估算指標分別為72 015元/m、117 218元/m； A方案和B方案特大橋的平均墩高分別為19.6 m、18.7 m，平均墩高相差不大，但是特大橋指標相差45 203元/m。經過對比分析，認為有如下幾方面原因。

表5 特大橋綜合估算

(1)上部工程特殊結構長度占比不同。A方案和B方案上部工程特殊結構長度分別為544 m、1 824 m，特殊結構占比分別為6.9%、23.6%，故B方案上部工程綜合估算指標較A方案多20 143元/m。

(2)上部工程是下部工程量的直接影響因素，大跨度梁多，下部工程的鋼筋混凝土數量必然增大，B方案下部工程綜合估算指標較A方案多14 527元/m。

(3)大跨度梁多因跨江、跨河及跨等級道路而設，大跨度梁的增多，會導致附屬工程中河床河堤整治、既有道路路基防護、邊坡加固防護數量增加，B方案附屬工程綜合估算指標較A方案多1 723元/m。

(4)大跨度梁多采用懸臂施工、轉體施工，施工輔助設施數量大，B方案施工輔助設施綜合估算指標較A方案多8 810元/m。

由表6可知，A方案和B方案大橋綜合估算指標分別為77 321元/m、78 050元/ m，大橋指標相差729元/m。A方案和B方案特大橋的平均墩高分別為16.6 m、16.3 m，平均墩高相差不大。

表6 大橋綜合估算

A方案和B方案上部工程特殊結構長度分別為592 m、812 m，特殊結構占比分別為5.9%、8.4%，雖然B方案特殊結構占比高，但是A方案中有22孔32 m單線箱梁，故上部工程綜合估算指標A方案較B方案多962元/ m。

B方案特殊結構占比高，所以B方案下部工程、附屬工程和施工輔助設施綜合估算指標分別較A方案高674元/ m、688元/ m、330元/ m。

表7中，A方案和B方案中橋綜合估算指標分別為74 699元/m、74 163元/m，指標相差536元/m。A方案和B方案中，平均墩高分別為12 m、11.7 m，平均墩高相差不大， A方案與B方案中均無特殊結構和大跨度梁，故上部工程的綜合估算指標僅相差30元/m。B方案下部工程、附屬工程綜合估算指標較A方案高499元/m和1 065元/m。綜上，B方案較A方案綜合估算指標略高，這主要是地形和地質情況不同造成的。

3 結論

(1)橋梁上部工程、下部工程、附屬工程和施工輔助設施四個方面緊密聯系，上部工程中特殊結構和大跨度梁對橋梁綜合估算指標影響較大，在橋梁綜合估算指標分析過程中，應首先分析特殊結構和大跨度梁占比。

(2)在全為常用跨度簡支梁的情況下，橋梁綜合估算指標主要受橋梁高度影響，若橋梁高度一定，則附屬工程中的邊坡加固防護、既有道路路基防護等對橋梁綜合估算指標有一定的影響，這部分對橋梁綜合估算指標影響約為11%。

(3)對于復雜特大橋，如公鐵兩用橋，跨江橋，和高架車站應該單列綜合估算單元。因為此類橋梁結構復雜，施工輔助措施費用高，綜合估算指標較高。

(4)如果沒有特殊結構，平均橋墩高在12 m左右，同時附屬工程中(如邊坡加固防護、橋下溝河及道路改移和既有道路路基防護)無較大支出，并且基礎施工輔助措施采用一般方式，則橋梁綜合估算指標約為6.6萬元/m。當特殊結構占比不超過橋梁總長的9%時，平均墩高不超過20 m的條件下，橋梁綜合估算指標約為7.8萬元/m。

(5)在山區高速鐵路中不可避免的會有平均墩高大于20 m的橋梁，如果高橋較長且較為集中，應對40 m及以上跨度簡支梁與32 m簡支梁進行經濟指標分析，以確定最優方案。