高速鐵路橋梁設計中幾個關鍵問題的探討

薛紅云

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

目前我國的高速鐵路運行總里程已突破3.5萬km，穩居世界第一位。隨著越來越多的高鐵投入運營，以及對近10年高鐵設計運營情況的總結，提出了許多需要深入思考和轉變傳統做法的新思路、新理念和新要求，本文就其中大家比較關注的幾個關鍵問題逐一進行探討。

2 合理的路橋方案選擇

2.1 沉降控制

為保證高速鐵路列車運行的平穩性和舒適性，高速鐵路對沉降控制標準要求較高，設計規范規定，有砟軌道工后沉降不大于30 mm，無砟軌道工后沉降不大于15 mm。由于我國高速鐵路建設正處于快速發展期，建設周期相較其他國家而言要短很多，往往從項目開工到架梁鋪軌只有一年到兩年時間，對于控制工期的段落甚至只有3、4個月時間。為滿足沉降控制要求，有時就需要采用沉降控制更有效的橋梁形式。

但是為了進一步合理控制工程投資，一味盲目地加大橋梁比例并不是最優的方案，在一定程度上會造成設計資源的浪費。我國目前已逐步開始步入高質量發展的軌道，在今后的高鐵設計中，應轉變既有的粗放式設計理念，合理制定建設周期，結合整個項目的施工組織安排，通過放置一定時間、路基堆載預壓、復合地基加固等措施，使土體排水固結，減少工后沉降，分段落分工點準確計算確定工后沉降量，最終達到精細化設計的效果，確有必要以橋代路時，再采用橋梁方案［1］。

2.2 征地拆遷

用地設計應嚴格貫徹“珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”的基本國策［2－4］，遵循“經濟合理、節約用地、少占良田”的原則，如鐵路穿越基本農田或靠近城鎮和市區范圍，受征地拆遷影響，則需要綜合進行路橋比較，這也是貫徹可持續發展理念的實際應用。

2.3 地方發展

隨著城市發展和各地區小城鎮發展速度的加快，高鐵作為助力地方發展的催化劑，要統籌考慮地方發展規劃，將高鐵設計方案與地方發展規劃緊密結合，綜合考慮地方一體化綜合交通規劃，充分利用城市通廊和交通網狀布局，為城市發展預留足夠的空間和條件，這時橋梁方案以其通透、開放、靈活的特點，優勢將盡顯無疑，要盡量以橋代路，為城鎮發展拓展空間和活力。

2.4 工程投資

工程投資是路橋方案選擇的一個主要參考指標，影響投資的因素與路基填料來源、取棄土場選擇、征地拆遷費用、橋梁工程投資等有關，需要全方面綜合比較來選擇合適的路橋方案。雖然投資是路橋方案選擇的主要參考指標，但卻不是必然唯一指標，還要結合用地、城市發展等方面綜合考慮確定。

3 橋梁棄土方案選擇

隨著環保要求越來越高，同時由于高速鐵路橋梁比例相對普速鐵路較高，因此橋梁本專業產生棄土棄渣數量也會較多，需要結合全線取棄土場的設置情況合理調配。嚴禁亂挖亂棄，同時做好棄土場綠化設計或復墾設計［5］。如何做好橋梁棄土棄渣的處置方案，更好地有利于環保和水保審批和驗收，可以從以下幾個方面入手開展設計研究：

（1）合理分析棄土成分構成

橋梁專業的棄土棄渣主要分為基坑開挖回填后的余土、樁基鉆孔產生的孔內原土以及鉆孔工藝產生的泥漿等三部分。可以根據產生棄土的不同成分構成，分類進行棄土方案設計。棄土按成分構成可分為土類和石類兩大類，土類一般情況下具備良好的綠化種植條件，可以考慮綠化復墾使用；石類由于種植條件較差，則需要外運至附近的棄土場統一處置。

（2）不同地形地勢條件適用的外運方案

根據鐵路所經過的地形地勢條件不同，可以采取相應的余土外運方案。

對于平原區，一般土層覆蓋層較厚，基巖埋深較深，余土主要以砂土類為主。平原區大部分已經完成了土地規劃整治，土地利用率較高，為尋找棄土場帶來一定的難度。鑒于高鐵用地界范圍要實施全封閉措施，因此高鐵用地界以內橋下范圍便可以通過橋下攤鋪來消納大部分余土，同時還可以種植草籽綠化，起到“一舉兩得”的效果。

對于山區丘陵地區，余土主要有基坑開挖回填后剩余余土、斜坡范圍刷方土（石）、樁基鉆孔產生的原土（石）以及鉆孔工藝產生的泥漿等幾部分，在設計時可以考慮在橋墩附近攤鋪少量余土，既可防止橋墩處低洼積水，又可以用于種植綠化，剩余部分棄土（石）需要外運至附近的棄土場。

（3）與地方發展有效結合

經過以上兩輪消納處置后，剩余部分確定需要外運的棄土（石），就需要尋找合適的棄土場，就目前國內城鎮農村的土地利用現狀而言，還是有很多文章可做。我國目前正在大力發展小城鎮建設，可充分與地方進行深入對接，了解地方小城鎮建設的總體規劃，與地方尋求棄土二次利用的契合點，既解決了棄土場選擇難題，同時還助力地方規劃建設，滿足人民生產生活需要，通過填洼造地還地于民，或是人造山坡景觀，為當地人民謀利造福。從一些鐵路項目最后實施的棄土方案來看，有許多都是與地方緊密對接后找到了合適的棄土場位置和處置方案。

（4）項目內部取棄土場合理調配利用，合理化解棄土場的選擇難題

鐵路項目本身既需要尋找取土場，又需要尋找棄土場，可以首先在本項目內部進行取棄土場地的合理調配，把取土場形成的低洼土坑作為棄土場來利用，同時做好表層土的整治和植被恢復，巧妙實現取土場和棄土場的無縫銜接、相互利用。

基于以上幾方面的措施，就可以妥善化解棄土場選擇的難題，為順利通過環保和水保的審批和驗收奠定良好的工作基礎。

4 鐵路樞紐區域的橋梁方案選擇

隨著高速鐵路的快速發展，全國高速鐵路網已形成規模。兩條客運專線同時引入地區客運樞紐的情況較為常見，而根據引入形式的不同，橋梁所匹配的結構形式也會有所不同，本文針對鐵路引入客站樞紐的不同形式，探討高速鐵路樞紐內橋梁結構形式的選擇。

4.1 鐵路樞紐的引入方案

兩線引入客運站，通常有線路別引入、分場設置和方向別引入、合場設置兩種方案［6－7］。前一種方案的優點是可解決跨線車，但兩端咽喉區需修建多條疏解線，橋墩林立，投資大，景觀效果差；后一種方案的優缺點正好相反。對于大型城市，存在多方向引入、主要車流方向明顯，為方便運營管理，一般采用分場設置；對于地區級中型城市客運站，停站車流、跨線車流相對較少，直通車流大，常采用合場設置方案。

另外，隨著我國工業化和城鎮化步伐的加快，在城市發展過程中，城市周邊往往形成了高速公路、高壓輸電、輸氣等多走廊，為提高城市土地利用率，減少城市拆遷，利于城市將來的發展，新建高鐵與其他走廊統一考慮，兩條鐵路的交叉跨線位置往往選擇在城市郊外，然后多線并行于城市建設公共走廊中，即城外疏解。對于城市拆遷可控、對城市發展影響較小時，兩條鐵路也可以選擇在車站附近交叉跨越，跨越后立即并線進站，即城內疏解，見表1。

表1 各樞紐車站引入方式

4.2 城外疏解方向別引入樞紐的橋梁結構形式

對于采用城外疏解、長段落四線并行的方向別引入樞紐客站，橋梁結構形式宜優先選用雙線橋＋雙線橋的形式，梁、墩、基礎各部位均分設，優點主要有以下四方面：一是有利于梁廠標準化預制，梁體施工質量易保證；二是可以采用架橋機整孔架設，提高架設效率；三是梁型、墩型與區間協調統一，整齊劃一，景觀效果較好；四是工程投資最省，經濟性能最優。

4.3 城外疏解線路別引入樞紐的橋梁結構形式

對于城外疏解、長段落四線并行的線路別引入樞紐客站，兩項目相對獨立，只需將兩項目間線間距按照橋梁構造要求控制為最小即可，橋梁的最優結構形式同樣為雙線橋＋雙線橋的結構形式，梁、墩、基礎各部位均分設。優點與方向別相同。

4.4 城內疏解引入樞紐的橋梁結構形式

對于城內疏解、小段落四線橋梁并行即引入樞紐客站時，往往在幾孔范圍就進入道岔布置區，要根據站場咽喉區道岔布置情況、橋梁道岔梁布設情況來合理選擇橋梁結構形式，一般情況下可選擇（單線＋雙線＋單線）梁接四線道岔梁，或者（雙線＋雙線）梁接四線道岔梁。

5 高鐵橋梁外部環境安全的關鍵應對措施

目前隨著高鐵運營里程的增加和人民經濟生活需求的變化，高鐵運營安全與人民的日常生活越來越緊密，而與高鐵相關的外部環境安全對高鐵運營安全有著重要的作用［8－11］。具體到橋梁專業，相關性最大的便是管線與高鐵橋梁交叉問題。因此需要在以下幾個階段重點關注和加強。

應對處理高鐵橋梁與管線交叉所遵循的總體原則是：后建服從先建，盡量減少對既有設施的改建。

5.1 勘測階段應對措施

在初測階段，鐵路設計單位應對石油、燃氣、熱力、給排水、工業液體原料等管道充分調研沿線管道現狀分布及規劃情況。根據調研結果，提出新建高鐵工程與既有管道設施交匯關系的處理方案，并征求管道產權單位意見，獲得產權單位的書面回復。

橋梁專業在外業勘測時，要重點關注與線路交叉的各種管線現狀以及預留規劃情況，在橋孔布設時盡量避開或遠離既有管線，同時提出合理的管線防護措施，與管線相關產權單位對接防護或形成遷改方案。

5.2 設計階段應對措施

根據兩部協議中關于鐵路橋梁與管道交叉的相關要求，合理開展設計工作。

（1）高鐵與管道交叉宜采用垂直交叉或大角度斜交，交叉角度不宜小于30°。

（2）高鐵跨越既有管道時，如果位于路基段，應對管道設置防護涵；如果位于橋梁段，則應在管道上方埋設鋼筋混凝土板。防護范圍不小于鐵路安全保護區范圍。

（3）若高鐵橋梁下方有規劃預留管道時，應在地面以下設置鋼筋混凝土管道防護涵，供將來規劃管道通過使用。管道防護涵應與高鐵橋梁基礎同步施工，同時應根據兩者基底標高相對位置關系考慮合理的施工順序和基坑防護措施，避免對高鐵橋梁墩臺基礎周圍的土層造成擾動而影響橋梁結構安全。

（4）特別需要注意的是，若高鐵跨越既有管道，在初設階段鐵路建設單位或設計單位應提請管道方對跨越管段進行完整性評價，根據評價結果向管道產權單位提交高鐵設計方案，并就項目概況、技術參數、交叉位置描述、擬定通過方案等作出說明。

5.3 靜態驗收階段應對措施

在靜態驗收時，要對與高鐵交叉的所有管線逐一進行核實，檢查管道防護工程是否已經按照設計圖紙實施、管道防護與橋梁墩臺的安全距離是否滿足要求、管道附近的提醒警示標志是否設置、是否滿足相關規定。為保證高鐵運營安全，高鐵運營管理單位與管道產權單位雙方簽署安保協議，維護好各自設施運營安全，并加強相互聯系。

6 結束語

中國高鐵以方便、快速、安全成為向世界展現的一道亮麗名片。在“十四五”及下一個百年發展階段，高鐵橋梁設計應堅持更加經濟、環保、可持續、安全可靠的設計理念，不斷優化更新設計思路，使我國高鐵橋梁建設步入高質量發展的車道。

以上是筆者結合近15年高速鐵路設計的一些關鍵問題或長期困擾設計人員的難題提出了個人的一點解決思路和思考，拋磚引玉，供鐵路橋梁設計同行們一起討論并更好地解決。