田萬(wàn)俊
(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處,天津 300142)
目前,我國(guó)在建和即將建設(shè)的山區(qū)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路多達(dá)數(shù)千千米,其設(shè)計(jì)速度一般為200~350 km/h。山區(qū)鐵路有別于平原區(qū)鐵路最大的特點(diǎn)是地形起伏大,地勢(shì)陡峭復(fù)雜,地層巖性變化劇烈。而由此引起山區(qū)橋梁在設(shè)計(jì)、施工等方面與平原區(qū)橋梁有很大的不同[1-10]。
由于地形起伏大,山區(qū)鐵路線下結(jié)構(gòu)工程如隧道、橋梁、明洞、路堤、路塹等交替設(shè)置,導(dǎo)致橋梁與其他專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)增多,除常見(jiàn)的橋梁和路堤接口外,還大量增加了橋梁和路塹、橋梁和隧道的接口[1]。尤其是當(dāng)橋梁和隧道之間的距離較近時(shí),為了減少橋、短路基和隧道的頻繁過(guò)渡,一般將短路基取消,而直接將橋梁和隧道相接,特殊情況下可將橋臺(tái)直接伸入隧道內(nèi)。這樣可改善列車(chē)行車(chē)條件,降低施工難度,同時(shí)景觀效果也較好;而當(dāng)橋梁和路塹相接時(shí),由于涉及2個(gè)專(zhuān)業(yè),要求各專(zhuān)業(yè)采用的刷坡和防護(hù)措施要統(tǒng)一,否則景觀效果太差。因此,橋梁和路塹、橋梁和隧道相接或相套的接口設(shè)計(jì),成為必須妥善解決的環(huán)節(jié)之一。該接口設(shè)計(jì)雖然難度不大,但往往容易被忽略,導(dǎo)致排水不暢,施工困難,景觀效果差,應(yīng)該引起高度重視。橋梁和隧道相接接口見(jiàn)圖1,橋梁和路塹相接接口見(jiàn)圖2。
圖1 橋梁和隧道相接接口
對(duì)于常用跨度橋梁,從制梁質(zhì)量控制難易程度、整體經(jīng)濟(jì)性、節(jié)省工期等角度考慮,預(yù)制架設(shè)梁要明顯優(yōu)于現(xiàn)澆梁[3],因此,在條件許可的情況下要盡可能采用預(yù)制架設(shè)整孔箱梁。而整孔箱梁的運(yùn)輸和架設(shè)都需要采用體積龐大的運(yùn)架梁專(zhuān)用設(shè)備,這些設(shè)備通過(guò)隧道就有很大難度,因此山區(qū)鐵路橋梁的施工組織和設(shè)備選用就成為影響工期和造價(jià)的關(guān)鍵因素之一。對(duì)于橋面寬度為12.0 m的客運(yùn)專(zhuān)線常用跨度簡(jiǎn)支箱梁,當(dāng)采用預(yù)制架設(shè)而通過(guò)隧道時(shí)通常有下面5種方案可供選擇。
圖2 橋梁和路塹相接接口
方案一:適當(dāng)加大隧道斷面。
根據(jù)目前客運(yùn)專(zhuān)線雙線隧道的標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸,即使運(yùn)梁車(chē)采用結(jié)構(gòu)高度較低的尺寸,正常情況下也無(wú)法通過(guò)隧道,見(jiàn)圖3。
圖3 正常情況下運(yùn)梁車(chē)與隧道關(guān)系示意(單位:cm)
針對(duì)這種情況,適當(dāng)加大隧道斷面則可以通過(guò)。哈大客運(yùn)專(zhuān)線就采用了這種做法[4]。但這種方案只適用于隧道較短的情況,當(dāng)隧道較長(zhǎng)時(shí)工程量增加較大,經(jīng)濟(jì)性不好。
方案二:隧道仰拱部分?jǐn)嗝婧鬂仓?/p>
針對(duì)上述方案一情況,采用隧道仰拱部分?jǐn)嗝娲\(yùn)梁車(chē)通過(guò)后再澆筑的做法,可使運(yùn)梁車(chē)通過(guò)隧道。目前已建成的京滬高速鐵路就采用這種做法[5],見(jiàn)圖4。
該方案優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)簡(jiǎn)支箱梁可以整孔通過(guò)隧道,缺點(diǎn)是隧道仰拱必須后做,且運(yùn)梁車(chē)必須選用結(jié)構(gòu)高度較低的型號(hào)。即使在這種情況下,梁側(cè)面距隧道邊緣僅有不足30 cm的空間,需要運(yùn)梁車(chē)通過(guò)隧道時(shí)準(zhǔn)確控制橫向位置,實(shí)際操作難度較大,尤其當(dāng)隧道較長(zhǎng)時(shí),風(fēng)險(xiǎn)較大;而且當(dāng)隧道圍巖級(jí)別較好(如Ⅱ級(jí)圍巖)時(shí),一般不做仰拱[6]。
圖4 仰拱后做時(shí)運(yùn)梁車(chē)與隧道關(guān)系示意(單位:cm)
方案三:橋梁結(jié)構(gòu)采用雙線組合箱梁。
橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線組合箱梁,主要考慮橋隧相連條件下使用。由于采用2片單線箱梁并置,每片箱梁寬度只有5.75 m左右,完全可以通過(guò)隧道。目前已經(jīng)建成的合武客運(yùn)專(zhuān)線就采用了這種組合箱梁的結(jié)構(gòu)形式[7]。該方案優(yōu)點(diǎn)是橋梁通過(guò)隧道不受隧道的凈空限制,隧道間的橋梁在沒(méi)有增加梁場(chǎng)的情況下也可以預(yù)制架設(shè);缺點(diǎn)是由于采用了組合箱梁,同一孔梁需要分2次架設(shè),工期較長(zhǎng),同時(shí)由于2個(gè)單線箱梁并置,增加了箱梁底寬度,同時(shí)也加大了下部結(jié)構(gòu)的工程量。雙線組合箱梁見(jiàn)圖5。
圖5 雙線組合箱梁斷面(單位:mm)
方案四:雙線整孔箱梁部分懸臂板進(jìn)行二次澆筑。
梁場(chǎng)預(yù)制梁時(shí),切除兩側(cè)部分懸臂板,預(yù)留鋼筋。待通過(guò)隧道后,懸臂板進(jìn)行二次澆筑[8]。如圖6所示。
圖6 部分懸臂板后澆32 m簡(jiǎn)支箱梁斷面示意(單位:mm)
該方案優(yōu)點(diǎn)是箱梁整孔預(yù)制,通過(guò)隧道較容易。缺點(diǎn)是懸臂板需要二次澆筑,且需要采取施加橫向預(yù)應(yīng)力等措施。目前已建成通車(chē)的石太客運(yùn)專(zhuān)線就采用這種做法。
方案五:采用運(yùn)架一體式架橋機(jī),見(jiàn)圖7。
圖7 900 t運(yùn)架一體機(jī)
該方案優(yōu)點(diǎn)是集運(yùn)梁、架梁為一體,結(jié)構(gòu)尺寸小,通過(guò)隧道容易,不需要對(duì)梁做任何變動(dòng)。尤其對(duì)隧道出入口附近的橋梁也能采用預(yù)制架設(shè)的方式,不受任何隧道空間的限制,非常適合在橋隧相連地段使用。本方案缺點(diǎn)是施工單位原有設(shè)備不能利用,必須選用新設(shè)備[9]。
總之,在山區(qū)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路橋隧工點(diǎn)比較密集地段具體采用何種方案通過(guò)隧道,要視具體項(xiàng)目的隧道分布狀況、圍巖級(jí)別、施工設(shè)備情況等因素綜合確定。
(1)對(duì)位于2個(gè)長(zhǎng)大隧道(隧道長(zhǎng)度一般為3 km以上)之間的橋梁,當(dāng)預(yù)制梁通過(guò)長(zhǎng)大隧道困難且2座長(zhǎng)大隧道間橋梁孔數(shù)達(dá)不到設(shè)置梁場(chǎng)的規(guī)模(一般預(yù)制梁孔數(shù)達(dá)到500孔以上)時(shí),這種情況下橋梁一般都采用現(xiàn)澆的施工方法。這時(shí),通常又會(huì)出現(xiàn)下面幾種情況。
①橋梁長(zhǎng)度較小,只有3~5孔。當(dāng)橋梁高度超過(guò)20 m以上時(shí),采用滿堂支架施工安全風(fēng)險(xiǎn)很大,而用移動(dòng)模架施工由于孔數(shù)較少又十分不經(jīng)濟(jì),因此這種情況可采用連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)形式,施工采用懸臂灌注較為合理;當(dāng)橋梁高度小于20 m時(shí),搭設(shè)滿堂支架較為容易,可采用現(xiàn)澆簡(jiǎn)支梁或小跨度連續(xù)梁的橋式方案;或者,施工單位有貝雷梁或軍用梁等設(shè)備,在不增設(shè)臨時(shí)墩的情況下,選用跨度滿足現(xiàn)有貝雷梁或軍用梁的簡(jiǎn)支梁或小跨度連續(xù)梁進(jìn)行現(xiàn)澆施工,也是一個(gè)不錯(cuò)的方案。
②當(dāng)橋梁孔數(shù)超過(guò)10孔以上時(shí),一般來(lái)說(shuō),采用移動(dòng)模架現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁的橋式方案較為經(jīng)濟(jì)[10]。
(2)對(duì)于“V”字形深谷,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí),可采用斜腿剛構(gòu)、簡(jiǎn)支拱等結(jié)構(gòu)形式;當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差,河谷流量較小,不滿足拱腳或斜腿剛構(gòu)的推力作用時(shí),可采用T構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,在溝谷中間設(shè)置1個(gè)橋墩,兩側(cè)設(shè)置一般橋臺(tái),此種方案具有綜合優(yōu)勢(shì)[11]。上述幾種橋梁結(jié)構(gòu)形式都可以避免在陡坡上修建橋梁墩臺(tái)和基礎(chǔ),降低了施工難度和風(fēng)險(xiǎn),減少了對(duì)山體的擾動(dòng)。
(3)對(duì)于“U”字形深谷,橋梁又高且長(zhǎng),此時(shí)可供選擇的橋梁方案較多,需進(jìn)行認(rèn)真的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,以確定最優(yōu)方案。如跨度不同(一般跨度有32、48、56 m等)的移動(dòng)模架施工的簡(jiǎn)支梁方案;長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)方案,難點(diǎn)是要解決長(zhǎng)聯(lián)時(shí)由于溫度變化引起的梁端位移較大問(wèn)題,尤其是當(dāng)軌道采用無(wú)砟軌道時(shí),此問(wèn)題更要引起高度重視;還有多聯(lián)并置的T構(gòu)方案等,該方案解決了長(zhǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)引起的大位移伸縮問(wèn)題,但由于是T構(gòu),經(jīng)濟(jì)上不一定合理??傊?,應(yīng)進(jìn)行多方案比選,綜合確定。
在陡坡上設(shè)置橋墩基礎(chǔ),在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到。但是如何做到既經(jīng)濟(jì)又安全,同時(shí)兼顧景觀和生態(tài)要求,則設(shè)計(jì)上就應(yīng)進(jìn)行創(chuàng)新。通常情況下有下面幾種方案可供選擇。
(1)方案1。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中,經(jīng)常會(huì)采用這種方案,即保證承臺(tái)不露出地面,同時(shí)為了形成鉆孔樁施工時(shí)的工作平臺(tái)且避免橋墩出現(xiàn)偏壓,進(jìn)行縱向或橫向刷坡。這種情況下要注意,刷坡面必須根據(jù)地質(zhì)、地形情況選用合適的坡度并要求護(hù)砌,基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)根據(jù)地質(zhì)和地形情況考慮一定的自由樁長(zhǎng)并計(jì)算側(cè)向土壓力的影響,如圖8所示。這種方案的缺點(diǎn)是刷方量很大,對(duì)地形、地貌和植被破壞嚴(yán)重。適用于山體地質(zhì)條件較差、土體松散易坍塌且對(duì)生態(tài)保護(hù)無(wú)要求的區(qū)域。
圖8 承臺(tái)不露出地面方案
(2)方案2。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好或不容許大面積破壞山體植被時(shí),為了減少刷方工程量,將承臺(tái)盡量上抬甚至露出地面,現(xiàn)場(chǎng)為了施工鉆孔樁形成工作平臺(tái),只進(jìn)行很少的刷方并結(jié)合防護(hù)回填形成工作平臺(tái)。這種方案適用于地質(zhì)條件較好的情況。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況很差時(shí)要慎用此方案,否則樁基自由樁長(zhǎng)太長(zhǎng)導(dǎo)致計(jì)算難以通過(guò)且土體經(jīng)施工擾動(dòng)后很容易坍塌,尤其在降水量較大的地區(qū)更要引起高度重視。如圖9所示。
圖9 承臺(tái)露出地面方案
(3)方案3。為了避免方案1刷方量大、方案2樁基施工困難等缺點(diǎn),在上述方案2的基礎(chǔ)上,選用一種新型的基礎(chǔ)形式,本文暫稱之為整體基礎(chǔ)。即將橋墩下基礎(chǔ)做成一個(gè)整體,類(lèi)似挖井但又比傳統(tǒng)的挖井高且柔以滿足地質(zhì)和地形要求,類(lèi)似單樁基礎(chǔ)但比傳統(tǒng)的單樁基礎(chǔ)截面尺寸要大得多,計(jì)算上兼顧單樁和挖井基礎(chǔ)的特點(diǎn)。如圖10所示。該方案刷方量較小,基礎(chǔ)施工相對(duì)容易,建議逐步完善推廣使用。
圖10 整體式基礎(chǔ)方案
我國(guó)幅員遼闊,地形地貌千變?nèi)f化,山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)地形條件和有效利用現(xiàn)有的施工設(shè)備,制定靈活、適宜的橋梁設(shè)計(jì)、施工方案,為我國(guó)山區(qū)客運(yùn)專(zhuān)線的橋梁設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[1]田萬(wàn)俊.客運(yùn)專(zhuān)線橋梁和相關(guān)專(zhuān)業(yè)的接口及處理方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(2):52-53.
[2]白琦成.山區(qū)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)幾個(gè)問(wèn)題探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(2):50-55.
[3]屈匡時(shí).簡(jiǎn)談橋梁指導(dǎo)性施工組織編制[J].橋梁建設(shè),1999(1):66-68.
[4]卜東平,王勝利.209 m2擴(kuò)大斷面石質(zhì)圍巖隧道CRD工法施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(11):73-76.
[5]孫樹(shù)禮.京滬高速鐵路橋梁工程[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(6):1-4.
[6]吳紅軍.橋群、隧道群廣泛相間情況下橋梁施工方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(2):86-90.
[7]陳 浩,等.鐵路客運(yùn)專(zhuān)線900 t箱梁提運(yùn)架設(shè)備研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(3):1-4.
[8]陳 列,許佑頂.武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線韶關(guān)至花都段設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(1):19-21.
[9]劉亞濱.橋隧相連和兩橋并行區(qū)段的整孔箱梁架設(shè)技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(6):21-28.
[10]劉家鋒.我國(guó)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線中小跨度簡(jiǎn)支箱梁架設(shè)方法綜述[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(6):42-47.
[11]饒少臣.大跨高墩T構(gòu)鐵路橋設(shè)計(jì)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(11):52-56.