關(guān)于山區(qū)客運(yùn)專線鐵路橋梁的幾點(diǎn)認(rèn)識

田萬俊

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁處，天津 300142)

1 概述

目前，我國在建和即將建設(shè)的山區(qū)客運(yùn)專線鐵路多達(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］。

2 山區(qū)橋梁有別于平原區(qū)橋梁的特點(diǎn)

2.1 與其他專業(yè)的接口設(shè)計(jì)

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)致橋梁與其他專業(yè)的結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)增多，除常見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直接伸入隧道內(nèi)。這樣可改善列車行車條件，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)專業(yè)，要求各專業(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圖1，橋梁和路塹相接接口見圖2。

圖1 橋梁和隧道相接接口

2.2 預(yù)制箱梁通過隧道的方法

對于常用跨度橋梁，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)架梁專用設(shè)備，這些設(shè)備通過隧道就有很大難度，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。對于橋面寬度為12.0 m的客運(yùn)專線常用跨度簡支箱梁，當(dāng)采用預(yù)制架設(shè)而通過隧道時(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)專線雙線隧道的標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸，即使運(yùn)梁車采用結(jié)構(gòu)高度較低的尺寸，正常情況下也無法通過隧道，見圖3。

圖3 正常情況下運(yùn)梁車與隧道關(guān)系示意(單位:cm)

針對這種情況，適當(dāng)加大隧道斷面則可以通過。哈大客運(yùn)專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>

針對上述方案一情況，采用隧道仰拱部分?jǐn)嗝娲\(yùn)梁車通過后再澆筑的做法，可使運(yùn)梁車通過隧道。目前已建成的京滬高速鐵路就采用這種做法［5］，見圖4。

該方案優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)梁車馱運(yùn)簡支箱梁可以整孔通過隧道，缺點(diǎn)是隧道仰拱必須后做，且運(yùn)梁車必須選用結(jié)構(gòu)高度較低的型號。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)梁車通過隧道時(shí)準(zhǔn)確控制橫向位置，實(shí)際操作難度較大，尤其當(dāng)隧道較長時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較大;而且當(dāng)隧道圍巖級別較好(如Ⅱ級圍巖)時(shí)，一般不做仰拱［6］。

圖4 仰拱后做時(shí)運(yùn)梁車與隧道關(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，完全可以通過隧道。目前已經(jīng)建成的合武客運(yùn)專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)是橋梁通過隧道不受隧道的凈空限制，隧道間的橋梁在沒有增加梁場的情況下也可以預(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，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。

梁場預(yù)制梁時(shí)，切除兩側(cè)部分懸臂板，預(yù)留鋼筋。待通過隧道后，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。目前已建成通車的石太客運(yùn)專線就采用這種做法。

方案五:采用運(yùn)架一體式架橋機(jī)，見圖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，通過隧道容易，不需要對梁做任何變動。尤其對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)專線鐵路橋隧工點(diǎn)比較密集地段具體采用何種方案通過隧道，要視具體項(xiàng)目的隧道分布狀況、圍巖級別、施工設(shè)備情況等因素綜合確定。

2.3 山區(qū)橋梁橋式方案的選擇

(1)對位于2個(gè)長大隧道(隧道長度一般為3 km以上)之間的橋梁，當(dāng)預(yù)制梁通過長大隧道困難且2座長大隧道間橋梁孔數(shù)達(dá)不到設(shè)置梁場的規(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)，通常又會出現(xiàn)下面幾種情況。

①橋梁長度較小，只有3～5孔。當(dāng)橋梁高度超過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)不錯的方案。

②當(dāng)橋梁孔數(shù)超過10孔以上時(shí)，一般來說，采用移動模架現(xiàn)澆簡支箱梁的橋式方案較為經(jīng)濟(jì)［10］。

(2)對于“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，此種方案具有綜合優(yōu)勢［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和基礎(chǔ)，降低了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，減少了對山體的擾動。

(3)對于“U”字形深谷，橋梁又高且長，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)的移動模架施工的簡支梁方案;長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)方案，難點(diǎn)是要解決長聯(lián)時(shí)由于溫度變化引起的梁端位移較大問題，尤其是當(dāng)軌道采用無砟軌道時(shí)，此問題更要引起高度重視;還有多聯(lián)并置的T構(gòu)方案等，該方案解決了長聯(lián)結(jié)構(gòu)引起的大位移伸縮問題，但由于是T構(gòu)，經(jīng)濟(jì)上不一定合理?？傊瑧?yīng)進(jìn)行多方案比選，綜合確定。

2.4 陡坡上設(shè)置基礎(chǔ)時(shí)注意要點(diǎn)

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)常會采用這種方案，即保證承臺不露出地面，同時(shí)為了形成鉆孔樁施工時(shí)的工作平臺且避免橋墩出現(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生態(tài)保護(hù)無要求的區(qū)域。

圖8 承臺不露出地面方案

(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，將承臺盡量上抬甚至露出地面，現(xiàn)場為了施工鉆孔樁形成工作平臺，只進(jìn)行很少的刷方并結(jié)合防護(hù)回填形成工作平臺。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，否則樁基自由樁長太長導(dǎo)致計(jì)算難以通過且土體經(jīng)施工擾動后很容易坍塌，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)施工相對容易，建議逐步完善推廣使用。

圖10 整體式基礎(chǔ)方案

3 結(jié)語

我國幅員遼闊，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，為我國山區(qū)客運(yùn)專線的橋梁設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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