關(guān)于鐵路的橋梁與設(shè)計(jì)探究

唐義

摘 要：鐵路橋是鐵路設(shè)施的重要組成部分。隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，人們對(duì)于鐵路橋的要求也發(fā)生著變化。在已有的運(yùn)輸效率和安全性要求基礎(chǔ)上，現(xiàn)代的鐵路橋在通行舒適度、景觀觀賞性方面的表現(xiàn)需求也日漸強(qiáng)烈。上述種種，都給鐵路橋施工設(shè)計(jì)提出了更高的要求。施工設(shè)計(jì)是公路施工建設(shè)的藍(lán)圖和基礎(chǔ)，鐵路橋施工設(shè)計(jì)水平?jīng)Q定著鐵路橋的運(yùn)營(yíng)能力和服務(wù)質(zhì)量，直接關(guān)系到鐵路橋在安全性、時(shí)效性、美觀性和舒適性等方面的表現(xiàn)。鐵路橋施工設(shè)計(jì)涉及環(huán)節(jié)多、內(nèi)容復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度很高。長(zhǎng)期以來(lái)一直是鐵路工程設(shè)計(jì)單位的重要課題。文章從鐵路橋建設(shè)實(shí)際情況出發(fā)，圍繞大跨度預(yù)應(yīng)力橋、地道橋等鐵路橋主要類型對(duì)鐵路橋梁設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論，對(duì)設(shè)計(jì)工作中的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)。

關(guān)鍵詞：鐵路；橋梁；設(shè)計(jì)

引言

我國(guó)是陸地大國(guó)，幅員遼闊，廣袤的國(guó)土面積對(duì)陸地交通系統(tǒng)的建設(shè)水平提出了極高的要求。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，社會(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)陸地交通通行能力的需求越來(lái)越大。鐵路作為我國(guó)主要陸地交通方式，各種規(guī)格線路遍布祖國(guó)各地，構(gòu)成了我國(guó)交通運(yùn)輸，特別是陸地交通的基礎(chǔ)力量。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，鐵路建設(shè)發(fā)生了巨大變化，在運(yùn)輸能力、工作效率、安全保障、適用范圍和乘車體驗(yàn)等方面都實(shí)現(xiàn)了前所未有的突破。這既是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民群眾要求的選擇，也是鐵路建設(shè)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。我國(guó)地形復(fù)雜，山川河流眾多，鐵路線路施工離不開橋梁建設(shè)。鐵路橋梁設(shè)計(jì)是鐵路橋梁建設(shè)施工的藍(lán)圖，設(shè)計(jì)質(zhì)量和技術(shù)水平直接關(guān)系到鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩院屯ㄐ行省Ｏ旅鎸?duì)當(dāng)前主流鐵路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行探析，希望可以對(duì)我國(guó)鐵路橋梁設(shè)計(jì)工作者更好地開展工作有所幫助。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋梁的設(shè)計(jì)技術(shù)分析

1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

連續(xù)梁屬于超靜定結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)應(yīng)力分布均勻，載荷承受能力高的特點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可以大幅降低橋跨和橋墩施工成本，工程量較等規(guī)模的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)要少得多。當(dāng)前鐵路橋梁主要類型為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁，一般采用無(wú)支架施工的方式進(jìn)行施工，施工適用范圍非常廣泛。由于連續(xù)梁中間支點(diǎn)截面負(fù)彎矩的存在，梁內(nèi)彎矩在梁上呈現(xiàn)出較為均勻的分布態(tài)勢(shì)，對(duì)于充分發(fā)揮支點(diǎn)附近的梁截面和梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用極為有利。連續(xù)橋梁橋墩的支座一般情況下僅有一排，墩帽大小不大。有的橋墩使用活動(dòng)支座，制動(dòng)力不起控制作用，而在豎向荷載作用下墩身軸心受壓，降低了對(duì)于橋墩尺寸規(guī)模的需求。對(duì)于使用固定支座的橋墩（即制動(dòng)墩），則需要面對(duì)幾跨梁上制動(dòng)力的載荷。為實(shí)現(xiàn)更好地內(nèi)應(yīng)力分布，連續(xù)梁的截面高度根據(jù)跨度大小而改變。大量變高度連續(xù)梁施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，中間支點(diǎn)處截面高度通常為跨中截面高度的150%至200%，之所以中間支點(diǎn)截面高度設(shè)計(jì)這么高，主要是考慮到支點(diǎn)截面彎矩遠(yuǎn)大于跨中彎矩以及梁截面在支點(diǎn)處受力情況不理想的原因。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土剛架橋設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

剛架橋梁結(jié)構(gòu)的縱斷面一般采用非固定高度的形式。門形剛架支柱邊緣梁的高度一般是跨中梁高度的3倍到5倍，而斜腿剛架的支柱邊緣梁的高度一般是跨中梁高度的2倍到2.5倍。由于同時(shí)受正負(fù)彎矩作用，剛架梁一般采用箱型截面設(shè)計(jì)，以提高彎矩載荷承受能力。鐵路橋的跨中梁高度應(yīng)按照兩肩之間主梁跨度的5%設(shè)計(jì)，公路橋的跨中梁高度則控制到兩肩之間主梁跨度的2.86%至3.33%。對(duì)于跨度較小的剛架橋，一般采用板式截面，以利于降低梁高度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。采用板式截面設(shè)計(jì)，鐵路橋梁高可以減少到兩肩之間主梁跨度的4%，公路橋則可以減少到2%。剛架梁一般采用與普通梁相同的橫截面布置原則，但當(dāng)跨度較大時(shí)，梁的寬度可以沿支柱方向逐步增加，以提高橫向方向上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2 鐵路地道橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和技術(shù)方案

2.1 鐵路地道橋幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)要點(diǎn)分析

進(jìn)行箱型框架鐵路地道橋施工設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)車輛通行需求采用單孔或多孔的框架形式。對(duì)于采用雙車道設(shè)計(jì)的郊區(qū)公路單孔箱形框架地道橋，其車道寬度不能低于7米，兩側(cè)設(shè)置0.75米寬的人行道。箱形框架地道橋采用兩孔設(shè)計(jì)的情況并不常見，是因?yàn)閮煽字忻靠锥荚O(shè)有快車道和慢車道，投入使用后容易產(chǎn)生交通事故；同時(shí)，兩孔設(shè)計(jì)較大的坡度不利于非機(jī)動(dòng)車行駛，僅能用于多為機(jī)動(dòng)車通行的情況。三孔箱型框架地道橋可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備能力的高低采用三孔整體澆筑一次頂進(jìn)或三孔分別澆筑分別頂進(jìn)的施工方式，兩種施工方式各有特點(diǎn)，整體澆筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工期較短，后者可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三孔高度的分別控制，有利于倒換施工模板，減小頂進(jìn)力和加固線路軌道。

2.2 地道橋的頂進(jìn)法施工技術(shù)分析

頂進(jìn)法是地道橋常用施工方法之一，根據(jù)具體方法不同，可以分為分節(jié)頂進(jìn)法、自平衡頂進(jìn)法和地墊頂進(jìn)法三種。下面就對(duì)這三種方法逐一進(jìn)行論述。

2.2.1 分節(jié)頂進(jìn)法。該法是將長(zhǎng)度一定的箱體按照一定比例分作兩節(jié)或多節(jié)，每?jī)晒?jié)之間使用中繼千斤頂進(jìn)行鏈接，后面的箱體通過(guò)自身重量為前面一節(jié)箱體提供動(dòng)力，前面的箱體以此向前推進(jìn)一個(gè)頂程，后節(jié)箱體利用后背推進(jìn)，同時(shí)使中繼間千斤頂活塞回程。該法的優(yōu)點(diǎn)是施工工程量較小。按照施工場(chǎng)地的具體情況，分節(jié)頂進(jìn)法中各箱體采用串聯(lián)或并列兩種方式排列和澆筑施工。串聯(lián)式頂進(jìn)施工是在全部千斤頂安裝后進(jìn)行頂進(jìn)，施工期間頂進(jìn)作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，不中斷。并列式頂進(jìn)則是在前面一節(jié)箱體頂進(jìn)后安裝千斤頂，同時(shí)在第二箱體橫移后頂進(jìn)。并列式的優(yōu)點(diǎn)是施工滑板和傳力頂程的長(zhǎng)度較短。

2.2.2 自平衡頂進(jìn)法。自平衡頂進(jìn)法別名頂拉法，該法將箱形框架最少分作三部分，第一節(jié)和最后一節(jié)以鋼絲束或粗鋼筋進(jìn)行連接，同時(shí)在尾節(jié)后安裝一根鋼梁。具體施工時(shí)，每一節(jié)框架的長(zhǎng)度都要按照專業(yè)方法進(jìn)行計(jì)算，確保實(shí)現(xiàn)自重平衡頂進(jìn)，一般情況下最前面的一節(jié)長(zhǎng)度都較小。

2.2.3 地墊頂進(jìn)法。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是頂進(jìn)阻力小。大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，地道橋底板在地基上的壓力大體上在39千帕至58.8千帕之間。如果在箱身底板與地面接觸面之間吹入壓縮空氣形成氣墊層，當(dāng)氣體壓力大于箱體自重后，箱體底板和地面之間就會(huì)出現(xiàn)空隙，從而減少箱體和地面間的摩擦力。而摩擦力是箱體頂進(jìn)阻力的重要來(lái)源，摩擦力降低，頂進(jìn)阻力下降，更加利于頂進(jìn)施工。

3 結(jié)束語(yǔ)

鐵路橋是我國(guó)重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施。安全穩(wěn)定、通行順暢的鐵路橋是地區(qū)鐵路交通網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的重要前提之一。隨著我國(guó)中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的不斷推進(jìn)，鐵路系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防安全和人民生活方面所發(fā)揮的基礎(chǔ)保障作用將會(huì)越來(lái)越大，鐵路橋的重要性也會(huì)加倍突出。鐵路設(shè)計(jì)單位要加大力度，不斷深入探索鐵路橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，開拓創(chuàng)新，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)水平，推進(jìn)我國(guó)鐵路事業(yè)的健康發(fā)展。

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