長(zhǎng)西鐵路橋梁勘察與設(shè)計(jì)

王軍生

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京　102600)

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長(zhǎng)西鐵路橋梁勘察與設(shè)計(jì)

王軍生

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600)

摘要:以長(zhǎng)西鐵路建設(shè)為工程背景，分析了該工程中的橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合客貨共線鐵路設(shè)計(jì)特點(diǎn)，簡(jiǎn)要介紹了橋涵的水文計(jì)算方法，并從橋梁類(lèi)型的選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則及結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)等方面，對(duì)該線橋梁設(shè)計(jì)方法作了闡述，為類(lèi)似橋梁設(shè)計(jì)提供了思路。關(guān)鍵詞:新建鐵路，橋梁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則

1　工程概況

長(zhǎng)春(開(kāi)安)至西巴彥花鐵路地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，位于我國(guó)東北地區(qū)吉林省西部和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部。鐵路等級(jí)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)、單線鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速160 km，是一條以煤運(yùn)為主，兼顧沿線地區(qū)其他貨運(yùn)和客運(yùn)的區(qū)域性鐵路。

沿線地形總體上東西高中間低，地貌形態(tài)多變，根據(jù)成因和形態(tài)分為:洪積、沖積冰水高平原區(qū)，河谷沖積平原區(qū)，丘陵?duì)钆_(tái)地區(qū)，沖湖積低平原區(qū)，丘陵區(qū)5個(gè)單元。

長(zhǎng)西鐵路新建正線全長(zhǎng)393．410 km，相關(guān)工程全長(zhǎng)10．042 km，橋梁總長(zhǎng)50．096 km，占線路長(zhǎng)度的12．4%?？蚣苤行蚬灿?jì)72座，總面積11 704．6 m2;新建及改建、接長(zhǎng)涵洞918座，總計(jì)16 657．3橫延米;扣除橋梁長(zhǎng)度及路基挖方段長(zhǎng)度，小橋涵平均每千米2．83座。

2　橋涵勘察

2．1水文計(jì)算

特大、大、中橋水文勘測(cè)主要采用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水文調(diào)查及形態(tài)測(cè)繪，收集水利部門(mén)歷年流量觀測(cè)系列資料和歷史洪峰調(diào)查分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況通過(guò)分析、比較確定。

本線跨越的大中河流有新開(kāi)河、翁克河、寶泉河、霍林河、突泉河、大額木特河等，分別屬于松花江流域的第二松花江水系和嫩江水系。在勘測(cè)過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)以上河流進(jìn)行了洪水調(diào)查及資料收集工作。

勘測(cè)期間，首先到當(dāng)?shù)厮?、水文部門(mén)了解適用于本線各河流的水文計(jì)算方法、水文情況、水利設(shè)施的現(xiàn)狀及規(guī)劃，并調(diào)查、搜集可采用和參證的水文站洪水流量實(shí)測(cè)系列、分析資料等，條件具備時(shí)進(jìn)行形態(tài)法洪水調(diào)查驗(yàn)證;其次落實(shí)對(duì)線位有影響的水庫(kù)的主要技術(shù)指標(biāo)、修建年代及運(yùn)營(yíng)維護(hù)情況，確定水庫(kù)水文特征要素、不同頻率的下泄量。

本次研究小流域計(jì)算，吉林境內(nèi)選用吉林省經(jīng)驗(yàn)公式法、小流域流模公式法(根據(jù)吉林省水利廳地方公式法推求所得)、推理單位線法(鐵三院二法);內(nèi)蒙古境內(nèi)低丘區(qū)選用鐵一院法、鐵三院一法、根據(jù)鐵一院通用圖《壹橋8216B》“匯水面積—流量關(guān)系曲線圖”直接查流量法進(jìn)行綜合比較、分析，以確定小流域流量的計(jì)算辦法和采用的有關(guān)參數(shù)。

吉林地區(qū)最終采用吉林省經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算分析，內(nèi)蒙古地區(qū)采用鐵三院一法進(jìn)行計(jì)算分析。

2．2橋涵布設(shè)原則

全線橋梁除跨越高速公路、鐵路采用大跨外，其余均采用標(biāo)準(zhǔn)跨度，以32 m及以下預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁為主，橋梁的孔跨布置盡量采用等跨。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，一般地段起橋高度控制在8 m～10 m，避免高橋臺(tái)大錐體;城鎮(zhèn)和沿線集中居民區(qū)附近和良田地段，路基填土大于6 m設(shè)橋。新建段涵洞孔徑大小，結(jié)合地形、地貌、天然溝形和排洪、灌溉、交通等因素綜合考慮;既有涵洞一般采用原類(lèi)型、原孔徑接長(zhǎng)。本線位于我國(guó)東北嚴(yán)寒地區(qū)，沿線河流眾多，湖泡、洼地、水庫(kù)、渠道密布，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。針對(duì)不同地區(qū)，制定了相應(yīng)的橋涵布設(shè)原則。

2．2．1平原農(nóng)灌區(qū)

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，一般地段起橋高度控制在8 m～10 m，避免高橋臺(tái)大錐體;城鎮(zhèn)和沿線集中居民區(qū)附近和良田地段，路基填土大于6 m設(shè)橋。

本線涵洞類(lèi)型優(yōu)先選用鋼筋混凝土框架涵，小孔徑灌溉涵采用圓涵。根據(jù)與沿線水利部門(mén)所簽訂協(xié)議，沿線各段逢溝渠均設(shè)置了橋涵工程，盡可能不破壞、壓縮排水灌溉溝渠。農(nóng)灌區(qū)的灌溉渠及排水渠，一般屬于寬淺、緩坡(j=1/10 000左右)型渠道，涵洞孔徑宜不小于既有溝寬。

2．2．2內(nèi)澇區(qū)

本線在農(nóng)安縣境內(nèi)龍王鄉(xiāng)穿越洼中高澇區(qū)，該處澇區(qū)地勢(shì)低洼，是天然的閉流區(qū)，當(dāng)?shù)亟?jīng)過(guò)治理，修建了洼中高排水總干渠和八條自流排水溝，澇情基本得到控制。本線跨越總干渠及排水主溝時(shí)均設(shè)橋，并在相鄰排水主溝間，根據(jù)排澇流量，結(jié)合排灌溝渠布設(shè)一定數(shù)量的涵洞，保證線路兩側(cè)水位平衡，降低橋前積水深和縮短排澇歷時(shí)。相鄰路基段根據(jù)內(nèi)澇水位采用浸水路基，并設(shè)腳墻防護(hù)。

2．2．3湖泡、沼澤區(qū)

本線在通榆縣十花道鄉(xiāng)境內(nèi)穿越湖泡、沼澤區(qū)，在線路選線時(shí)盡量沿水泡邊緣地帶通過(guò)，為避免水流經(jīng)筑路攔截后集中，危及路基安全，橋涵布設(shè)時(shí)應(yīng)采取分片宣泄洪水的原則，結(jié)合水流出路在地形低洼處設(shè)置橋涵。在突泉準(zhǔn)太本鄉(xiāng)附近，線路受外部條件控制，從敖莫臺(tái)哈嘎水泡中部穿越，為避免水害，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，歷史最高水位加0．5 m安全值范圍內(nèi)均設(shè)橋跨越，以溝通兩側(cè)水流和平衡兩側(cè)積水水位，同時(shí)減少路基段病害的產(chǎn)生。

2．2．4丘陵低洼地區(qū)

本線在前郭縣烏蘭敖都鄉(xiāng)、突泉準(zhǔn)太本鄉(xiāng)境內(nèi)穿越平原微丘區(qū)，此區(qū)域地勢(shì)起伏不大，呈波浪狀，洼地間相互不連通。橋涵布設(shè)時(shí)與湖泡沼澤區(qū)類(lèi)似，根據(jù)水流分布及洼地積水情況，在地勢(shì)低洼處設(shè)置涵洞平衡路基兩側(cè)水位。

2．2．5滯洪區(qū)

霍林河是屬松花江流域嫩江水系的一級(jí)支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古

2．2．6水庫(kù)地區(qū)

長(zhǎng)西鐵路沿線與鐵路有關(guān)的水庫(kù)有太平池水庫(kù)、共青團(tuán)水庫(kù)、三教寺水庫(kù)、創(chuàng)業(yè)水庫(kù)、大青山水庫(kù)等大中型水庫(kù)。沿線大型及中型水庫(kù)校核頻率均不高于鐵路洪水設(shè)計(jì)頻率，且在近幾年均先后進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，目前各水庫(kù)運(yùn)營(yíng)狀況良好，線路在水庫(kù)下游時(shí)均設(shè)橋通過(guò)，橋下設(shè)計(jì)流量按最大下泄流量加壩橋間匯入流量考慮。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)較低的小型水庫(kù)，橋下設(shè)計(jì)流量按潰壩時(shí)流量考慮;跨越創(chuàng)業(yè)水庫(kù)時(shí)，選取在靠近水庫(kù)上游最窄處設(shè)橋通過(guò)，以減小對(duì)水庫(kù)的影響。

2．2．7風(fēng)沙區(qū)

位于風(fēng)沙段的涵洞設(shè)置時(shí)適當(dāng)增大孔徑。考慮到磨蝕作用，涵洞宜選用蓋板涵。

3　橋涵設(shè)計(jì)

3．1防凍措施

本線屬?lài)?yán)寒地區(qū)，最大季節(jié)凍土深度達(dá)2．0 m，涵洞基底有凍脹土層時(shí)，需做防凍脹處理，換填砂石等粗顆粒土。涵洞出、入口向中間各2 m涵節(jié)及八字墻基礎(chǔ)下的換填深度:對(duì)于凍脹土不小于凍結(jié)線下0．25 m，對(duì)于弱凍脹土不小于凍結(jié)深度，不凍脹土不做處理。中間涵節(jié)按出入口換填后深度的0．6倍進(jìn)行換填，并在連接處設(shè)過(guò)渡漸變段。

本線橋梁上部結(jié)構(gòu)及墩臺(tái)身采用環(huán)境等級(jí)不得低于碳化環(huán)境T2級(jí);基礎(chǔ)部位采用環(huán)境等級(jí)不得低于碳化環(huán)境T1級(jí)，部分地段氯鹽環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)1～L2，化學(xué)侵蝕環(huán)境作用等級(jí)為H1～H2。本線位于嚴(yán)寒地區(qū)，且地下水位相對(duì)較高，墩臺(tái)身及基礎(chǔ)凍融環(huán)境作用等級(jí)為D2;涵洞主要采用箱形涵，現(xiàn)澆施工，箱形涵及箱形橋主體結(jié)構(gòu)環(huán)境等級(jí)按不低于碳化環(huán)境T2級(jí)設(shè)計(jì);涵洞基礎(chǔ)部位采用環(huán)境等級(jí)不低于碳化環(huán)境T1級(jí)設(shè)計(jì);位于氯鹽環(huán)境和化學(xué)侵蝕環(huán)境地段的涵洞，根據(jù)其環(huán)境作用等級(jí)選用相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

考慮到嚴(yán)寒地區(qū)防凍要求，標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁采用符合“通橋(2007)8160”安裝要求的YZM鋼支座，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用符合“通橋(2009)8361”安裝要求的TJQZ球型鋼支座。

3．2不良地質(zhì)處理

由于本線地表多軟土，故涵洞大部分采用整體性較好的鋼筋混凝土框架涵，且出入口翼墻采用分離式基礎(chǔ)，出入口涵節(jié)采用整體式基礎(chǔ)，中間涵節(jié)無(wú)基礎(chǔ)，做0．15 m厚C15混凝土墊層。涵洞地基承載力不足時(shí)，當(dāng)計(jì)算所需換填厚度不大于3 m，采用換填1∶2砂石;對(duì)于埋深較深，需換填厚度大于3 m的軟土地段，采用碎石樁、水泥土攪拌樁、打入方樁等措施進(jìn)行地基加固。對(duì)于橋梁工程，一般采用樁基礎(chǔ)，樁基穿過(guò)濕地及松軟土層，樁底置于相對(duì)穩(wěn)定的地層上。

線路部分段落存在鹽漬土等特殊巖土，環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)1，H1。橋梁承臺(tái)、基礎(chǔ)、涵洞的基礎(chǔ)、翼墻等均按照TB 10005—2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范采用相應(yīng)的混凝土等級(jí)。

3．3特殊橋涵設(shè)計(jì)

本線距洮南訓(xùn)練場(chǎng)和黑水靶場(chǎng)軍事區(qū)較近，根據(jù)部隊(duì)相關(guān)部門(mén)要求，沿線需分散設(shè)有軍事通道，具體形式為框架橋與公跨鐵橋梁，以保證作訓(xùn)部隊(duì)在鐵路兩側(cè)通行順暢，要求能夠通過(guò)坦克戰(zhàn)斗群。目前我國(guó)主戰(zhàn)坦克99A2型戰(zhàn)斗全重達(dá)58 t，坦克荷載參照履帶車(chē)—50級(jí)荷載分布形式，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力檢算。通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)配筋，并適當(dāng)增加保護(hù)層或鋪裝層厚度，以保證結(jié)構(gòu)安全性及耐久性，滿(mǎn)足部隊(duì)使用要求。

本線起點(diǎn)并行長(zhǎng)白線接入開(kāi)安站，中間段并行平齊線接入黑水站。兩條鐵路修建年代均較久遠(yuǎn)，路肩貼行于地面，立交道路大部分為平交道。本線并行既有線時(shí)，需將平交道改造為立交道，采用上跨(公跨鐵)或下穿(頂進(jìn)橋涵)形式。由于本線位于東北嚴(yán)寒地區(qū)，降雪較多，道路縱坡需按規(guī)范控制在4%以?xún)?nèi);并在下挖頂進(jìn)橋涵處設(shè)抽排水泵站，以避免雨季時(shí)涵內(nèi)積水，影響車(chē)輛正常通行。

本線在農(nóng)安、長(zhǎng)嶺等縣市穿越大片滴灌區(qū)，由于滴灌管網(wǎng)交織密集，考慮將其主管網(wǎng)保留并加以合并改造，從預(yù)留護(hù)涵內(nèi)穿越鐵路，以避免滴灌管道在路基段發(fā)生滲漏，進(jìn)而影響到行車(chē)安全。

4　結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)西鐵路位于我國(guó)東北嚴(yán)寒地區(qū)，沿線河流眾多，湖泡、洼地、水庫(kù)、渠道密布，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。本文對(duì)長(zhǎng)西鐵路的橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面總結(jié)，為以后類(lèi)似地區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

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中圖分類(lèi)號(hào):U442

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0166-02

收稿日期:2016-04-08

作者簡(jiǎn)介:王軍生(1982-)，男，碩士，工程師自治區(qū)哲里木盟扎魯特旗的大興安嶺山脈，德福特勒罕山北麓，自扎魯特旗西北入興安盟科爾沁右翼中旗經(jīng)高力板從通榆縣的西北部同發(fā)牧場(chǎng)進(jìn)入吉林省境內(nèi)。進(jìn)入吉林省境內(nèi)后河道漫散，小水年份經(jīng)常斷流，只有較大洪水才進(jìn)入嫩江。受外部條件控制，本線在通榆縣境內(nèi)第二次跨越霍林河，橋址處霍林河呈漫流狀態(tài)，為霍林河滯洪區(qū)。為使得水流宣泄通暢，避免形成水害危及行車(chē)安全，所涉及河道范圍內(nèi)均采用32 m簡(jiǎn)支梁橋跨越。

Bridge survey and design for Changchun(Kai’an)-Xibayanhua railway

Wang Junsheng
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．，Ltd，Beijing 102600，China)

Abstract:Taking Chang-Xi railway construction as the engineering background，the paper analyzes the bridge structure features．Combining with design features of the railway bridge mixed passenger and freight，it briefly introduces the bridge hydrology computation methods，and illustrates the design methods from aspects of bridge pattern selection，foundation design principles and structural durability design，which has provided some guidance for similar bridge design．

Key words:new railway，bridge design，design principle