客貨共線32 m簡支箱梁修訂設計的經濟性分析

楊鵬健

（中國國家鐵路集團有限公司建設管理部，北京 100844）

新中國成立以來，我國客貨共線鐵路橋梁大量采用分片式T 梁結構，T 梁外側設置人行道角鋼支架，橋上設置護輪軌。因簡支箱梁結構在中國高速鐵路橋梁的應用已較為成熟［1］，2014 年，原鐵道部經濟規(guī)劃研究院發(fā)布了時速160 km、時速200 km客貨共線簡支箱梁圖紙［2-3］，目前在滬通鐵路、青蓮鐵路上有所應用［4］。近年來，TB/T 3466—2016《鐵路列車荷載圖式》、TB 10002—2017《鐵路橋涵設計規(guī)范》、TB 10092—2017《鐵路橋涵混凝土結構設計規(guī)范》的頒布，對客貨共線箱梁的設計荷載和構造提出了新的要求，鐵路相關單位組織開展了客貨共線簡支箱梁通用參考圖的設計修訂工作，形成了2019版客貨共線箱梁通用參考圖［5］，對箱梁結構設計進行了優(yōu)化。箱梁與T 梁的經濟性問題一直是鐵路建設相關部門關注的重點問題［6］，本文介紹對新版客貨共線簡支箱梁修訂設計，并就其與既有客貨共線T 梁的經濟性開展對比分析，提出應用建議。

1 分析對象

1.1 簡支箱梁

以2019版客貨共線箱梁通用參考圖為分析對象，取時速160 km、時速200 km 客貨共線32 m 雙線整孔簡支箱梁開展分析［5］。以時速160 km 32 m 雙線整孔箱梁為例，其全長32.6 m，計算跨度31.5 m，梁高2.5 m，梁寬11.4 m，腹板傾斜度為1∶5，跨中腹板厚360 mm，梁端腹板厚900 mm，橋面布置見圖1。

圖1 時速160 km 32 m雙線整孔簡支箱梁截面（單位：mm）

1.2 簡支T梁

既有客貨共線簡支T 梁以可否設置聲屏障分為2種類型。本次對比分析主要考慮如下T 梁結構（均為目前適用的最新版T梁通用參考圖）。

1）無聲屏障 T 梁。時速 160 km 32 m 雙線 T 梁，圖號通橋（2017）2101，橋面布置見圖2；時速200 km 32 m雙線T梁，圖號通橋（2017）2201。

圖2 無聲屏障雙線簡支T梁橋面布置（單位：mm）

2）設置聲屏障 T 梁。時速 160 km 32 m 雙線 T 梁，圖號通橋（2012）2109，橋面布置見圖3；時速200 km 32 m 雙線 T 梁，圖號通橋（2012）2209。時速 200 km 32 m T梁梁高為2.7 m，時速160 km T梁梁高為2.5 m。

圖3 設置聲屏障雙線簡支T梁橋面布置（單位：mm）

2 新版簡支箱梁設計修訂

2.1 采用ZKH活載設計

2019 版通用圖按照新頒布的客貨共線鐵路ZKH荷載進行結構設計，32 m 梁跨中活載彎矩較原“中-活載”增加12.7%。針對這一情況，優(yōu)化了預應力體系，降低預應力筋重心高度，提高預應力作用效率，保證鋼絞線用量適當。

2.2 梁高

2014 版通用圖客貨共線32 m 簡支箱梁與相同時速的簡支T 梁梁高一致，時速200 km 時梁高2.7 m，時速160 km 時梁高2.5 m。本次修訂將時速200 km 32 m 簡支箱梁梁高定為2.6 m 以節(jié)省工程量，并有利于運梁通過隧道。為了體現不同線路等級的差別，時速160 km 32 m簡支箱梁梁高為2.5 m。

2.3 橋面布置

2014 版客貨共線箱梁通用圖中，為了保證雙線箱梁滿足運梁過隧的要求，通信信號電纜槽布置于橋面，而電力電纜槽布置于箱內。時速200 km箱梁橋面寬11.6 m，時速160 km箱梁橋面寬11.4 m，時速200 km直線雙線整孔箱梁橋面布置見圖4。

圖4 時速200 km直線雙線整孔箱梁橋面布置（單位：mm）

本次修訂為了保證雙線箱梁可以滿足運梁過隧的要求，橋面寬度與原設計保持一致，而電力電纜槽及通信信號電纜槽均采用橋面布置，節(jié)省了箱內電纜槽及支架的費用。

2.4 取消遮板

我國既有鐵路箱梁的欄桿和聲屏障均安裝在混凝土遮板上。遮板為混凝土預制構件，從橋位處吊裝至橋面，通過預留鋼筋和橋面豎墻A 現澆在一起。預制遮板技術為箱梁提供了整齊的外觀，拓寬了橋面建筑寬度，提供了聲屏障立柱安裝空間。建設經驗表明，橋面豎墻的現澆工作量大，遮板較笨重，不宜精確安裝，導致聲屏障立柱很難精確定位。此外遮板通過與豎墻連接傳遞荷載，結構受力效率低。

2019 版修正設計提出客貨共線簡支箱梁取代遮板的方案：在橋面翼緣設置混凝土邊墻，安裝欄桿和聲屏障。在不需要運梁過隧路段，邊墻在梁場澆筑。在需要運梁過隧路段，當欠填等措施無法滿足運梁過隧要求時，邊墻在橋位處現澆，通過橋面預留鋼筋連接。邊墻每隔8 m 設置斷縫。取消遮板橋面邊墻設計見圖5。

圖5 取消遮板橋面邊墻設計（單位：mm）

相比使用遮板設計，有聲屏障區(qū)段，1孔32 m簡支箱梁使用邊墻方案節(jié)省混凝土16.26 m3；欄桿區(qū)段，1孔32 m簡支箱梁使用邊墻方案節(jié)省混凝土12.29 m3。

3 箱梁與T梁經濟性分析

3.1 工程量對比

表1為客貨共線32 m雙線簡支箱梁與簡支T梁的梁部結構工程用量對比。可見：

1）簡支箱梁梁部沒有現澆工程量，簡支T 梁有現澆工程量，設置聲屏障的簡支T 梁現澆工程量比無聲屏障T梁高3～4倍。

2）考慮現澆工程量，無聲屏障簡支箱梁的梁部混凝土和鋼筋用量比無聲屏障T 梁高，預應力鋼絞線與鋼料用量比無聲屏障T梁低。

3）考慮現澆工程量，有聲屏障簡支箱梁的梁部混凝土、鋼筋、預應力鋼絞線、鋼料的用量均比有聲屏障T梁低。

3.2 工程造價對比

表2 給出時速200 km 32 m 雙線簡支箱梁與T 梁的工程造價對比。可見：

1）僅考慮梁部工程，無聲屏障簡支箱梁工程造價比無聲屏障簡支T 梁高8.5%～10.9%，有聲屏障簡支箱梁工程造價比有聲屏障簡支T梁低8.3%～10.1%。

2）考慮接觸網立柱成本差異和T 梁設置護軌、箱梁不設置護軌的情況下，全橋建造成本對比：無聲屏障簡支箱梁造價比無聲屏障簡支T 梁橋高0～2%，造價較為接近。有聲屏障簡支箱梁比有聲屏障簡支T梁橋低9%～11%。

表1 客貨共線32 m雙線簡支梁工程量對比

表2 時速200 km客貨共線32 m簡支梁工程造價對比 萬元/孔

3.3 全壽命周期經濟分析

對北京、上海、濟南鐵路局客貨共線鐵路運維費用情況進行了調研。運維費用主要包括人工費和材料費，其中成本核算時人員年工資統(tǒng)一為12 萬元，按折算工時計算各項目人工成本。運維材料單價以路局采購價或采購指導價格為準［7］。結果表明：

1）1 孔雙線32 m 簡支箱梁橋100 年壽命周期內的養(yǎng)護維修費用為19.6萬元。

2）1孔雙線32 m 鋼橫梁簡支T 梁（不設置聲屏障）100年壽命周期內的養(yǎng)護維修費用為59.9萬元。

3）T 梁橋單線每1 km 延展長度養(yǎng)護人員配備數量約為箱梁橋的10倍，客貨共線使用箱梁可以節(jié)省大量的人力資源。

表3為客貨共線32 m雙線簡支箱梁與簡支T梁全壽命周期成本對比。可見考慮工程建造成本、100 年運維成本，計入接觸網立柱及護軌設置的影響，客貨共線雙線箱梁全壽命周期總成本比T 梁低約27%，箱梁具有顯著的經濟優(yōu)勢。

表3 客貨共線32 m簡支梁全壽命周期對比 萬元

3.4 應用情況

1）滬通鐵路

滬通鐵路為設計時速200 km 客貨共線鐵路，全長137.3 km，正線雙線橋梁總長98.1 km，聲屏障梁占比42.21%，采用2014 版客貨共線箱梁通圖。2013 年綜合比選了箱梁方案和T 梁方案?？紤]了存制梁場、接觸網立柱、聲屏障、墩臺基礎等因素，對比結果表明：采用客貨共線箱梁，滬通鐵路工程總投資減少3 936萬元，其中橋梁減少9 406 萬元，電力及電力牽引供電減少1 966 萬元，大型臨時設施和過渡工程增加7 436萬元，鋪架工期減少4個月。

2）青連鐵路

青連鐵路青島北至洋河口段，為設計時速200 km客貨共線鐵路，雙線段落長度為25.534 km，其中橋梁長度為22.22 km，聲屏障梁占比28.7%，采用2014 版客貨共線箱梁550 孔。綜合比選箱梁方案和T 梁方案，并考慮基礎、橋墩、橋面系、接觸網立柱、梁場布置等因素，對比結果表明：采用箱梁，共計減少投資1 074萬元。其中橋梁減少2 598 萬元，接觸網工程減少176萬元，大型臨時設施工程增加1 700萬元。

4 結論

1）2019 版箱梁采用 ZKH 活載設計，對梁高、預應力體系、橋面布置、橋面附屬設施構造進行了優(yōu)化，提高了客貨共線鐵路2019版箱梁的經濟性。

2）無聲屏障簡支箱梁的工程材料用量總體較無聲屏障T 梁高，有聲屏障簡支箱梁的工程材料用量較有聲屏障T梁底。

3）考慮建設期間接觸網立柱和護軌的成本，無聲屏障簡支箱梁造價與無聲屏障簡支T 接近，有聲屏障簡支箱梁造價比有聲屏障簡支T梁橋低9%～11%。

4）考慮全壽命周期成本，客貨共線雙線箱梁總成本比T梁低約27%，箱梁具有顯著的經濟優(yōu)勢。

5）客貨共線鐵路建設項目，應積極采用箱梁通用參考圖。