復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)研究

韋馳

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

0 引言

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)內(nèi)容多，要注重分析具體的地質(zhì)、環(huán)境、水文、工程目標(biāo)等影響因素，注重剖析設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，做好設(shè)計(jì)的優(yōu)化管理，保障設(shè)計(jì)方案良好。

設(shè)計(jì)時(shí)，需要建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位深入研究、分析，做好復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路工程減災(zāi)選線環(huán)節(jié)的管理、控制。在橋墩、橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)做好設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，保障橋墩、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以為橋梁上部結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的支撐平臺(tái)，確保高速鐵路長(zhǎng)期、穩(wěn)定地發(fā)揮作用，并依靠設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)施工作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的價(jià)值。

1 復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁的設(shè)計(jì)原則

1.1 安全性

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)的施工條件惡劣，在進(jìn)行高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)各種施工和后期運(yùn)行的影響因素進(jìn)行深入管理，注重做好橋梁設(shè)計(jì)控制，遵循設(shè)計(jì)原則，合理選擇橋墩的位置并控制橋墩間距，確保橋梁的上部結(jié)構(gòu)受力均勻。在山區(qū)高速鐵路的橋梁設(shè)計(jì)管理工作中，注重橋墩結(jié)構(gòu)類型的選擇、管理，做到可靠管控，注重在橋跨布置時(shí)，對(duì)坍塌、滑坡、傾覆等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效管控，注重解決高速鐵路橋梁的設(shè)計(jì)問題，確保在鐵路線路設(shè)計(jì)中，最大化地規(guī)避各種風(fēng)險(xiǎn)，具備可靠的施工能力。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)的施工難度大，需要應(yīng)用各種復(fù)雜的工藝和技術(shù)手段，因而應(yīng)做好設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。如果橋梁設(shè)計(jì)不完善，將導(dǎo)致具體的施工環(huán)節(jié)面臨很多問題，所以要做好設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容、改善設(shè)計(jì)問題。

同時(shí)，在設(shè)計(jì)工作中還應(yīng)做好經(jīng)濟(jì)性管理工作，實(shí)現(xiàn)施工組織控制、分析的職能。在連續(xù)剛構(gòu)方案的組織、分析中，應(yīng)具備更高的線路縱坡分析能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)制，注重改善不良設(shè)計(jì)、多余設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案成本過大等問題。

1.3 體現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)進(jìn)行特定高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)，必然要突出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依靠先進(jìn)技術(shù)手段，做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，保障技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)調(diào)節(jié)，改善設(shè)計(jì)問題。在施工組織管理上，保障組織安排和管理模式調(diào)節(jié)，保障技術(shù)應(yīng)用合理，可以有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)的客觀地勢(shì)、施工環(huán)境問題，使得設(shè)計(jì)方案合理，具備良好的后期施工應(yīng)用效果。在技術(shù)應(yīng)用中，保障施工組織模式改善。在橋梁管理上，可以發(fā)揮積極控制力，技術(shù)應(yīng)用可以解決各種問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工技術(shù)可以解決現(xiàn)場(chǎng)各種問題：一是采用合理的施工組織模式；二是依靠細(xì)化設(shè)計(jì)方案、技術(shù)應(yīng)用流程；三是穩(wěn)步實(shí)施橋梁設(shè)計(jì)工程造價(jià)管理工作，使得勘察設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)施工內(nèi)容起到良好的指導(dǎo)作用，保障設(shè)計(jì)意圖和施工目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。

1.4 滿足交通運(yùn)輸需求

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)環(huán)境下的交通施工問題多，需要做好交通運(yùn)輸管理，注重改善交通運(yùn)輸問題，保證現(xiàn)有交通運(yùn)輸能力不受影響，在設(shè)計(jì)階段，分析地區(qū)高速鐵路的交通需求，要滿足高峰期的運(yùn)輸要求，保障高速鐵路的設(shè)計(jì)時(shí)速和運(yùn)輸能力改善。而在設(shè)計(jì)中，考慮地區(qū)各種設(shè)計(jì)和施工因素限制，在交通運(yùn)輸設(shè)計(jì)上，也要兼顧經(jīng)濟(jì)成本和施工技術(shù)能力，協(xié)調(diào)滿足各種施工要求。同時(shí)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)中，為達(dá)到良好的交通運(yùn)輸能力，規(guī)劃設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)線，保障高速鐵路的通行能力。交通運(yùn)輸需求的滿足也要結(jié)合地區(qū)客觀施工技術(shù)條件，通過合理設(shè)計(jì)優(yōu)化，達(dá)到良好的交通運(yùn)力要求。

2 復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路工程減災(zāi)選線

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路工程建設(shè)面臨很多安全問題，在設(shè)計(jì)過程中，深入研究當(dāng)?shù)馗咚勹F路地質(zhì)、地形、水文環(huán)境因素，合理設(shè)計(jì)工程建設(shè)路線方案，在完成高速鐵路建設(shè)目標(biāo)的前提下，做好其他選線指標(biāo)的深入分析，如安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、社會(huì)接受認(rèn)可度、生態(tài)環(huán)境破壞度等因素的分析。選線過程中要對(duì)各種高速鐵路建設(shè)可能造成的影響進(jìn)行深入的剖解，在全壽命周期風(fēng)險(xiǎn)管理上，以有效減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、降低災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)成本為指導(dǎo)思想，以規(guī)避、防范鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期間可能發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害，降低、減小鐵路工程建設(shè)及營(yíng)運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)為根本目的，運(yùn)用先進(jìn)的理論、方法與技術(shù)，科學(xué)有效的選擇鐵路線位與工程方案。減災(zāi)選線要求充分收集有關(guān)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)，做好設(shè)計(jì)技術(shù)的調(diào)節(jié)，依靠各種評(píng)估和分析手段，對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)、減災(zāi)防災(zāi)效果全面評(píng)價(jià)，能在災(zāi)害識(shí)別和評(píng)估過程中，保障減災(zāi)選線合理，充分控制復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)各種方案的實(shí)施問題。

同時(shí)，還要運(yùn)用先進(jìn)的理論、方法與技術(shù)，科學(xué)選擇鐵路線位。在選線中，清晰獲知不同選線可能造成的災(zāi)害影響，通過依靠高速鐵路的有效選線管理，注重實(shí)現(xiàn)災(zāi)害問題的信息收集獲取，保障在信息數(shù)據(jù)的深入研究中，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害數(shù)據(jù)管控，全面解決選線技術(shù)問題，指導(dǎo)后期的設(shè)計(jì)和施工作業(yè)、運(yùn)行維護(hù)能針對(duì)特定災(zāi)害問題，做好必要的災(zāi)害防控，注重控制災(zāi)害數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的可靠發(fā)展。在高速鐵路的橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)具備更高的地質(zhì)災(zāi)害體模型管理能力，一是能實(shí)現(xiàn)數(shù)字虛擬環(huán)境模型調(diào)控，做好經(jīng)驗(yàn)管理研究分析。注重通過建立線路-結(jié)構(gòu)物-環(huán)境耦合約束關(guān)系。二是能從多種選線方案中，找尋以及確定最佳的高速鐵路線路方案。建立不同線路的指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)于項(xiàng)目指標(biāo)的建立要保障合理可靠，注重實(shí)現(xiàn)對(duì)各種指標(biāo)的定向分析，做好綜合評(píng)價(jià)和優(yōu)化控制。三是在防災(zāi)減災(zāi)工程總體設(shè)計(jì)管理上，要注重實(shí)現(xiàn)工程管控，保障運(yùn)行安全。各種災(zāi)害問題識(shí)別，積極通過設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工規(guī)避等有效手段，將特定的災(zāi)害問題管理控制。四是要能做好鐵路建設(shè)運(yùn)維管理，保障運(yùn)營(yíng)安全，注重實(shí)現(xiàn)大跨橋梁的管理分析，在減災(zāi)防災(zāi)中，做好設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)。

此外，應(yīng)充分、合理利用各種地勘資料，確保地勘資料信息的準(zhǔn)確、細(xì)化，以無人機(jī)三維攝影、航空物探、三維激光掃描等非接觸式勘察技術(shù)，結(jié)合輕型渦輪鉆機(jī)、平硐勘探等勘察手段，建立“空、天、地”三位一體的勘察體系。從不同視角獲取地勘信息，注重實(shí)現(xiàn)地勘管理，同時(shí)也能以特定的方式，獲得難以獲取的地勘信息，使得地勘信息得以有效補(bǔ)充，地質(zhì)構(gòu)造合理，可以全面控制災(zāi)害問題。在活動(dòng)管理上，注重預(yù)測(cè)災(zāi)害問題，分析力學(xué)特征，評(píng)估工程風(fēng)險(xiǎn)，做好選線全面分析。

選線過程中，要對(duì)關(guān)鍵的問題深入研究，因?yàn)楦鞣N關(guān)鍵技術(shù)、地形、氣候問題，不僅可能導(dǎo)致較大的災(zāi)害問題，同時(shí)也可能使得高速鐵路橋梁在后期的建設(shè)中，可能存在較大的成本問題、技術(shù)問題，不僅影響高速鐵路橋梁建設(shè)質(zhì)量和安全，同時(shí)也使得災(zāi)害發(fā)生頻率增加，不利于長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)可靠的防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)。要在選線中，對(duì)于關(guān)鍵影響因素分析，對(duì)應(yīng)建立特定影響因素的定向分析以及系統(tǒng)分析機(jī)制，評(píng)估可能出現(xiàn)的問題，保障橋梁建設(shè)合理。積極探索各種選線分析手段。在技術(shù)應(yīng)用和優(yōu)化方法的選擇控制中，要做好鐵路定線管控，一是要保障選線可以最大化滿足減災(zāi)要求。要以不同的分析視角，保障各種問題得以有效解決，讓工程建設(shè)更加合理。二是隨著勘察設(shè)計(jì)信息化手段和人員技術(shù)能力的提升，依靠數(shù)字模型模擬定向分析效果來提高選線質(zhì)量。

3 復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁的橋墩設(shè)計(jì)

跨度橋梁普遍采用矩形或圓端形橋墩，在橋墩設(shè)計(jì)中，不僅要滿足荷載和使用要求，還要兼顧施工技術(shù)和美觀度，保障設(shè)計(jì)方案具備良好的可行性、可靠性。

在進(jìn)行橋墩設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做好樁基布設(shè)分析及橋墩管理，注重改善墩高，可以采用直坡的實(shí)體橋墩，也可以使用連續(xù)梁空心橋墩。對(duì)于大跨度的高速鐵路橋梁來說，使用連續(xù)剛構(gòu)的空心橋墩較為普遍。橋墩設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮其承載力，做好穩(wěn)定性分析。對(duì)于橋墩結(jié)構(gòu)來說，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免存在高墩、超高墩結(jié)構(gòu)，應(yīng)確保橋墩結(jié)構(gòu)能形成聯(lián)合效應(yīng)，以提高結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性[1]。同時(shí)，還應(yīng)兼顧施工成本控制，在模板工程、鋼筋工程、混凝土澆筑施工過程中，充分依靠可靠的設(shè)計(jì)方案，明確施工流程、步驟，做好施工管理，改善施工問題。

在橋墩的設(shè)計(jì)和管理方面，應(yīng)提高設(shè)計(jì)方案在細(xì)節(jié)上的指導(dǎo)能力，保障施工作業(yè)順利開展。橋墩可能會(huì)因?yàn)閭?cè)向剛度不足或日照不均，而出現(xiàn)墩身側(cè)彎，給梁體帶來的側(cè)向聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。

因此，應(yīng)將最低橋墩設(shè)置為制動(dòng)墩，以此加強(qiáng)低墩對(duì)梁體側(cè)向移動(dòng)的控制。橋墩設(shè)計(jì)還要注重整體布局的美觀性，滿足視覺要求。

此外，在橋墩設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)做好減、隔震設(shè)計(jì)，通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，有效應(yīng)對(duì)地震的作用力；增加阻尼器，將大量的地震作用能量通過阻尼器散除；在橋墩設(shè)置限位結(jié)構(gòu)，保障橋墩支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以通過設(shè)置橡膠阻尼支座、黏滯阻尼器等，提高橋墩的抗震性能[2]。

做好邊坡區(qū)域的安全防護(hù)設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，可有效避免因邊坡坍塌、降水沖刷等造成的橋墩結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。橋墩設(shè)計(jì)中，應(yīng)同步做好靠山側(cè)的硬化處理，可通過噴射混凝土、噴錨支護(hù)作業(yè)方式，保障橋墩設(shè)計(jì)的合理性，以達(dá)到穩(wěn)定邊坡的效果。同時(shí)還應(yīng)在邊坡位置設(shè)置預(yù)加固樁體結(jié)構(gòu)，提升邊坡的側(cè)向抗力，配合各種擋土墻結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)邊坡結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)阻滯，使得橋墩結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、安全。

對(duì)于具有通航需求的橋梁，要考慮控制其橋墩的間距，合理通過優(yōu)化橋墩結(jié)構(gòu)、橫截面參數(shù)等，做好橋墩的設(shè)計(jì)分析，應(yīng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用各種防撞結(jié)構(gòu)、夜間警示結(jié)構(gòu)等橋墩的保護(hù)結(jié)構(gòu)，保障橋梁的通航能力。

山區(qū)高速鐵路橋梁的橋墩結(jié)構(gòu)在特殊地段建設(shè)高墩大跨橋梁時(shí)，設(shè)計(jì)過程應(yīng)重點(diǎn)考慮風(fēng)帶來的影響，做好防風(fēng)設(shè)計(jì)。通過有效的維護(hù)手段、管理技術(shù)，做好防風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以依靠加固、設(shè)置分段導(dǎo)流板抑制渦激振動(dòng)等有效手段，提高橋墩結(jié)構(gòu)的防風(fēng)能力。在高速鐵路橋梁的運(yùn)行過程中，也要考慮風(fēng)力的長(zhǎng)期作用，通過建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，明確監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，長(zhǎng)期收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析可能出現(xiàn)的風(fēng)力造成的安全隱患，及時(shí)做好災(zāi)害應(yīng)對(duì)，控制并保障運(yùn)營(yíng)安全。

4 復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

常用跨度橋梁一般采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或φ1.0m、φ1.25m、φ1.50m 等鉆（挖)孔灌注樁基礎(chǔ)。大跨度橋梁根據(jù)需要采用φ1.8m、φ2.0m、φ2.5m、φ3.0m等鉆（挖)孔灌注樁基礎(chǔ)。當(dāng)基坑開挖深度≤5.0m，地基持力層有條件時(shí)可采用明挖基礎(chǔ)，陡坡地段一般采用樁基礎(chǔ)，以減少基坑開挖深度[3]。橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)十分重要，為提升設(shè)計(jì)效果，改善橋梁施工和運(yùn)行中的問題，保障高速鐵路應(yīng)用管控，注重做好樁基礎(chǔ)分析。在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)開挖管控，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，注重在樁基礎(chǔ)的管理上，保障樁體符合地區(qū)地質(zhì)條件施工要求和荷載作用承受力。在樁基礎(chǔ)的計(jì)算管理上，保證樁底標(biāo)高在穩(wěn)定的持力層，具備良好的施工質(zhì)量控制力。在設(shè)計(jì)方案方面的細(xì)節(jié)管理上，應(yīng)能同步做好橋梁基礎(chǔ)施工流程和細(xì)節(jié)層面上的管控優(yōu)化，做好可靠橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析，注重改善埋置深度問題，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)效果提升。在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，保障高速鐵路橋梁運(yùn)行能力改善，相關(guān)基坑開挖能力調(diào)和，實(shí)現(xiàn)樁基礎(chǔ)管理，具備更高橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)樁基礎(chǔ)的可靠設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)。對(duì)高樁承臺(tái)、自由樁長(zhǎng)等參數(shù)深入優(yōu)化，保障在高度鐵路的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)上，可以達(dá)到較高的參數(shù)優(yōu)化控制效果，提升基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力，同步做好基礎(chǔ)防護(hù)，有關(guān)的施工防護(hù)措施、后期維護(hù)結(jié)構(gòu)都要同步做好設(shè)計(jì)優(yōu)化。

5 結(jié)語

復(fù)雜、艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路橋梁施工作業(yè)難度大，對(duì)施工技術(shù)的要求高，需要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，控制施工問題，解決施工隱患，突出展現(xiàn)安全管理、成本控制、技術(shù)合理應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)橋梁橋墩、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的深度設(shè)計(jì)優(yōu)化改善，提高設(shè)計(jì)效果，解決設(shè)計(jì)問題。