既有鐵路開行市域列車橋梁剛度適應(yīng)性研究

徐培淞

摘要 文章基于近年來國家推動市域鐵路建設(shè)及推廣既有鐵路改造利用的背景，首先對國內(nèi)利用既有鐵路開行市域列車的發(fā)展做了簡要介紹，對市域鐵路橋梁的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了梳理和概括，并基于長三角地區(qū)某既有鐵路開行市域列車方案，對橋梁結(jié)構(gòu)適應(yīng)性分析的關(guān)鍵性內(nèi)容和方法進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示既有鐵路橋梁在剛度特性上滿足相關(guān)要求，并對進(jìn)一步需要研究的課題進(jìn)行了展望，為類似項(xiàng)目提供了有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 既有鐵路;鐵路改造;市域鐵路;市域列車;橋梁剛度

中圖分類號 U292 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0187-03

0 引言

2017年6月，國家發(fā)改委等5部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)市域（郊）鐵路發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改基礎(chǔ)〔2017〕1173號），鼓勵各地有序推進(jìn)市域（郊）鐵路發(fā)展，優(yōu)先利用既有鐵路挖潛擴(kuò)能改造，擴(kuò)大交通有效供給。2021年12月，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，提出積極利用干線鐵路、城際鐵路提供通勤服務(wù)，充分利用既有鐵路富余運(yùn)力開行市域（郊）列車。與此同時，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司也明確，將積極推進(jìn)城市群都市圈城際鐵路和市域（郊）鐵路發(fā)展，支持按照市場化方式，利用既有鐵路富余能力，通過適當(dāng)改造開行城際和市域（郊）列車，支持地方政府按照規(guī)劃推進(jìn)城際和市域（郊）鐵路建設(shè)。

以上種種政策表明，利用既有鐵路開行市域列車作為一種投資省、見效快的建設(shè)模式已日益受到廣泛關(guān)注，但因市域鐵路和國鐵鐵路在運(yùn)營方式和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上存在一定差異，與此伴隨而來的既有鐵路開行市域鐵路的關(guān)鍵技術(shù)性討論也亟須開展[1-2]。該文以長三角地區(qū)某既有鐵路為研究對象，針對既有鐵路橋梁開行市域鐵路列車的適應(yīng)性進(jìn)行了研究，為工程項(xiàng)目整體的可行性方案提供了基礎(chǔ)性及關(guān)鍵性的技術(shù)論證與支持。

1 市域鐵路國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)較早從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上提出市域軌道交通標(biāo)準(zhǔn)的是原建設(shè)部發(fā)布的《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJT 114—2007），該標(biāo)準(zhǔn)對城市軌道交通細(xì)分為地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、磁浮、自動導(dǎo)向軌道和市域快速軌道系統(tǒng)，其中提到市域快速軌道系統(tǒng)是一種大運(yùn)量的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，客運(yùn)量可達(dá)20～45萬人次/日，適用于城市區(qū)域內(nèi)重大經(jīng)濟(jì)區(qū)之間長距離的客運(yùn)交通，最高運(yùn)行速度達(dá)120～160 km/h，在此標(biāo)準(zhǔn)下國內(nèi)建設(shè)了若干城市軌道交通快速軌道系統(tǒng)項(xiàng)目，如2019年9月開通的北京地鐵大興機(jī)場線，最高運(yùn)行速度達(dá)160 km/h，線路采用完全新建模式建設(shè)。

近年來，隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的大規(guī)?？焖偻七M(jìn)，以往鐵路運(yùn)能長期緊張的狀況得到基本緩解[3]。為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，國內(nèi)開始逐步推進(jìn)利用鐵路線路富余能力開行市域列車的研究與實(shí)踐，陸續(xù)建成若干利用既有鐵路開行市域鐵路列車的線路，其中具有代表性的是2012年9月底開通運(yùn)營的上海金山鐵路，其在原滬昆鐵路金山支線的基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改造后開行CRH6型市域動車組，最高運(yùn)營速度達(dá)160 km/h，該線路是長三角地區(qū)第一條快速市域鐵路，為利用既有國鐵線路開行市域鐵路列車提供了有益的探索。

進(jìn)入新時期以來，隨著國家對多層次軌道交通布局的深化，利用既有鐵路開行市域鐵路被提到了更高的層次。2021年6月國家發(fā)改委發(fā)布的《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》更是明確指出，要優(yōu)先利用既有資源，全面放開改造既有鐵路開行市域（郊）列車的項(xiàng)目實(shí)施條件，提供便民惠民利民的便捷運(yùn)輸服務(wù)，市域鐵路的建設(shè)迎來了大發(fā)展時期。

2021年12月底，國家鐵路局發(fā)布《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020），規(guī)范明確了市域（郊）鐵路的功能定位、設(shè)計(jì)年度、設(shè)計(jì)荷載等技術(shù)要求，為完善鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系，擴(kuò)大公共交通服務(wù)供給，促進(jìn)“四網(wǎng)融合”，有序推進(jìn)市域（郊）鐵路建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[4]。

2 市域鐵路橋梁技術(shù)條件

《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）對市域鐵路橋梁的設(shè)計(jì)荷載、結(jié)構(gòu)變形及剛度限值等提出了具體要求。

2.1 設(shè)計(jì)荷載

市域鐵路列車荷載采用ZS荷載，荷載圖示見圖1所示。

2.2 變形及剛度限值指標(biāo)

設(shè)計(jì)速度160 km/h市域鐵路標(biāo)準(zhǔn)32 m簡支梁跨結(jié)構(gòu)主要變形及剛度控制項(xiàng)目及限值見表1。

橋梁車橋耦合動力響應(yīng)指標(biāo)見表2。

3 既有鐵路橋梁概況

3.1 既有鐵路概況

既有鐵路位于我國長三角地區(qū)，于2005年底開通運(yùn)營，現(xiàn)狀為雙線非電氣化鐵路。根據(jù)規(guī)劃，擬研究對該鐵路進(jìn)行電氣化改造并開行運(yùn)營速度160 km/h市域列車動車組，以服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。

既有鐵路原主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）鐵路等級：國鐵Ⅰ級。

（2）正線數(shù)目：雙線。

（3）線間距：4.2 m。

（4）軌道類型：有砟軌道，全線鋪設(shè)無縫鋼軌。

（5）旅客列車設(shè)計(jì)速度：140 km/h，線路預(yù)留時速160 km提速條件。

（6）橋梁設(shè)計(jì)活載：中-活載。

（7）設(shè)計(jì)洪水頻率：橋梁按1/100，涵洞按1/50。

（8）跨線建筑物橋下凈高：按“SJX-JD”為7.96 m，并預(yù)留0.1～0.2 m沉降量。

3.2 既有橋梁概況

既有鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨梁型為普通高度及低高度簡支T梁，跨越大型障礙物采用連續(xù)梁、下承式鋼桁梁、連續(xù)框構(gòu)、框構(gòu)等橋型，該文重點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)跨簡支梁的剛度特性進(jìn)行研究。

3.2.1 上部結(jié)構(gòu)形式

標(biāo)準(zhǔn)跨上部結(jié)構(gòu)梁型采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支T梁，按原鐵道部部頒通用圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載采用“中-活載”，梁型參數(shù)見表3。

3.2.2 下部結(jié)構(gòu)形式

既有鐵路雙線簡支T梁橋墩采用鋼筋混凝土圓端形板式橋墩，墩身橫截面尺寸見表4。

3.2.3 基礎(chǔ)形式

橋墩基礎(chǔ)均采用承臺樁基礎(chǔ)形式，除距離既有建筑物較近時采用鉆孔樁以外，其他均采用φ60 cm PHC管樁。當(dāng)采用鉆孔樁時，對于跨度<24 m的墩臺，采用φ80 cm鉆孔樁，對于跨度≥24 m的墩臺，采用φ100 cm鉆孔樁，必要時采用φ125 cm、φ150 cm鉆孔樁;采用管樁時，當(dāng)橋墩墩身高度≥5.5 m時采用斜樁，斜樁斜率7∶1。

4 既有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)剛度檢算

4.1 簡支T梁剛度條件檢算

根據(jù)既有鐵路簡支T梁原設(shè)計(jì)圖紙，對梁體豎向撓度、橫向變形、梁端豎向轉(zhuǎn)角等進(jìn)行建模檢算，并與原設(shè)計(jì)所采用的《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1—99）（以下表中簡稱99《橋規(guī)》）及現(xiàn)行《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）（以下表中簡稱《市域鐵規(guī)》）相應(yīng)規(guī)定的限值進(jìn)行比較，檢算結(jié)果見表5（注：99《橋規(guī)》中無梁體橫向變形及梁端豎向轉(zhuǎn)角限值規(guī)定，表中相應(yīng)指標(biāo)僅列《市域鐵規(guī)》之規(guī)定）。

檢算結(jié)果表明，梁體豎向撓度、梁體橫向變形、梁端豎向轉(zhuǎn)角等指標(biāo)檢算結(jié)果均滿足《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）相關(guān)限值要求，梁體結(jié)構(gòu)滿足開行市域列車的剛度條件。

4.2 簡支梁橋墩臺剛度條件檢算

該文按既有鐵路某一代表性特大橋原設(shè)計(jì)橋梁總圖、墩臺尺寸、地質(zhì)情況等設(shè)計(jì)參數(shù)，對簡支梁墩頂縱向線剛度、順橋向水平位移、梁端橫橋向水平折角等指標(biāo)進(jìn)行逐墩檢算，控制性橋墩剛度計(jì)算結(jié)果見表6。

《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）要求，24 m及32 m跨度雙線簡支梁墩頂縱向水平線剛度限值分別不小于180 kN/cm及190 kN/cm，水平位移不大于5，水平折角不大于1.0‰rad，表6中檢算結(jié)果表明，既有鐵路簡支梁控制性橋墩剛度均符合規(guī)范上述要求，滿足開行市域列車的橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度條件。

5 其他需研究的課題

根據(jù)《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）

要求，市域鐵路橋梁結(jié)構(gòu)除需滿足剛度條件外，還需滿足列車運(yùn)行安全性和乘客舒適度的要求，即橋梁車—橋耦合動力響應(yīng)指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定數(shù)值的要求，為探究既有鐵路橋梁的該項(xiàng)指標(biāo)性能，應(yīng)進(jìn)一步對橋梁的車-橋耦合性能進(jìn)行研究，建立車輛空間振動分析模型、橋梁空間振動分析模型，進(jìn)行車-橋系統(tǒng)空間耦合振動仿真分析計(jì)算，以更為充分地論證既有鐵路橋型開行市域列車的適應(yīng)性。

根據(jù)《鐵路橋梁檢定評估管理辦法》（鐵總運(yùn)〔2015〕70號），當(dāng)為鐵路橋梁進(jìn)行運(yùn)用條件的確定及為技術(shù)改造提供依據(jù)時，應(yīng)根據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函〔2004〕120號）相關(guān)要求，對既有橋梁進(jìn)行鑒定評估。因此應(yīng)結(jié)合工程進(jìn)展情況，進(jìn)一步會同鐵路運(yùn)營等相關(guān)單位，共同研究布置既有線橋梁的現(xiàn)場檢定工作，為更加全面地對既有橋梁的狀態(tài)評估、更加充分地論證既有鐵路橋型開行市域列車的適應(yīng)性提供基礎(chǔ)性的技術(shù)依據(jù)。

6 結(jié)語

隨著我國市域鐵路建設(shè)的快速推進(jìn)，利用既有鐵路開行市域列車越發(fā)成為一種快捷和經(jīng)濟(jì)的方案，相關(guān)研究也逐漸成為熱門課題。該文從長三角地區(qū)某既有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)剛度適應(yīng)性研究出發(fā)，根據(jù)最新的規(guī)范要求，對既有鐵路橋梁的相關(guān)剛度指標(biāo)進(jìn)行研究，論證了該工程利用既有鐵路開行市域列車對于橋梁結(jié)構(gòu)來說是具備一定技術(shù)可行性的，同時對更為深入的研究課題進(jìn)行了展望，為國內(nèi)類似工程的研究提供了一定的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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