王軍生

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京　102600)

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長西鐵路橋梁勘察與設計

王軍生

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600)

摘要:以長西鐵路建設為工程背景，分析了該工程中的橋梁結構特點，結合客貨共線鐵路設計特點，簡要介紹了橋涵的水文計算方法，并從橋梁類型的選擇、基礎設計原則及結構耐久性設計等方面，對該線橋梁設計方法作了闡述，為類似橋梁設計提供了思路。關鍵詞:新建鐵路，橋梁設計，設計原則

1　工程概況

長春(開安)至西巴彥花鐵路地處東北嚴寒地區(qū)，位于我國東北地區(qū)吉林省西部和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部。鐵路等級為國鐵Ⅰ級、單線鐵路，設計時速160 km，是一條以煤運為主，兼顧沿線地區(qū)其他貨運和客運的區(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)，丘陵狀臺地區(qū)，沖湖積低平原區(qū)，丘陵區(qū)5個單元。

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

2　橋涵勘察

2．1水文計算

特大、大、中橋水文勘測主要采用現(xiàn)場進行水文調(diào)查及形態(tài)測繪，收集水利部門歷年流量觀測系列資料和歷史洪峰調(diào)查分析結果，結合現(xiàn)場具體情況通過分析、比較確定。

本線跨越的大中河流有新開河、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。在勘測過程中重點對以上河流進行了洪水調(diào)查及資料收集工作。

勘測期間，首先到當?shù)厮?、水文部門了解適用于本線各河流的水文計算方法、水文情況、水利設施的現(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測系列、分析資料等，條件具備時進行形態(tài)法洪水調(diào)查驗證;其次落實對線位有影響的水庫的主要技術指標、修建年代及運營維護情況，確定水庫水文特征要素、不同頻率的下泄量。

本次研究小流域計算，吉林境內(nèi)選用吉林省經(jīng)驗公式法、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—流量關系曲線圖”直接查流量法進行綜合比較、分析，以確定小流域流量的計算辦法和采用的有關參數(shù)。

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

2．2橋涵布設原則

全線橋梁除跨越高速公路、鐵路采用大跨外，其余均采用標準跨度，以32 m及以下預應力混凝土簡支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設橋。新建段涵洞孔徑大小，結合地形、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型、原孔徑接長。本線位于我國東北嚴寒地區(qū)，沿線河流眾多，湖泡、洼地、水庫、渠道密布，水文地質(zhì)條件復雜。針對不同地區(qū)，制定了相應的橋涵布設原則。

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設橋。

本線涵洞類型優(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)與沿線水利部門所簽訂協(xié)議，沿線各段逢溝渠均設置了橋涵工程，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)地勢低洼，是天然的閉流區(qū)，當?shù)亟?jīng)過治理，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均設橋，并在相鄰排水主溝間，根據(jù)排澇流量，結合排灌溝渠布設一定數(shù)量的涵洞，保證線路兩側水位平衡，降低橋前積水深和縮短排澇歷時。相鄰路基段根據(jù)內(nèi)澇水位采用浸水路基，并設腳墻防護。

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)，在線路選線時盡量沿水泡邊緣地帶通過，為避免水流經(jīng)筑路攔截后集中，危及路基安全，橋涵布設時應采取分片宣泄洪水的原則，結合水流出路在地形低洼處設置橋涵。在突泉準太本鄉(xiāng)附近，線路受外部條件控制，從敖莫臺哈嘎水泡中部穿越，為避免水害，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結果，歷史最高水位加0．5 m安全值范圍內(nèi)均設橋跨越，以溝通兩側水流和平衡兩側積水水位，同時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)、突泉準太本鄉(xiāng)境內(nèi)穿越平原微丘區(qū)，此區(qū)域地勢起伏不大，呈波浪狀，洼地間相互不連通。橋涵布設時與湖泡沼澤區(qū)類似，根據(jù)水流分布及洼地積水情況，在地勢低洼處設置涵洞平衡路基兩側水位。

2．2．5滯洪區(qū)

霍林河是屬松花江流域嫩江水系的一級支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古

2．2．6水庫地區(qū)

長西鐵路沿線與鐵路有關的水庫有太平池水庫、共青團水庫、三教寺水庫、創(chuàng)業(yè)水庫、大青山水庫等大中型水庫。沿線大型及中型水庫校核頻率均不高于鐵路洪水設計頻率，且在近幾年均先后進行了除險加固，目前各水庫運營狀況良好，線路在水庫下游時均設橋通過，橋下設計流量按最大下泄流量加壩橋間匯入流量考慮。對于標準較低的小型水庫，橋下設計流量按潰壩時流量考慮;跨越創(chuàng)業(yè)水庫時，選取在靠近水庫上游最窄處設橋通過，以減小對水庫的影響。

2．2．7風沙區(qū)

位于風沙段的涵洞設置時適當增大孔徑?？紤]到磨蝕作用，涵洞宜選用蓋板涵。

3　橋涵設計

3．1防凍措施

本線屬嚴寒地區(qū)，最大季節(jié)凍土深度達2．0 m，涵洞基底有凍脹土層時，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)及八字墻基礎下的換填深度:對于凍脹土不小于凍結線下0．25 m，對于弱凍脹土不小于凍結深度，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倍進行換填，并在連接處設過渡漸變段。

本線橋梁上部結構及墩臺身采用環(huán)境等級不得低于碳化環(huán)境T2級;基礎部位采用環(huán)境等級不得低于碳化環(huán)境T1級，部分地段氯鹽環(huán)境作用等級為L1～L2，化學侵蝕環(huán)境作用等級為H1～H2。本線位于嚴寒地區(qū)，且地下水位相對較高，墩臺身及基礎凍融環(huán)境作用等級為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構環(huán)境等級按不低于碳化環(huán)境T2級設計;涵洞基礎部位采用環(huán)境等級不低于碳化環(huán)境T1級設計;位于氯鹽環(huán)境和化學侵蝕環(huán)境地段的涵洞，根據(jù)其環(huán)境作用等級選用相應強度等級的混凝土。

考慮到嚴寒地區(qū)防凍要求，標準跨徑的預應力混凝土簡支T梁采用符合“通橋(2007)8160”安裝要求的YZM鋼支座，預應力混凝土連續(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，出入口涵節(jié)采用整體式基礎，中間涵節(jié)無基礎，做0．15 m厚C15混凝土墊層。涵洞地基承載力不足時，當計算所需換填厚度不大于3 m，采用換填1∶2砂石;對于埋深較深，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、打入方樁等措施進行地基加固。對于橋梁工程，一般采用樁基礎，樁基穿過濕地及松軟土層，樁底置于相對穩(wěn)定的地層上。

線路部分段落存在鹽漬土等特殊巖土，環(huán)境作用等級為L1，H1。橋梁承臺、基礎、涵洞的基礎、翼墻等均按照TB 10005—2010鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范采用相應的混凝土等級。

3．3特殊橋涵設計

本線距洮南訓練場和黑水靶場軍事區(qū)較近，根據(jù)部隊相關部門要求，沿線需分散設有軍事通道，具體形式為框架橋與公跨鐵橋梁，以保證作訓部隊在鐵路兩側通行順暢，要求能夠通過坦克戰(zhàn)斗群。目前我國主戰(zhàn)坦克99A2型戰(zhàn)斗全重達58 t，坦克荷載參照履帶車—50級荷載分布形式，對結構進行受力檢算。通過加強結構配筋，并適當增加保護層或鋪裝層厚度，以保證結構安全性及耐久性，滿足部隊使用要求。

本線起點并行長白線接入開安站，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，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，需將平交道改造為立交道，采用上跨(公跨鐵)或下穿(頂進橋涵)形式。由于本線位于東北嚴寒地區(qū)，降雪較多，道路縱坡需按規(guī)范控制在4%以內(nèi);并在下挖頂進橋涵處設抽排水泵站，以避免雨季時涵內(nèi)積水，影響車輛正常通行。

本線在農(nóng)安、長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，從預留護涵內(nèi)穿越鐵路，以避免滴灌管道在路基段發(fā)生滲漏，進而影響到行車安全。

4　結語

長西鐵路位于我國東北嚴寒地區(qū)，沿線河流眾多，湖泡、洼地、水庫、渠道密布，水文地質(zhì)條件復雜。本文對長西鐵路的橋梁設計進行了全面總結，為以后類似地區(qū)的橋梁設計積累了豐富的經(jīng)驗。

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中圖分類號:U442

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0166-02

收稿日期:2016-04-08

作者簡介: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)牧場進入吉林省境內(nèi)。進入吉林省境內(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安全，所涉及河道范圍內(nèi)均采用32 m簡支梁橋跨越。

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