林榮利

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

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伊朗高速鐵路橋梁方案比選

林榮利

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

文章以新建伊朗高速鐵路項目為背景，對高烈度地震區(qū)常規(guī)簡支梁橋主要技術(shù)性能、經(jīng)濟性、耐久性、結(jié)構(gòu)受力性能指標、施工方法等進行分析和研究，其成果可為國外工程項目類似橋梁方案設(shè)計和施工提供參考。

伊朗高速鐵路； 高烈度地震區(qū)； 橋梁方案； 選擇

1 項目概況

規(guī)劃伊朗高速鐵路是自伊朗首都德黑蘭市既有德黑蘭站出發(fā)，經(jīng)庫姆(Jamkaran)至伊斯法罕，正線線路總長約406 km，分為兩段，其中德黑蘭至庫姆段線路起于既有德黑蘭站，終于庫伊段已建工程起點Ensheabi point，線路長約161 km， 庫姆至伊斯法罕段線路起于庫伊段已建工程起點Ensheabipoint，終于伊斯法罕車站，線路長度約為245 km。正線采用雙線，線間距4.8 m， 設(shè)計速度目標值為運營速度250 km/h，線下工程300 km/h。

2 確定橋梁方案的一般原則

高速鐵路線路有高平順性、高穩(wěn)定性和高可靠性的要求，因此高速鐵路較之普速鐵路橋梁，更需要上部結(jié)構(gòu)具有較大的抗彎和抗扭剛度，墩臺等下部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的縱、橫橋向剛度，并需要嚴格控制基礎(chǔ)沉降；橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)充分考慮橋址環(huán)境、地質(zhì)條件、線路線型、通航要求、橋梁的使用功能要求、施工條件等各種實際情況,還應(yīng)便于運營期的養(yǎng)護維修，控制建設(shè)、運營成本控制。本著安全、適用、經(jīng)濟、美觀的原則,結(jié)合各橋型特點,分析各備選方案的優(yōu)缺點,選擇出安全可靠、經(jīng)濟適用、與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一的橋型,作為工程建設(shè)最終的橋梁方案。

目前建成并開通高速鐵路的國家主要有中國、法國、德國、意大利、西班牙、日本、韓國等，各國高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)各有特點，型式呈現(xiàn)多樣化，主要有預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁、連續(xù)箱梁、小跨度混凝土剛架、多片式T梁、鋼混結(jié)合梁、鋼桁梁、拱橋、系桿拱橋、矮塔斜拉橋等多種結(jié)構(gòu)形式。

結(jié)合伊朗高速鐵路項目實際情況，該線橋梁全部采用簡支梁形式，因此本文主要針對不同形式的常用簡支梁及對應(yīng)的橋墩和基礎(chǔ)進行進行方案分析比較。

3 簡支梁梁部方案

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁

高速客運專線鐵路常用跨度簡支箱梁梁部有整孔箱梁及組合箱梁，箱梁的截面示意圖見圖1、圖2。

整孔箱梁具有較大的剛度和強大的抗扭性能，結(jié)構(gòu)簡單，受力明確、易保養(yǎng)和維護、架設(shè)安裝方便，橋下視覺效果好等優(yōu)點。橋梁的上、下部可平行施工，使工期大大縮短；無需在高空進行構(gòu)件制作，質(zhì)量可以控制，可集中預(yù)制，從而降低成本，保證梁體質(zhì)量。但整孔箱梁自重較大，地震力較大；預(yù)制梁需要大型制梁場，運梁、架梁設(shè)備要求高。

組合箱梁相比于整孔箱梁，運輸及架橋機相對要求較低，組合箱梁在梁場預(yù)制，梁的質(zhì)量能夠相對容易得到保證。但存在如下缺點：在投資上，在不考慮梁場費用的條件下組合箱梁的造價要高于整孔箱梁。組合箱梁一般在整孔箱梁受隧道影響無法運輸時采用，本線并無控制運輸架設(shè)的隧道，建議不采用組合箱梁。

3.2 鋼-混結(jié)合梁

鋼-混凝土組合梁(圖3)同鋼筋混凝土梁相比，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間，節(jié)省支模工序和模板，增加梁的延性。使用鋼-混結(jié)合梁，吊裝及運輸較方便。但采用鋼結(jié)構(gòu)，造價較高，而且運營期維護工作量大。

3.3 小跨度鋼筋混凝T梁

T梁截面見圖4。小跨度鋼筋混凝土T梁結(jié)構(gòu)高度低，可現(xiàn)場預(yù)制后吊裝，不需要專門的運架設(shè)備，造價低。T梁視覺效果差，養(yǎng)護和維修工作量大。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性。端部需現(xiàn)場張拉橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，橋面板需現(xiàn)澆施工，工期較長。各梁型方案對比見表1。

4 簡支梁橋墩方案

4.1 圓端型橋墩

客運專線橋墩從結(jié)構(gòu)上要求剛度大、整體性好，工程設(shè)計多采用雙線圓端形橋墩(圖5)，因為它可以提供較大的縱、橫向剛度，并且在經(jīng)常承受列車荷載時豎向剛度比單線橋增加一倍，具有外形美觀等優(yōu)點。適用于與預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁、鋼-混結(jié)合梁配合使用。

(a)截面

(b)立面圖1 整孔箱梁截面和立面

(a)截面

(b)立面圖2 組合箱梁截面和立面

4.2 雙柱式橋墩

雙柱式橋墩(圖6)較節(jié)省混凝土材料，抗震性能較好。

表1 梁型方案對比

(a)截面

(b)立面圖4 T梁梁部截面

圖5 圓端型橋墩立面及側(cè)面

但墩身模板較多，墩身鋼筋含量較高。適用于與鋼-混結(jié)合梁、小跨度鋼筋混凝土T梁配合使用。

5 方案比選

德黑蘭至庫姆(Jmakaran)段前30 km位于德黑蘭市區(qū)，既有鐵路、城市道路較多。中間機場方案采用橋梁方案通過，三處橋梁長度均在1 km以上。方案研究主要以此段為主，全線橋長7.9 km。

本文對以下五種常規(guī)使用的簡支梁做比選：24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支整孔箱梁、32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支整孔箱梁、24 m鋼-混結(jié)合梁、32 m鋼-混結(jié)合梁,16 m鋼筋混凝土簡支T梁。

根據(jù)各種不同類型的梁部及對應(yīng)的橋墩及基礎(chǔ)，通過程序?qū)蛄哼M行孔跨布置，并統(tǒng)計出每種方案對應(yīng)的工程數(shù)量，得出每種方案的綜合概算，進一步得到每延米的工程造價(表2)。

6 結(jié)論

根據(jù)梁部的施工方法、環(huán)保、經(jīng)濟性及養(yǎng)護維修等方面的比選，預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，具有較大的剛度和強大的抗扭性能，軌道平順性好，旅客乘座舒適性高，采用工廠預(yù)制，架橋機架設(shè)，梁體質(zhì)量能達到保證，施工工期短，并且運營期間易于保養(yǎng)和維護，經(jīng)濟性較好。因此，本次在德黑蘭市區(qū)及機場區(qū)域常用跨度梁部推薦采用32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，24 m梁用于配跨。在橋梁設(shè)置稀疏地帶，由于鋼筋混凝土組合T梁梁重輕，采用現(xiàn)場預(yù)制，對施工設(shè)備要求不高，經(jīng)濟性好，推薦采用小跨度鋼筋混凝土組合T梁與預(yù)應(yīng)力整孔箱梁配套采用圓端型實體(空心)橋墩。墩高20 m以內(nèi)實體墩與空心墩的數(shù)量及基礎(chǔ)比較，空心墩在混凝土數(shù)量上比實體墩略少，樁長略短，但空心墩墩身的鋼筋大約為實體墩的3倍，空心墩模板較多，施工困難，工程造價較高，因此推薦20 m以下的墩采用圓端型實體橋墩。墩高大于20 m后，空心墩自重輕，延性好，具有較好的抗震性能，經(jīng)濟性好，推薦采用圓端型空心橋墩。與鋼筋混凝土組合T梁配套采用雙柱式橋墩。

圖6 雙柱式橋墩立面及側(cè)面

梁型孔跨/m綜合單價/(萬元·m-1)整孔箱梁244.53整孔箱梁324.44鋼筋混凝土T梁164.41鋼-混結(jié)合梁246.69鋼-混結(jié)合梁32m6.97

2017年3月開始實施的工程建設(shè)標準(行業(yè)標準)

劇場建筑設(shè)計規(guī)范(JGJ57-2016)

城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評定標準(CJJ92-2016)

施工現(xiàn)場機械設(shè)備檢查技術(shù)規(guī)范(JGJ160-2016)

建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范(JGJ111-2016)

城鎮(zhèn)排水管渠與泵站運行、維護及安全技術(shù)規(guī)程(CJJ68-2016)

商店建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ392-2016)

城市公共廁所設(shè)計標準(CJJ14-2016)

林榮利(1980～)，男，本科，工程師，從事工程設(shè)計工作。

U238

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[定稿日期]2017-03-10