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        山區(qū)高速鐵路橋梁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

        2021-03-09 08:13:08高金秋
        鐵道勘察 2021年1期
        關(guān)鍵詞:橋梁結(jié)構(gòu)工程

        高金秋

        (中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

        2020年是實(shí)施“十三五”規(guī)劃的收官之年,年底一大批高速鐵路、普速鐵路集中開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。截止2020年12月底,全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總里程達(dá)14.6萬(wàn)公里,其中,高鐵通車(chē)?yán)锍?.8萬(wàn)公里,我國(guó)已建成世界上規(guī)模最大的現(xiàn)代化高速鐵路網(wǎng),高速鐵路、高寒鐵路、高原鐵路、重載鐵路技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

        如上所述,我國(guó)將迎來(lái)大規(guī)模高速鐵路建設(shè)。我國(guó)中西部多為山區(qū),在這種地形條件下建設(shè)高速鐵路,從勘察、設(shè)計(jì)、施工等方面會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)[1-3]。

        以下對(duì)某山區(qū)高速鐵路可行性研究階段橋梁設(shè)計(jì)和綜合估算進(jìn)行分析,得出山區(qū)高速鐵路橋梁每米經(jīng)濟(jì)指標(biāo),并分析橋梁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響因素。為在山區(qū)高速鐵路勘察設(shè)計(jì)選線(xiàn),線(xiàn)路縱斷面設(shè)計(jì)和可行方案決策提供參考。

        1 我國(guó)高速鐵路橋梁簡(jiǎn)述

        高速鐵路運(yùn)營(yíng)密度大、運(yùn)行速度高、對(duì)舒適度要求高,故高速鐵路線(xiàn)路應(yīng)具有平順性高、穩(wěn)定性高、精度高、殘變小和維修少等特點(diǎn)。

        橋梁結(jié)構(gòu)在豎向剛度、工后沉降控制、土地占用和維修養(yǎng)護(hù)方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般優(yōu)于路基工程,在高速鐵路建設(shè)中,橋梁結(jié)構(gòu)一般占比較大。

        為了解決高速鐵路建設(shè)過(guò)程中橋梁工程多、工期緊張等問(wèn)題,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁方案進(jìn)行了深入研究,經(jīng)過(guò)對(duì)不同跨度、不同截面類(lèi)型的梁體綜合比較,確定我國(guó)高速鐵路橋梁常用跨度以32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為主,同時(shí)配以24 m作為調(diào)跨的橋梁布置原則。高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和橋梁施工工業(yè)化不僅易于對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制,而且加快了施工速度,為順利完成我國(guó)鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃中所確定的發(fā)展目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)[4-5]。

        我國(guó)幅員遼闊,各個(gè)地區(qū)地形和地質(zhì)條件相差較大。為了與不同地區(qū)的自然環(huán)境相適應(yīng),廣泛采用特殊結(jié)構(gòu)橋梁(見(jiàn)表1)[6-9]。跨越深谷時(shí)常采用拱橋;跨越高速公路或者既有鐵路時(shí),多采用48~100 m的中等跨度連續(xù)箱梁;跨越大江大河時(shí),除滿(mǎn)足河流通航要求外,還要考慮橋梁形式與環(huán)境的協(xié)調(diào)性,常采用大跨度的系桿拱橋、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋、懸索橋及組合結(jié)構(gòu)橋梁(如圖1~圖3)[10-15]。

        表1 高速鐵路橋梁特殊結(jié)構(gòu)

        圖1 京張高鐵官?gòu)d水庫(kù)特大橋

        圖2 鄭焦城際鐵路鄭州黃河大橋

        圖3 南廣鐵路西江特大橋

        2 工程實(shí)例分析

        2.1 項(xiàng)目概況

        某擬建高速鐵路位于我國(guó)西南山區(qū),目前,該項(xiàng)目處于可行性研究階段,對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)后,明確了擬修建高鐵地區(qū)沿線(xiàn)河流水系特征及地形地貌、水文、氣象、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃等自然條件。該線(xiàn)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

        正線(xiàn)數(shù)目:雙線(xiàn);

        設(shè)計(jì)速度:350 km/h;

        線(xiàn)間距:5 m;

        最小曲線(xiàn)半徑:7 000 m(困難5 500 m);

        最大坡度:20‰(困難30‰);

        牽引種類(lèi):電力;

        列車(chē)類(lèi)型:動(dòng)車(chē)組;

        到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)度:650 m。

        高速鐵路所處地區(qū)地形地貌為平原、丘陵、嶺谷區(qū)。測(cè)區(qū)出露中生界白堊系、侏羅系地層,川東平行嶺谷區(qū)各背斜核部出露有少量的三疊系地層,其中侏羅系約占全線(xiàn)總長(zhǎng)度的90%左右,主要巖性為“川東紅層”泥巖、砂巖;第四系堆積物分布較廣,以河谷階地、緩丘槽谷等低洼地帶較為集中且厚度較大。巖土體主要力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

        表2 巖土主要力學(xué)參數(shù)

        橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g,地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

        沿線(xiàn)水系均屬長(zhǎng)江水系,水系發(fā)育,河流、水庫(kù)眾多。沿線(xiàn)主要河流為長(zhǎng)江一級(jí)支流沱江、嘉陵江、小江。嘉陵江一級(jí)支流涪江、渠江、曲水河、西河、瀠溪河、清溪河,涪江支流芝溪河,渠江支流東柳河、流江河、銅缽河、明月江;小江支流南河、普里河。其中嘉陵江、渠江為規(guī)劃Ⅲ級(jí)航道;涪江為規(guī)劃Ⅳ級(jí)航道;沱江為規(guī)劃Ⅴ級(jí)航道;流江河、銅缽河、明月江為規(guī)劃Ⅶ級(jí)航道,部分河段通航。

        2.2 新建橋梁主要設(shè)計(jì)原則

        正線(xiàn)采用常用跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁和常用跨度連續(xù)梁,優(yōu)先布設(shè)32 m跨整孔簡(jiǎn)支箱梁,24 m梁作為配跨使用,同一座橋盡量采用等跨布置;當(dāng)跨越通航河流、高等級(jí)公路、鐵路、或遇有深水基礎(chǔ)、高墩深谷,采用常用跨度梁跨越無(wú)法通過(guò)或不經(jīng)濟(jì)時(shí),視情況選用大跨度連續(xù)梁、剛構(gòu)、拱橋、斜拉橋或節(jié)段拼裝大跨度簡(jiǎn)支梁等特殊橋梁結(jié)構(gòu)(見(jiàn)表3)。

        表3 新建橋梁通用圖示意

        正線(xiàn)橋墩高≤30 m時(shí),宜采用雙線(xiàn)圓端型實(shí)體橋墩;當(dāng)橋墩高>30 m時(shí),優(yōu)先采用空心墩。力求同一座橋梁墩形式簡(jiǎn)化統(tǒng)一,以方便施工[16]。正線(xiàn)填方段采用雙線(xiàn)空心橋臺(tái),若受地形影響,也可以采用挖方橋臺(tái)。

        基礎(chǔ)類(lèi)型應(yīng)根據(jù)水文、地質(zhì)、地形、沉降控制要求及施工條件等合理選用。墩臺(tái)基礎(chǔ)以鉆孔樁基礎(chǔ)為主,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好,地下水不發(fā)育且基礎(chǔ)埋深≤6 m時(shí),可采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。鉆孔樁樁徑一般情況選用1.0 m、1.25 m,特殊情況可采用較大直徑鉆孔樁。

        橋梁下部主要采用混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),梁部結(jié)構(gòu)多采用預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。梁部混凝土強(qiáng)度不得低于C50,墩臺(tái)不得低于C35,承臺(tái)一般采用C30,樁身一般采用C30。

        橋梁一般采用HPB300和HRB400鋼筋,并滿(mǎn)足TB10092—2017《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求。

        2.3 橋梁綜合估算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察設(shè)計(jì),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并深入研究后,最終確定一個(gè)推薦方案和多個(gè)比較方案。

        結(jié)合勘察設(shè)計(jì)后所確定的所有線(xiàn)路方案,線(xiàn)路、站場(chǎng)、軌道、路基、隧道、橋梁、通號(hào)、接觸網(wǎng)、工經(jīng)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展具體工點(diǎn)設(shè)計(jì),然后根據(jù)每個(gè)方案的控制點(diǎn)工程的個(gè)數(shù)、工程實(shí)施的難易程度、對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的影響程度和工程投資進(jìn)行比較,進(jìn)一步明確各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

        本項(xiàng)目有A方案和B方案,其中A方案線(xiàn)路長(zhǎng)42.3 km,B方案線(xiàn)路長(zhǎng)42.6 km。兩個(gè)方案橋梁工點(diǎn)的信息見(jiàn)表4。每個(gè)方案特大橋、大橋和中橋的綜合估算見(jiàn)表4~表7。

        表4 A方案與B方案橋梁工點(diǎn)信息

        續(xù)表1

        續(xù)表6

        表7 中橋綜合估算

        續(xù)表7

        由表4~表5可知,A方案和B方案特大橋綜合估算指標(biāo)分別為72 015元/m、117 218元/m; A方案和B方案特大橋的平均墩高分別為19.6 m、18.7 m,平均墩高相差不大,但是特大橋指標(biāo)相差45 203元/m。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,認(rèn)為有如下幾方面原因。

        表5 特大橋綜合估算

        (1)上部工程特殊結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度占比不同。A方案和B方案上部工程特殊結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度分別為544 m、1 824 m,特殊結(jié)構(gòu)占比分別為6.9%、23.6%,故B方案上部工程綜合估算指標(biāo)較A方案多20 143元/m。

        (2)上部工程是下部工程量的直接影響因素,大跨度梁多,下部工程的鋼筋混凝土數(shù)量必然增大,B方案下部工程綜合估算指標(biāo)較A方案多14 527元/m。

        (3)大跨度梁多因跨江、跨河及跨等級(jí)道路而設(shè),大跨度梁的增多,會(huì)導(dǎo)致附屬工程中河床河堤整治、既有道路路基防護(hù)、邊坡加固防護(hù)數(shù)量增加,B方案附屬工程綜合估算指標(biāo)較A方案多1 723元/m。

        (4)大跨度梁多采用懸臂施工、轉(zhuǎn)體施工,施工輔助設(shè)施數(shù)量大,B方案施工輔助設(shè)施綜合估算指標(biāo)較A方案多8 810元/m。

        由表6可知,A方案和B方案大橋綜合估算指標(biāo)分別為77 321元/m、78 050元/ m,大橋指標(biāo)相差729元/m。A方案和B方案特大橋的平均墩高分別為16.6 m、16.3 m,平均墩高相差不大。

        表6 大橋綜合估算

        A方案和B方案上部工程特殊結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度分別為592 m、812 m,特殊結(jié)構(gòu)占比分別為5.9%、8.4%,雖然B方案特殊結(jié)構(gòu)占比高,但是A方案中有22孔32 m單線(xiàn)箱梁,故上部工程綜合估算指標(biāo)A方案較B方案多962元/ m。

        B方案特殊結(jié)構(gòu)占比高,所以B方案下部工程、附屬工程和施工輔助設(shè)施綜合估算指標(biāo)分別較A方案高674元/ m、688元/ m、330元/ m。

        表7中,A方案和B方案中橋綜合估算指標(biāo)分別為74 699元/m、74 163元/m,指標(biāo)相差536元/m。A方案和B方案中,平均墩高分別為12 m、11.7 m,平均墩高相差不大, A方案與B方案中均無(wú)特殊結(jié)構(gòu)和大跨度梁,故上部工程的綜合估算指標(biāo)僅相差30元/m。B方案下部工程、附屬工程綜合估算指標(biāo)較A方案高499元/m和1 065元/m。綜上,B方案較A方案綜合估算指標(biāo)略高,這主要是地形和地質(zhì)情況不同造成的。

        3 結(jié)論

        (1)橋梁上部工程、下部工程、附屬工程和施工輔助設(shè)施四個(gè)方面緊密聯(lián)系,上部工程中特殊結(jié)構(gòu)和大跨度梁對(duì)橋梁綜合估算指標(biāo)影響較大,在橋梁綜合估算指標(biāo)分析過(guò)程中,應(yīng)首先分析特殊結(jié)構(gòu)和大跨度梁占比。

        (2)在全為常用跨度簡(jiǎn)支梁的情況下,橋梁綜合估算指標(biāo)主要受橋梁高度影響,若橋梁高度一定,則附屬工程中的邊坡加固防護(hù)、既有道路路基防護(hù)等對(duì)橋梁綜合估算指標(biāo)有一定的影響,這部分對(duì)橋梁綜合估算指標(biāo)影響約為11%。

        (3)對(duì)于復(fù)雜特大橋,如公鐵兩用橋,跨江橋,和高架車(chē)站應(yīng)該單列綜合估算單元。因?yàn)榇祟?lèi)橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工輔助措施費(fèi)用高,綜合估算指標(biāo)較高。

        (4)如果沒(méi)有特殊結(jié)構(gòu),平均橋墩高在12 m左右,同時(shí)附屬工程中(如邊坡加固防護(hù)、橋下溝河及道路改移和既有道路路基防護(hù))無(wú)較大支出,并且基礎(chǔ)施工輔助措施采用一般方式,則橋梁綜合估算指標(biāo)約為6.6萬(wàn)元/m。當(dāng)特殊結(jié)構(gòu)占比不超過(guò)橋梁總長(zhǎng)的9%時(shí),平均墩高不超過(guò)20 m的條件下,橋梁綜合估算指標(biāo)約為7.8萬(wàn)元/m。

        (5)在山區(qū)高速鐵路中不可避免的會(huì)有平均墩高大于20 m的橋梁,如果高橋較長(zhǎng)且較為集中,應(yīng)對(duì)40 m及以上跨度簡(jiǎn)支梁與32 m簡(jiǎn)支梁進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析,以確定最優(yōu)方案。

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