大跨度中承式钢箱混凝土系杆拱桥稳定性研究.pdf

关 于 山 区 客 运 专 线 铁 路 桥 梁 的 几 点 认 识 田万俊 ( 铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津300142) 桥梁 摘要：在山区修建铁路，由于地势陡峭、地形复杂，使得桥梁设计、施工难度大大增加。因此，选择合理的桥梁形 式、施工方案就显得尤为重要。详细介绍山区客运专线桥梁在接口设计、施工方法、运输组织、结构形式、基础设计 等方面和平原区桥梁的不同特点，为山区客运专线桥梁设计、施工提供参考、总结经验，提供一种解决类似问题的 思路。 关键词：客运专线；山区铁路；桥梁；设计 中圈分类号：U 238；U 4425文献标识码：A文章编号：10042954(2012) 1l 一006l 04 Several O pi ni ons on Rail w ayB r i dge inM ount ai n Pas senger-dedi cat ed Li ne TIA NW an- j un (Bri dgeD esi gnD epar tm ent oftheThi rd Rai lw aySur vey and D esign Ins t i t ut e G roupCor porati on，Tianj in300142，C hi na) A bst r act ：Thest eeptopographyandcom pl ex t er r ainw i l l gr eat l y i ncreaset he diff i cul t y oft he rai l w ay bri dge des i gn andconst ruct i oni nm ountainareaSot hem os t i m por t antt hi ng fort hem ount ai n rai l w ay const r uct i oni st hesel ect i onoft hereasonabl e desi gn andconst ruct i onschem eThem ountai n rai l w ay bri dge f eat ur esw hi charedi fferentfr omt he rai l w ay infi atar eaarei nt roducedi nt he art i cl e，such a8t he i nter f ace desi gn，const r uct i onm et hod，t ransport at i onorgani zat i on，st ruct uresyst em ，foundat i on desi gn andSOonThese opi ni ons w i l l provi de som eref erenceorm ethodSO ast oresol vet hesi m i l ar pr oblem s in t he desi gn andconst r uct i onoft he rai l w aybri dge inm ountain passengerdedi cat ed l i ne K eyw ords：passengerdedi cat edl i ne；m ount ai nrai l w ay；bri dge；des i gn 1 概述 目前，我国在建和即将建设的山区客运专线铁路多 达数千千米，其设计速度一般为200350km h。山区 铁路有别于平原区铁路最大的特点是地形起伏大，地势 陡峭复杂，地层岩性变化剧烈。而由此引起山区桥梁在 设计、施工等方面与平原区桥梁有很大的不同m 10| 。 2 山区桥梁有别于平原区桥梁的特点 21 与其他专业的接口设计 由于地形起伏大，山区铁路线下结构工程如隧道、 桥梁、明洞、路堤、路堑等交替设置，导致桥梁与其他专 业的结构接口设计增多，除常见的桥梁和路堤接口外， 还大量增加了桥梁和路堑、桥梁和隧道的接口。尤其 是当桥梁和隧道之间的距离较近时，为了减少桥、短路 基和隧道的频繁过渡，一般将短路基取消，而直接将桥 梁和隧道相接，特殊情况下可将桥台直接伸人隧道内。 收稿日期：20120613 作者简介：田俊(1971一)，男，高级工程师，1995年毕业于西南交通 大学，工学学士，Em ai l：t ianw anjun tsdi gcorn。 铁道标准设计R AILW AY STA N D A R DD E SI G N2012( ) 这样可改善列车行车条件，降低施工难度，同时景观效 果也较好；而当桥梁和路堑相接时，由于涉及2个专业， 要求各专业采用的刷坡和防护措施要统一，否则景观效 果太差。因此，桥梁和路堑、桥梁和隧道相接或相套的 接口设计，成为必须妥善解决的环节之一。该接口设计 虽然难度不大，但往往容易被忽略。导致排水不畅，施工 困难，景观效果差，应该引起高度重视。桥梁和隧道相 接接口见图1，桥梁和路堑相接接口见图2。 围1桥梁和隧道相接接口 22预制箱梁通过隧道的方法 对于常用跨度桥梁，从制梁质量控制难易程度、整 体经济性、节省工期等角度考虑，预制架设梁要明显优 61 桥梁 田万俊一关于山区客运专线铁路桥梁的几点认识 图2桥梁和路堑相接接口 于现浇梁。，因此，在条件许可的情况下要尽可能采用 预制架设整孔箱梁。而整孔箱梁的运输和架设都需要 采用体积庞大的运架梁专用设备，这些设备通过隧道就 有很大难度，因此山区铁路桥梁的施工组织和设备选用 就成为影响工期和造价的关键因素之一。对于桥面宽 度为120m 的客运专线常用跨度简支箱梁，当采用预 制架设而通过隧道时通常有下面5种方案可供选择。 方案一：适当加大隧道断面。 根据目前客运专线双线隧道的标准断面尺寸，即 使运梁车采用结构高度较低的尺寸，正常情况下也无 法通过隧道，见图3。 圈3正常情况下运梁车与隧道关系示意( 单位：cm ) 针对这种情况，适当加大隧道断面则可以通过。 哈大客运专线就采用了这种做法H1。但这种方案只 适用于隧道较短的情况，当隧道较长时工程量增加较 大，经济性不好。 方案二：隧道仰拱部分断面后浇筑。 针对上述方案一情况，采用隧道仰拱部分断面待运 梁车通过后再浇筑的做法，可使运梁车通过隧道。目前 已建成的京沪高速铁路就采用这种做法”o，见图4。 该方案优点是运梁车驮运简支箱梁可以整孔通过 隧道，缺点是隧道仰拱必须后做，且运梁车必须选用结 构高度较低的型号。即使在这种情况下，梁侧面距隧 道边缘仅有不足30cm 的空间，需要运梁车通过隧道 时准确控制横向位置，实际操作难度较大，尤其当隧道 较长时，风险较大；而且当隧道围岩级别较好(如级 害 一 图4仰拱后做时运粱车与隧道关系示意( 单位：cm ) 围岩)时，一般不做仰拱旧。 方案三：桥梁结构采用双线组合箱梁。 桥梁结构类型采用后张法预应力混凝土双线组合 箱梁，主要考虑桥隧相连条件下使用。由于采用2片 单线箱梁并置，每片箱梁宽度只有575m 左右，完全 可以通过隧道。目前已经建成的合武客运专线就采用 了这种组合箱梁的结构形式J。该方案优点是桥梁 通过隧道不受隧道的净空限制，隧道间的桥梁在没有 增加梁场的情况下也可以预制架设；缺点是由于采用 了组合箱梁，同一孔梁需要分2次架设，工期较长，同 时由于2个单线箱梁并置，增加了箱梁底宽度，同时也 加大了下部结构的工程量。双线组合箱梁见图5。 I 3嫂 ! !斗! !丝 !鲤 J 图5双线组合箱梁断面(单位：m m ) 方案四：双线整孔箱梁部分悬臂板进行二次浇筑。 梁场预制梁时，切除两侧部分悬臂板，预留钢筋。 待通过隧道后，悬臂板进行二次浇筑。如图6所示。 Q斗垮5Q 篮三2 25QI5盟丝生2骂j 鲤 图6部分悬臂板后浇32m 筒支箱梁断面示意(单位：m m ) 该方案优点是箱梁整孔预制，通过隧道较容易。 缺点是悬臂板需要二次浇筑，且需要采取施加横向预 应力等措施。目前已建成通车的石太客运专线就采用 这种做法。 案五：采用运架一体式架桥机，见图7。 62铁道标准设计R A ILW A YSTA N D A R DD ESI G N2012( 11) 田万俊一关于山区客运专线铁路桥梁的几点认识 图7 900t 运架一体机 该方案优点是集运梁、架梁为一体，结构尺寸小，通 过隧道容易，不需要对梁做任何变动。尤其对隧道出入 口附近的桥梁也能采用预制架设的方式，不受任何隧道 空间的限制，非常适合在桥隧相连地段使用。本方案缺 点是施工单位原有设备不能利用，必须选用新设备【91。 总之，在山区客运专线铁路桥隧工点比较密集地 段具体采用何种方案通过隧道，要视具体项目的隧道 分布状况、围岩级别、施工设备情况等因素综合确定。 23 山区桥梁桥式方案的选择 ( 1) 对位于2个长大隧道(隧道长度一般为3 km 以上) 之间的桥梁，当预制梁通过长大隧道困难且 2座长大隧道间桥梁孑L数达不到设置梁场的规模( 一 般预制梁孔数达到500孑L以上)时，这种情况下桥梁 一般都采用现浇的施工方法。这时，通常又会出现下 面几种情况。 桥梁长度较小，只有35孔。当桥梁高度超过 20 m 以上时，采用满堂支架施工安全风险很大，而用移 动模架施工由于孔数较少又十分不经济，因此这种情况 可采用连续梁的结构形式，施工采用悬臂灌注较为合 理；当桥梁高度小于20m 时，搭设满堂支架较为容易， 可采用现浇简支梁或小跨度连续梁的桥式方案；或者， 施工单位有贝雷梁或军用梁等设备，在不增设临时墩的 情况下，选用跨度满足现有贝雷梁或军用梁的简支梁或 小跨度连续梁进行现浇施工，也是一个不错的方案。 当桥梁孔数超过10孔以上时，一般来说，采用 移动模架现浇简支箱梁的桥式方案较为经济0| 。 (2)对于“V ”字形深谷，当地质条件较好时，可采 用斜腿刚构、简支拱等结构形式；当地质条件较差，河 谷流量较小，不满足拱脚或斜腿刚构的推力作用时，可 采用T构的结构形式，在沟谷中间设置1个桥墩，两侧 设置一般桥台，此种方案具有综合优势1。上述几种 桥梁结构形式都可以避免在陡坡上修建桥梁墩台和基 础，降低了施工难度和风险，减少了对山体的扰动。 (3)对于“U ”字形深谷，桥梁又高且长，此时可供 选择的桥梁方案较多，需进行认真的综合技术经济比 选，以确定最优方案。如跨度不同( 一般跨度有32、 48、56m 等)的移动模架施工的简支梁方案；长联连续 刚构案，难点是要解决长联时由于温度变化引起的 梁端位移较大问题，尤其是当轨道采用无砟轨道时，此 铁道标准设计RA I LW AYSTA N D A R D D E SI G N2012( j j) 桥梁 问题更要引起高度重视；还有多联并置的T构方案 等，该方案解决了长联结构引起的大位移伸缩问题，但 由于是T构，经济上不一定合理。总之，应进行多方 案比选，综合确定。 24陡坡上设置基础时注意要点 在陡坡上设置桥墩基础，在山区桥梁设计中经常 会遇到。但是如何做到既经济又安全，同时兼顾景观 和生态要求，则设计上就应进行创新。通常情况下有 下面几种方案可供选择。 (1)方案1。在传统的设计当中，经常会采用这种 方案，即保证承台不露出地面，同时为了形成钻孑L桩施 工时的工作平台且避免桥墩出现偏压，进行纵向或横 向刷坡。这种情况下要注意，刷坡面必须根据地质、地 形情况选用合适的坡度并要求护砌，基础计算时根据 地质和地形情况考虑一定的自由桩长并计算侧向土压 力的影响，如图8所示。这种方案的缺点是刷方量很 大，对地形、地貌和植被破坏严重。适用于山体地质条 件较差、土体松散易坍塌且对生态保护无要求的区域。 圈8承台不出地面方粟 (2)方案2。当地质条件较好或不容许大面积破 坏山体植被时，为了减少刷方工程量，将承台尽量上抬 甚至露出地面，现场为了施工钻孔桩形成工作平台，只 进行很少的刷方并结合防护回填形成工作平台。这种 方案适用于地质条件较好的情况。当地质情况很差时 要慎用此方案，否则桩基自由桩长太长导致计算难以 通过且土体经施工扰动后很容易坍塌，尤其在降水量 较大的地区更要引起高度重视。如图9所示。 圈9承台露出地面方累 ( 3)方案3。为了避免方案l刷方量大、方案2桩 基施工困难等缺点，在上述方案2的基础上，选用一种 新型的基础形式，本文暂称之为整体基础。即将桥墩 下基础做成一个整体，类似挖井但又比传统的挖井高 且柔以满足地质和地形要求，类似单桩基础但比传统 的单桩基础截面尺寸要大得多，计算上兼顾单桩和挖 63 桥梁 田万俊一关于山区客运专线铁路桥梁的几点认识 井基础的特点。如图10所示。该方案刷方量较小，基 础施工相对容易，建议逐步完善推广使用。 3 结语 图10整体式基础方案 我国幅员辽阔，地形地貌千变万化，山区桥梁设计 要充分结合现场的地质地形条件和有效利用现有的施 工设备，制定灵活、适宜的桥梁设计、施工方案，为我国 山区客运专线的桥梁设计奠定坚实的基础。 参考文献： 1田万俊客运专线桥梁和相关专、lk的接口及处理方法J 铁道标 (上接第44页) 日 山 一 2 R 倒 准设计，2007(2)：5253 2白琦成山区高速铁路桥梁设计几个问题探讨J，铁道标准设 计，2011(2)：5055 3屈匡时简谈桥梁指导性施工组织编制J桥梁建设，1999(1)： 6668 4h东平，王胜利209m 2扩大断面石质围岩隧道C R D工法施工技 术 J 铁道标准设计，2008( 11) ：7376 5孙树礼京沪高速铁路桥梁工程J铁道标准设计，2008(6)： l 一4 6吴红军桥群、隧道群广泛相间情况下桥梁施工方案研究J铁 道标准设计，2010(2)：8690 7陈浩，等铁路客运专线900t 箱梁提运架设备研究【j 铁道标 准设计，2008(3)：14 8陈列，许佑顶武广铁路客运专线韶关至花都段设计的主要特 点 J 铁道标准设计，2010(1)：1921 9刘亚滨桥隧相连和两桥并行区段的整孔箱梁架设技术研究J 铁道标准设计，2009( 6) ：2128 10刘家锋我国铁路客运专线中小跨度简支箱梁架设方法综述J 铁道标准设计。2010( 6) ：4247 11饶少臣大跨高墩T构铁路桥设计研究 J铁道标准设计， 2005(11) ：5256 一歹 一 应变，1护 图10屈服钢筋应力一应变曲线 根据计算桥墩的屈服位移为00448m ，罕遇地震 纵向力作用下框架墩最大纵向位移为0052m ，计算 得出延性比116，可得纵向地震力作用下，延性验算 满足要求。 综上所述，连续梁一多框架墩体系具有达到罕遇地 震要求的抗震性能。 5 结语 (1)根据对框架墩地震受力分析，得出连续梁一多 框架墩体系采用多个框架墩作为固定墩是一种合理的 结构形式，可有效加强结构体系的整体抗震性能。 (2)从反应谱分析和时程反应分析的结果得出， 多遇地震作用下，连续梁一多框架墩体系具有较好的 抗震性能；框架墩在平面上的不对称性，使得框架墩在 地震力作用下的地震反应不对称，故在进行桥墩设计 时应尽量控制横梁跨度和框架墩在上部结构支撑中心 两侧的横梁跨度比，避免地震作用过于集中。 (3)通过非线性时程分析，连续梁一多框架墩体系 64 能达到罕遇地震作用下的抗震要求。 (4)根据规范要求应按设计地震考虑对连接构造 进行强度验算，应结合支座设计进行相应分析检算。 (5)现在，抗震计算以外，抗震概念设计和抗震构 造设计摆在了更重要的位置。以往的铁路桥梁抗震设 计除了结构本身的安全分析，对于抗震措施的设置考虑 较少，处于高烈度震区的连续梁一多框架墩体系在防落 梁装置、基础设计及各部连接构造等方面应注意加强。 参考文献： 1中华人民共和国铁道部TBl 06212009高速铁路设计规范(试 行) S北京：中国铁道出版社，2009 2中华人民共和国铁道部TBl 0002，32005铁路桥涵钢筋混凝 土和预应力混凝土结构设计规范s 北京：中国铁道出版 社，2005 3中华人民共和国铁道部TBl 000252005铁路桥涵地基和基 础设计规范 S j C 京：中国铁道出版社，2005 4中华人民共和国铁道部G B S01112006铁路工程抗震设计规 范 S 北京：中国计划出版社，2009 5田万俊预应力混凝土框架墩设计研究J 铁道标准设计， 2003(8) ：6769 6孙树礼高速铁路桥梁设计与实践M 北京：中国铁道出版 社，2011 7铁道部第三勘测设计院桥梁地基和基础M 北京：中国铁道出 版社。1991 8陈克坚，袁明汶川地震后对铁路桥梁抗震设计有关问题的思考 J 铁道工程学报，2008( S) ：176180 9高宗余，李龙安，屈爱平汶川大地震对铁路桥梁抗震设计的启示 与建议J 铁道工程学报，2008(12)：183189 10柳春光桥梁结构地震响应与抗震性能分析M 北京：中国建筑 工业出版社，2009 11 范立础桥梁抗震M 上海：同济大学出版社，1997 铁道标准设计R A ILW A YSTA N D A R D D E SI G N2012( JJ)