鐵路客運專線橋梁工程技術及建議

摘要：近年來，隨著我國高速鐵路建設的全面展開，對鐵路客運專線速度要求比較高，因此線路是否平順成為鐵路客運專線考慮的主要因素。橋梁干工程具有跨越河流溝壑、與既有交通設施交叉互補、能實現鐵路用地數量較少、保證客運專線“零沉降”、提高運營質量等特點，因此橋梁工程技術的廣泛采用占有重要重要的地位，同時客運專線橋梁自身的特點也決定了橋梁工程技術的充分了解與掌握對整個鐵路客運專線的運營具有重要的意義。本文基于此探析橋梁工程技術在鐵路客運專線設計中的一些問題，并提出建議。

關鍵詞：客運專線 橋梁 工程技術 建議

1 概述

鐵路橋梁是鐵路跨越河流、湖泊、海峽、山谷或其他障礙物，以及為實現鐵路線路與鐵路線路或道路的立體交叉而修建的構筑物。主要由橋跨、橋墩、橋臺、基礎和橋梁防護構筑物等組成。鐵路橋梁按橋跨結構可分為梁橋、拱橋、剛構橋、懸索橋和組合體系橋等；按用途可分為鐵路橋、公路鐵路兩用橋等。隨著高速鐵路的發展，對鐵路運營質量提出更高的要求，同時鐵路橋梁自身在客運專線的設計中也存在著一系列的優點，如能跨河流越溝壑，能合理的利用土地，減少用地量等，使得橋梁工程的施工在客運專線建設質量和管理中占有突出重要的位置。因此鐵路客運專線橋梁工程質量的好壞直接關系到整個鐵路建設的質量。充分了解和全面的分析高鐵線橋梁工程施工技術，是搞好設施工管理審核檢查工作的前提，具有重要的意義。

2 客運專線橋梁主要技術要求

2.1 鐵路客運專線橋梁特點。目前，橋梁成為客運專線土建工程中重要的組成部分，特別是近年我國高速鐵路建設的開展，大部分路段均使用高架橋工程，以橋代路。如目前武廣高鐵專線，橋梁比重占80%左右。大規模橋梁工程被應用于鐵路專線建設中，在設計與施工之前要充分的了解橋梁的特點：

2.1.1 結構動力效應大。橋梁在列車通過時的受力要比列車靜置時大，一方面是由于移動荷載列車的速度效應，相比而言，客運專線的速度效應要大于普通鐵路，因此橋梁動力效應比較大。另外一方面是由于軌道不平順造成車輛晃動，產生結構動力效應。

2.1.2 橋上無縫線路與橋梁共同作用。客運專線橋梁必須考慮到梁軌共同作用，盡量減小橋梁的位移與變形，以限制橋上鋼軌的附加應力，因此在設計和施工時藥保證橋上無縫線路的穩定及行車安全，一般區間無縫線路是一次性鋪設的。橋上無縫線路可看作是不能移動的線上結構，橋梁產生位移時橋上鋼軌會產生一定的附加應力，如果附加應力過大將會造成線路喪失穩定性。

2.1.3 客運專線橋梁工程必須保證主要承力結構耐久性。客運專線橋梁的豎向剛度直接影響到乘坐的舒適度，而較好的舒適度恰好是高速運行列車不同于普通鐵路線路不同之處。對客運專線橋梁提出要在預定作用和預定的維修和使用條件下使用主要承力結構要有100年使用年限的耐久性要求。設計者需要根據這樣的要求進行耐久性設計，盡量控制車體的垂直振動加速度。

2.1.4 行車密度大、橋梁種類多。客運專線橋梁行車密度大，而且橋梁種類較多，如拱橋、連續剛構、V型剛構、斜拉橋、組合結構橋(簡支梁、連續梁與拱組合橋，剛構連續梁組合橋，斜拉剛構組合橋，V形連續剛構一拱組合橋，連續鋼桁梁柔性拱組合橋)等其它型式的特殊結構橋梁。

2.2 鐵路客運專線橋梁設計主要技術。鐵路橋梁工程一般包括橋址勘測、橋梁設計、橋梁施工和橋梁養護維修等步驟。筆者主要列舉以下幾個方面的主要技術的設計進行論述：

2.2.1 設計橋梁工程荷載圖式。荷載圖式大小的設計直接影響到橋梁的承載能力以及建造費用，是重要的橋梁設計參數之一，鐵路客運專線橋梁荷載能力的大小應該滿足運輸能力。國際上對高速鐵路橋梁荷載圖式的設計有一定的經驗：歐洲統一采用的是UIC荷載，涵蓋6種運營車，動力系數僅與跨度有關；日本采用的是輕型的N、P標準荷載，相應的動力系數僅與跨度、車速和結構自振頻率有關。目前我國客運專線橋梁設計荷載采用0．8UIC，即ZK荷栽。

2.2.2 結構剛度與變形控制限制技術。所謂剛度即在外力作用下，材料、構件或者結構抵抗變形的能力。該技術的控制直接影響到客運專線壽命以及影響到客運專線的安全問題，一旦變形控制不當，將會對客運安全造成隱患。客運專線橋梁必須要具有橫豎剛度以及多方向抗扭剛度，具有良好的動力特性。一般而言，在ZK荷載作用下，無砟軌道豎向轉角不應該大于1‰，有砟軌道不應大于2‰。橋墩剛度與鋼軌剛度具有相關性，橋墩臺縱向水平剛度受鋼軌的應力與行車舒適度控制，剛度越小，受應力越大。

2.2.3 車橋耦合動力響應分析技術。該技術是利用有限元方法建立動力模型與動力方程，在滿足輪軌幾何相容和作用力平衡條件下，求解車、橋、線相應的動力參數指標，并判斷是否符合相關參數限值。具體方法是采用移動荷載列車以不同的速度通過橋梁，計算橋梁結構的動力，并采用車、橋平面模型計算車橋動力特性。一般而言，40M及以下跨度的簡支梁，其自振頻率超過1.5V/L時，不會出現共振或振動過大。

2.2.4 鋼軌附加壓應力控制。為了保證橋上行車安全，設計時必須考慮梁軌共同作用所引起的鋼軌附加力，采取一定的措施將其限制在安全范圍內，附加應力包括制動力、伸縮力、撓曲力。一般而言，橋上無縫線路鋼軌附加應力不大于61MPa，附加拉應力不大于81MPa，制動時，梁軌之間相對快速位移不大于4mm。鋼軌附加應力應根據不同情況適當的限制與釋放。

2.2.5 耐久性要求技術。鑒于鐵路客運專線的特點，其橋梁的設計和施工必須要求耐久性。其中主要承受力量結構必須要求使用年限至少為100年，涵洞、八字可替換的易損壞構件(如人行道蓋板等)，設計使用年限30年。耐久性要求技術是在總結經驗和教訓中得出來的：以往設計中往往忽略了結構使用年限，造成不少安全事故，因此要求主要部分必須在100年使用年限以上，而且要求對結構及時檢查，及早發現安全隱患，另外精心養護成為重要工作。

3 橋梁工程設計中存在的問題及解決措施

目前，我國客運專線橋梁工程技術方面有了巨大的突破，但是與國際先進水平相比還是具有一定的差異，不管是在橋墩設計理念、計算理念、構造措施、材料品質，還是在抗震設計方面均存在一些瓶頸，筆者認為要在以后的實踐中注意以下幾個方面：

3.1 對即將建成通車的客運專線進行車一線一橋綜合測試，進一步完善車一線一橋相互作用分析方法和參數選取，合理確定客運專線箱梁和墩臺剛度指標，優化橋梁上下部結構設計。完善車橋偶合動力分析方法。

3.2 按照實際情況設計無砟對梁端轉角的要求限值。目前我國對其要求的限制主要參考其他國家，考慮列車作用下軌道平順性問題和扣件上拔的問題，我們應根據實際測試情況，具體情況具體分析，設計橋梁結構。

3.3 按目前執行的抗震規范，對于對客運專線梁體質量大、素混凝土橋梁墩臺剛度大的特點，高地震區地震力反應較大，無法形成塑性鉸，墩臺設計非常困難。建議組織開展專題研究，引入減、隔震的設計方法及措施，優化橋梁抗震設計。

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作者簡介：劉和能，男，湖北監利人，1976年2月生，工程師，畢業于長沙交通學院（現改名為長沙理工大學），現工作于中交隧道局。