伊朗高速鐵路橋梁方案比選

林榮利

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

文章以新建伊朗高速鐵路項(xiàng)目為背景，對(duì)高烈度地震區(qū)常規(guī)簡(jiǎn)支梁橋主要技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、結(jié)構(gòu)受力性能指標(biāo)、施工方法等進(jìn)行分析和研究，其成果可為國(guó)外工程項(xiàng)目類似橋梁方案設(shè)計(jì)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(xiàng)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(kù)姆(Jamkaran)至伊斯法罕，正線線路總長(zhǎng)約406 km，分為兩段，其中德黑蘭至庫(kù)姆段線路起于既有德黑蘭站，終于庫(kù)伊段已建工程起點(diǎn)Ensheabi point，線路長(zhǎng)約161 km， 庫(kù)姆至伊斯法罕段線路起于庫(kù)伊段已建工程起點(diǎn)Ensheabipoint，終于伊斯法罕車站，線路長(zhǎng)度約為245 km。正線采用雙線，線間距4.8 m， 設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為運(yùn)營(yíng)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(tái)等下部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的縱、橫橋向剛度，并需要嚴(yán)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(shí)際情況,還應(yīng)便于運(yùn)營(yíng)期的養(yǎng)護(hù)維修，控制建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本控制。本著安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則,結(jié)合各橋型特點(diǎn),分析各備選方案的優(yōu)缺點(diǎn),選擇出安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(kāi)通高速鐵路的國(guó)家主要有中國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利、西班牙、日本、韓國(guó)等，各國(guó)高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，型式呈現(xiàn)多樣化，主要有預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)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(xiàng)目實(shí)際情況，該線橋梁全部采用簡(jiǎn)支梁形式，因此本文主要針對(duì)不同形式的常用簡(jiǎn)支梁及對(duì)應(yīng)的橋墩和基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)行方案分析比較。

3 簡(jiǎn)支梁梁部方案

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁

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

整孔箱梁具有較大的剛度和強(qiáng)大的抗扭性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確、易保養(yǎng)和維護(hù)、架設(shè)安裝方便，橋下視覺(jué)效果好等優(yōu)點(diǎn)。橋梁的上、下部可平行施工，使工期大大縮短；無(wú)需在高空進(jìn)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(chǎng)，運(yùn)梁、架梁設(shè)備要求高。

組合箱梁相比于整孔箱梁，運(yùn)輸及架橋機(jī)相對(duì)要求較低，組合箱梁在梁場(chǎng)預(yù)制，梁的質(zhì)量能夠相對(duì)容易得到保證。但存在如下缺點(diǎn)：在投資上，在不考慮梁場(chǎng)費(fèi)用的條件下組合箱梁的造價(jià)要高于整孔箱梁。組合箱梁一般在整孔箱梁受隧道影響無(wú)法運(yùn)輸時(shí)采用，本線并無(wú)控制運(yùn)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(yùn)輸較方便。但采用鋼結(jié)構(gòu)，造價(jià)較高，而且運(yùn)營(yíng)期維護(hù)工作量大。

3.3 小跨度鋼筋混凝T梁

T梁截面見(jiàn)圖4。小跨度鋼筋混凝土T梁結(jié)構(gòu)高度低，可現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制后吊裝，不需要專門的運(yùn)架設(shè)備，造價(jià)低。T梁視覺(jué)效果差，養(yǎng)護(hù)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(chǎng)張拉橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，橋面板需現(xiàn)澆施工，工期較長(zhǎng)。各梁型方案對(duì)比見(jiàn)表1。

4 簡(jiǎn)支梁橋墩方案

4.1 圓端型橋墩

客運(yùn)專線橋墩從結(jié)構(gòu)上要求剛度大、整體性好，工程設(shè)計(jì)多采用雙線圓端形橋墩(圖5)，因?yàn)樗梢蕴峁┹^大的縱、橫向剛度，并且在經(jīng)常承受列車荷載時(shí)豎向剛度比單線橋增加一倍，具有外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。適用于與預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)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(duì)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(kù)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(jī)場(chǎng)方案采用橋梁方案通過(guò)，三處橋梁長(zhǎng)度均在1 km以上。方案研究主要以此段為主，全線橋長(zhǎng)7.9 km。

本文對(duì)以下五種常規(guī)使用的簡(jiǎn)支梁做比選：24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支整孔箱梁、32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)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(jiǎn)支T梁。

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

6 結(jié)論

根據(jù)梁部的施工方法、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性及養(yǎng)護(hù)維修等方面的比選，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確，具有較大的剛度和強(qiáng)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(jī)架設(shè)，梁體質(zhì)量能達(dá)到保證，施工工期短，并且運(yùn)營(yíng)期間易于保養(yǎng)和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性較好。因此，本次在德黑蘭市區(qū)及機(jī)場(chǎng)區(qū)域常用跨度梁部推薦采用32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)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(chǎng)預(yù)制，對(duì)施工設(shè)備要求不高，經(jīng)濟(jì)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(shí)體(空心)橋墩。墩高20 m以內(nèi)實(shí)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(shí)體墩略少，樁長(zhǎng)略短，但空心墩墩身的鋼筋大約為實(shí)體墩的3倍，空心墩模板較多，施工困難，工程造價(jià)較高，因此推薦20 m以下的墩采用圓端型實(shí)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(jì)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(jià)/(萬(wàn)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(kāi)始實(shí)施的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))

劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ57-2016)

城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(CJJ92-2016)

施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)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(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程(CJJ68-2016)

商店建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ392-2016)

城市公共廁所設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(CJJ14-2016)

林榮利(1980～)，男，本科，工程師，從事工程設(shè)計(jì)工作。

U238

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[定稿日期]2017-03-10