大同市金莊煤礦鐵路裝車環線小半徑曲線橋梁設計

王東文

（中鐵二院西北勘察設計有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

1.1 橋址概況

金莊煤礦鐵路裝車環線設計曲線半徑R=300m，環線長度2984.46m，位于既有鐵豐鐵路專用線與金莊煤礦工業廣場之間，西距鐵豐鐵路專用線60.0m，東距金莊煤礦工業廣場80.0m，軌面距地面平均高度18.0m。裝車環線多次上跨金莊煤礦工業廣場進場道路及多條鄉村道路，進場道路作為進出工業廣場的唯一通道，交通繁忙 （如圖1所示）。

圖1 裝車環線設計

1.2 地質構造

金莊煤礦鐵路裝車環線位于華北地震區山西地震帶北部，新構造活動以垂直升降運動為主，根據鉆探揭示，場地地層較為簡單，在勘探深度范圍內，場地分布地層為砂質黃土、中（粗）砂、粉質黏土、細（粗）圓礫土、泥巖及砂巖。砂巖層頂面埋深介于25.0～35.0m，起伏變化小，力學性質較好、承載力高、壓縮性低，可作為本橋基礎理想的持力層[1]。

2 主要技術標準

1）設計速度：不大于45km/h；

2）正線數目：單線；

3）設計活載：中-活載；

4）軌道結構類型：有碴軌道；

5）凈空：橋下凈空≥5.0m；

6）地震烈度：按 8°設防。

3 橋梁結構選擇與布置

3.1 橋梁采用的橋型

本橋橋位處跨越交通繁忙的進場道路和多條鄉村道路，同時毗鄰既有鐵豐鐵路專用線和金莊煤礦工業廣場，如何做到橋梁在滿足通行需要的同時，又與工業廣場融為一體，形成獨特的地理標志和景觀是本橋在橋型選擇時重點考慮的問題[2]。結合本橋的具體情況可選擇的橋型有簡支梁 （如圖2所示）及連續梁（如圖3所示）。綜合比較后考慮到簡支梁既能適應較小的曲線半徑進行工廠化生產同時整齊劃一的標準孔跨布置又能與工業廣場的氛圍相融合，整體效果較連續梁方案好，因此采用簡支梁橋是較好的選擇。

圖2 有簡支架

圖3 連續架

3.2 橋梁長度、跨度的選擇

根據現場地面道路的分布情況以及凈空要求，按照橋梁完全跨越地面道路以及既有管線后結合地質構造及地震設防烈度設置橋臺，據此確定橋梁長度為2728.86m。根據鐵路裝車環線的曲線半徑、填土高度、建筑限界、梁體橫向加寬限值以及架橋機適用條件綜合比選后選用16.5m標準跨徑簡支梁作為基本跨徑，使橋梁整體受力合理，造型簡潔、美觀、大方，和周邊環境也能很好的協調。

3.3 橋梁的結構形式

橋梁上部結構R=300m曲線段采用16.5m標準跨徑簡支 T梁 （通橋 （2005）2101），直線段采用32.7m標準跨徑簡支T梁。橋梁下部結構橋墩采用矩形實體墩，橋臺采用T形橋臺，墩臺基礎采用鉆孔灌注樁基礎。據此確定橋梁的孔跨布置為4x32.7+113x16.5+21x32.7m預應力混凝土簡支T梁，橋梁全長2728.86m。

3.4 主要建筑材料

簡支梁采用C50混凝土；實體墩、T形橋臺采用C35混凝土；樁基礎采用C30鋼筋混凝土。

4 橋梁結構設計

4.1 梁部設計

1）梁部加寬。通橋（2005）2101 系列圖，給出的適用曲線半徑R≥1200m，是在滿足橋面擋砟墻內側距線路中心線不小于2.2m，兩片梁腹板中心距2.2m的構造條件下的最小曲線半徑。裝車環線的平面曲線半徑R=300m，需將兩片梁的腹板中心距進行調整，具體調整值為按R=300m的曲線半徑計算的橋梁中矢減去按R=1200m的曲線半徑計算的橋梁中矢：

△=f300-f1200=(16.5+2x0.05)2/(8x300)-(16.5+2x0.1)2/(8x1200)=0.09m

調整后兩片梁的腹板中心距為2.29m。

2）梁縫處理。由于簡支梁曲線布置的影響，簡支梁梁端形成內側小外側大的梁縫。16.5m標準跨徑簡支T梁單線梁寬4.9m，內側梁縫為6cm，按平分中矢法布置，則半徑R=300m時，梁端外側梁縫寬度為34cm。為防止道碴掉落梁下及使用安全，在梁縫處設置加厚型橫向鐵蓋板。

3）曲梁檢算[3]。位于曲線上的梁，會受到來自列車的橫向離心力，裝車環線貨物列車限速45km/h，經過建立空間三維模型計算，簡支梁各項指標均能夠滿足規范的要求。

4.2 墩臺設計

1）尺寸擬定。小半徑曲線橋梁墩臺尺寸的擬定是此類橋梁設計內容中非常重要的一部分。由于小半徑曲線上簡支梁梁端梁縫較大，考慮到梁縫及支座實際位置，小半徑曲線范圍的橋梁墩臺頂帽往往比常規墩臺的縱橫向尺寸大些[4]。

根據全橋曲線布置圖，將每孔梁支座的實際位置畫出，經過檢算，通橋（2012）4101-Ⅱ系列圖的橋墩頂帽尺寸滿足16.5m標準跨徑簡支T梁在曲線半徑R=300m時的布置及架設要求，橋墩頂帽橫橋向長6.0m，縱橋向寬2.3m，墩徑橫橋向長3.4m，縱橋向寬1.6m。

2）墩臺檢算。小半徑曲線范圍墩臺與常規墩臺檢算的區別就是離心力引起的水平力，為減小墩身截面尺寸，可設置一定的橫向預偏心以適應墩臺受力的需要。

經檢算，橋墩設置36cm的橫向預偏心即可滿足運營及架設時的安全要求。

5 結語

該橋為鐵路裝車環線小半徑曲線橋梁，并采用多跨小跨徑簡支T梁，是鐵路裝車環線小半徑曲線橋梁設計中的首次嘗試。本橋已于2016年建成使用，橋梁結構簡潔、比例協調，已成為金裝煤礦的一道靚麗的景觀，并對今后鐵路裝車環線小半徑曲線橋梁的設計有一定的借鑒作用。