既有鐵路開行市域列車橋梁剛度適應性研究

徐培淞

摘要 文章基于近年來國家推動市域鐵路建設及推廣既有鐵路改造利用的背景，首先對國內(nèi)利用既有鐵路開行市域列車的發(fā)展做了簡要介紹，對市域鐵路橋梁的主要技術(shù)標準進行了梳理和概括，并基于長三角地區(qū)某既有鐵路開行市域列車方案，對橋梁結(jié)構(gòu)適應性分析的關鍵性內(nèi)容和方法進行了研究，結(jié)果顯示既有鐵路橋梁在剛度特性上滿足相關要求，并對進一步需要研究的課題進行了展望，為類似項目提供了有益的參考和借鑒。

關鍵詞 既有鐵路;鐵路改造;市域鐵路;市域列車;橋梁剛度

中圖分類號 U292 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0187-03

0 引言

2017年6月，國家發(fā)改委等5部門聯(lián)合發(fā)布了《關于促進市域（郊）鐵路發(fā)展的指導意見》（發(fā)改基礎〔2017〕1173號），鼓勵各地有序推進市域（郊）鐵路發(fā)展，優(yōu)先利用既有鐵路挖潛擴能改造，擴大交通有效供給。2021年12月，國務院印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，提出積極利用干線鐵路、城際鐵路提供通勤服務，充分利用既有鐵路富余運力開行市域（郊）列車。與此同時，中國國家鐵路集團有限公司也明確，將積極推進城市群都市圈城際鐵路和市域（郊）鐵路發(fā)展，支持按照市場化方式，利用既有鐵路富余能力，通過適當改造開行城際和市域（郊）列車，支持地方政府按照規(guī)劃推進城際和市域（郊）鐵路建設。

以上種種政策表明，利用既有鐵路開行市域列車作為一種投資省、見效快的建設模式已日益受到廣泛關注，但因市域鐵路和國鐵鐵路在運營方式和技術(shù)標準上存在一定差異，與此伴隨而來的既有鐵路開行市域鐵路的關鍵技術(shù)性討論也亟須開展[1-2]。該文以長三角地區(qū)某既有鐵路為研究對象，針對既有鐵路橋梁開行市域鐵路列車的適應性進行了研究，為工程項目整體的可行性方案提供了基礎性及關鍵性的技術(shù)論證與支持。

1 市域鐵路國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)較早從行業(yè)標準上提出市域軌道交通標準的是原建設部發(fā)布的《城市公共交通分類標準》（CJJT 114—2007），該標準對城市軌道交通細分為地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、磁浮、自動導向軌道和市域快速軌道系統(tǒng)，其中提到市域快速軌道系統(tǒng)是一種大運量的軌道運輸系統(tǒng)，客運量可達20～45萬人次/日，適用于城市區(qū)域內(nèi)重大經(jīng)濟區(qū)之間長距離的客運交通，最高運行速度達120～160 km/h，在此標準下國內(nèi)建設了若干城市軌道交通快速軌道系統(tǒng)項目，如2019年9月開通的北京地鐵大興機場線，最高運行速度達160 km/h，線路采用完全新建模式建設。

近年來，隨著我國鐵路建設事業(yè)的大規(guī)模快速推進，以往鐵路運能長期緊張的狀況得到基本緩解[3]。為適應社會經(jīng)濟發(fā)展需要，國內(nèi)開始逐步推進利用鐵路線路富余能力開行市域列車的研究與實踐，陸續(xù)建成若干利用既有鐵路開行市域鐵路列車的線路，其中具有代表性的是2012年9月底開通運營的上海金山鐵路，其在原滬昆鐵路金山支線的基礎上進行適應性改造后開行CRH6型市域動車組，最高運營速度達160 km/h，該線路是長三角地區(qū)第一條快速市域鐵路，為利用既有國鐵線路開行市域鐵路列車提供了有益的探索。

進入新時期以來，隨著國家對多層次軌道交通布局的深化，利用既有鐵路開行市域鐵路被提到了更高的層次。2021年6月國家發(fā)改委發(fā)布的《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》更是明確指出，要優(yōu)先利用既有資源，全面放開改造既有鐵路開行市域（郊）列車的項目實施條件，提供便民惠民利民的便捷運輸服務，市域鐵路的建設迎來了大發(fā)展時期。

2021年12月底，國家鐵路局發(fā)布《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020），規(guī)范明確了市域（郊）鐵路的功能定位、設計年度、設計荷載等技術(shù)要求，為完善鐵路標準體系，擴大公共交通服務供給，促進“四網(wǎng)融合”，有序推進市域（郊）鐵路建設奠定了堅實基礎[4]。

2 市域鐵路橋梁技術(shù)條件

《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020）對市域鐵路橋梁的設計荷載、結(jié)構(gòu)變形及剛度限值等提出了具體要求。

2.1 設計荷載

市域鐵路列車荷載采用ZS荷載，荷載圖示見圖1所示。

2.2 變形及剛度限值指標

設計速度160 km/h市域鐵路標準32 m簡支梁跨結(jié)構(gòu)主要變形及剛度控制項目及限值見表1。

橋梁車橋耦合動力響應指標見表2。

3 既有鐵路橋梁概況

3.1 既有鐵路概況

既有鐵路位于我國長三角地區(qū)，于2005年底開通運營，現(xiàn)狀為雙線非電氣化鐵路。根據(jù)規(guī)劃，擬研究對該鐵路進行電氣化改造并開行運營速度160 km/h市域列車動車組，以服務當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的需求。

既有鐵路原主要設計標準為：

（1）鐵路等級：國鐵Ⅰ級。

（2）正線數(shù)目：雙線。

（3）線間距：4.2 m。

（4）軌道類型：有砟軌道，全線鋪設無縫鋼軌。

（5）旅客列車設計速度：140 km/h，線路預留時速160 km提速條件。

（6）橋梁設計活載：中-活載。

（7）設計洪水頻率：橋梁按1/100，涵洞按1/50。

（8）跨線建筑物橋下凈高：按“SJX-JD”為7.96 m，并預留0.1～0.2 m沉降量。

3.2 既有橋梁概況

既有鐵路標準跨梁型為普通高度及低高度簡支T梁，跨越大型障礙物采用連續(xù)梁、下承式鋼桁梁、連續(xù)框構(gòu)、框構(gòu)等橋型，該文重點對標準跨簡支梁的剛度特性進行研究。

3.2.1 上部結(jié)構(gòu)形式

標準跨上部結(jié)構(gòu)梁型采用預應力鋼筋混凝土簡支T梁，按原鐵道部部頒通用圖設計，設計荷載采用“中-活載”，梁型參數(shù)見表3。

3.2.2 下部結(jié)構(gòu)形式

既有鐵路雙線簡支T梁橋墩采用鋼筋混凝土圓端形板式橋墩，墩身橫截面尺寸見表4。

3.2.3 基礎形式

橋墩基礎均采用承臺樁基礎形式，除距離既有建筑物較近時采用鉆孔樁以外，其他均采用φ60 cm PHC管樁。當采用鉆孔樁時，對于跨度<24 m的墩臺，采用φ80 cm鉆孔樁，對于跨度≥24 m的墩臺，采用φ100 cm鉆孔樁，必要時采用φ125 cm、φ150 cm鉆孔樁;采用管樁時，當橋墩墩身高度≥5.5 m時采用斜樁，斜樁斜率7∶1。

4 既有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)剛度檢算

4.1 簡支T梁剛度條件檢算

根據(jù)既有鐵路簡支T梁原設計圖紙，對梁體豎向撓度、橫向變形、梁端豎向轉(zhuǎn)角等進行建模檢算，并與原設計所采用的《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》（TB 10002.1—99）（以下表中簡稱99《橋規(guī)》）及現(xiàn)行《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020）（以下表中簡稱《市域鐵規(guī)》）相應規(guī)定的限值進行比較，檢算結(jié)果見表5（注：99《橋規(guī)》中無梁體橫向變形及梁端豎向轉(zhuǎn)角限值規(guī)定，表中相應指標僅列《市域鐵規(guī)》之規(guī)定）。

檢算結(jié)果表明，梁體豎向撓度、梁體橫向變形、梁端豎向轉(zhuǎn)角等指標檢算結(jié)果均滿足《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020）相關限值要求，梁體結(jié)構(gòu)滿足開行市域列車的剛度條件。

4.2 簡支梁橋墩臺剛度條件檢算

該文按既有鐵路某一代表性特大橋原設計橋梁總圖、墩臺尺寸、地質(zhì)情況等設計參數(shù)，對簡支梁墩頂縱向線剛度、順橋向水平位移、梁端橫橋向水平折角等指標進行逐墩檢算，控制性橋墩剛度計算結(jié)果見表6。

《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020）要求，24 m及32 m跨度雙線簡支梁墩頂縱向水平線剛度限值分別不小于180 kN/cm及190 kN/cm，水平位移不大于5，水平折角不大于1.0‰rad，表6中檢算結(jié)果表明，既有鐵路簡支梁控制性橋墩剛度均符合規(guī)范上述要求，滿足開行市域列車的橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度條件。

5 其他需研究的課題

根據(jù)《市域（郊）鐵路設計規(guī)范》（TB 10624—2020）

要求，市域鐵路橋梁結(jié)構(gòu)除需滿足剛度條件外，還需滿足列車運行安全性和乘客舒適度的要求，即橋梁車—橋耦合動力響應指標應滿足規(guī)范規(guī)定數(shù)值的要求，為探究既有鐵路橋梁的該項指標性能，應進一步對橋梁的車-橋耦合性能進行研究，建立車輛空間振動分析模型、橋梁空間振動分析模型，進行車-橋系統(tǒng)空間耦合振動仿真分析計算，以更為充分地論證既有鐵路橋型開行市域列車的適應性。

根據(jù)《鐵路橋梁檢定評估管理辦法》（鐵總運〔2015〕70號），當為鐵路橋梁進行運用條件的確定及為技術(shù)改造提供依據(jù)時，應根據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運函〔2004〕120號）相關要求，對既有橋梁進行鑒定評估。因此應結(jié)合工程進展情況，進一步會同鐵路運營等相關單位，共同研究布置既有線橋梁的現(xiàn)場檢定工作，為更加全面地對既有橋梁的狀態(tài)評估、更加充分地論證既有鐵路橋型開行市域列車的適應性提供基礎性的技術(shù)依據(jù)。

6 結(jié)語

隨著我國市域鐵路建設的快速推進，利用既有鐵路開行市域列車越發(fā)成為一種快捷和經(jīng)濟的方案，相關研究也逐漸成為熱門課題。該文從長三角地區(qū)某既有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)剛度適應性研究出發(fā)，根據(jù)最新的規(guī)范要求，對既有鐵路橋梁的相關剛度指標進行研究，論證了該工程利用既有鐵路開行市域列車對于橋梁結(jié)構(gòu)來說是具備一定技術(shù)可行性的，同時對更為深入的研究課題進行了展望，為國內(nèi)類似工程的研究提供了一定的參考和借鑒。

參考文獻

[1]市域（郊）鐵路設計規(guī)范： TB10624—2020[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2021.

[2]國家發(fā)改委. 關于促進市域（郊）鐵路發(fā)展的指導意見. 發(fā)改基礎[2017]1173號， 北京， 2017.

[3]徐振廷. 關于利用既有鐵路開行市域鐵路列車的問題探討[J]. 鐵道勘測與設計， 2020（2）： 58-61+84.

[4]王柄達. 金華市利用既有鐵路開行市域列車的關鍵問題研究[J]. 城市軌道交通研究， 2021（6）： 5-9.