高速铁路客运专线常用跨度桥梁设计

1 绪论1.1 概述自1964年世界上第一条高速铁路—日本东海道新干线建成以来，日本、法国、德国、西班牙、比利时、英国、韩国等国已经建成并投入使用的时速250km高速铁路已达6350多km。

可以说铁路客运专线是一个国家经济社会发展到一定程度是适应交通运输要求的必然产物。

按照国务院审议通过的«中长期铁路网规划»，到2020年，我国铁路运营里程将达到10万km，其中客运专线1.2万km。

目前已经开工建设的京津、武广、郑西等高标准的铁路客运专线规模已达3200多km。

铁路客运专线建设是一个庞大的系统工程，在基础工后沉降、无碴轨道技术、系统集成等方面环节多，技术难度大，虽然有秦沈客运专线建设的经验，但尚没有采用无碴轨道客运专线系统成熟的经验。

在客运专线铁路建设中尚有一些问题需要统筹考虑以保证我国未来铁路客运网的安全、先进和合理。

1.2 客运专线的线路选线铁路客运专线建设应充分体现“以人为本、服务运输、强本简末、着眼发展”的铁路建设新理念，由于其铁路建设标准，线路选线的控制因素多，难度大，但线路选线的优化与合理性直接关系铁路和地方经济社会的发展，所以，是客运专线建设重视的首要问题。

在客运专线引入特大、大城市区段的铁路，建议加强客运专线移入地下的设计方案研究。

我国城市扩容的潜力很大，这是经济社会发展的需要，也是我国人口多的国情实际，铁路作为百年大计应充分考虑今后城市发展需要，不对其造成过多的制约。

从国外高速铁路的经验看，轨道交通在进入大城市的主城区时，引入地下对城市的发展制约相对要小，比如日本东京、法国巴黎等国际都市的地铁和城郊铁路大多采用这种方式。

由此带来的问题是铁路建设投资成本的增加，到这部分投资的增加主要受益者是城市本身，应调动相关地方政府的积极性，研究确定铁路与地方政府合理的投资比例加以解决。

1.3 京津城际轨道交通工程概况京津城际轨道交通是环渤海京津冀地区城际轨道交通网的重要组成部分，也是沟通北京、天津两大直辖市的便捷通道。

线路由北京南站东段引出，沿京津高速公路第二通道至杨村，后沿京山铁路至天津站，正线全长113.544km。

2005年7月4日正式开工建设，将于2008年奥运会前正式通车运营，是我国开工建设并将最早建成的第一条高速客运专线铁路，即一流的工程质量、一流的装备水平、一流的运营管理。

采用国际上最先进的无碴轨道技术，确保列车高速平稳舒适运行，使京津两地间实现30分钟到达。

京津城际轨道交通全线桥梁总长度100.171km。

其中最长的桥梁为杨村特大桥，全桥长36.5km；该桥最大跨度大128m.1.4 京津城际轨道交通桥梁工程特点①技术标准高全线采用无杂轨道技术，桥梁必须满足高速客运专线无杂轨道铁路技术标准要求，桥梁的动力性能、刚度指标、变形控制等均达到目前国内铁路桥梁技术标准最高水平；②桥梁长度占线路长度的比例高桥梁总长度占线路长度比例达88.22％，其中以32、24m等常用跨度桥梁均占全线桥梁总长度的90％以上；③自然条件复杂，桥梁工程难度大沿线处于华北冲积平原，大部分地段分布有广泛的软土和松软土，地基承载力不高，具有含水量高、压缩性高、透水性差和强度低的特点；并且处于环渤海地震带的中心位置，沿线地震峰值加速度大，并且地震动反应谱特征周期值普遍较高；沿线又分布大范围的地震可液化层等复杂的自然条件；④景观设计要求高京津城际轨道交通将建设成为世界一流的客运专线，这不仅要体现在工程结构、技术装备本身，还要体现在铁路主体形象上，必须脱离旧铁路给人们的印象，况且本线连接北京与天津两大现代化城市，更应该注重景观效果，体现时代特征，做好工程建筑美学和景观设计要求。

1.5 客运专线中常用跨度桥梁所占比重目前，我国的铁路客运专线建设正处于高潮，拟建和在建客运专线铁路项目已达10条以上。

在这些客运专线中，桥梁总长均占线路总长的30％以上，其中以32、24m等常用跨度桥梁均占全线桥梁总长度的90％以上。

常用跨度桥梁是指经技术经济比较,被广泛应用的一种或几种跨度的简支梁或连续梁桥。

综合各方面的技术经济因素,客运专线常用跨度桥梁一般以32、24m跨度为经济。

所以，我国铁路客运专线具有规模大、桥梁比重大、常用桥梁跨度为主的特点。

综合以上分析，本设计选取京津客运专线中常用跨度桥梁进行模拟设计。

2 桥式方案比选2.1 京津客运专线工程概况京津客运专线是环渤海京津冀地区城际轨道交通网的重要组成部分，也是沟通北京、天津两大直辖市的便捷通道。

线路由北京南站东段引出，沿京津高速公路第二通道至杨村，后沿京山铁路至天津站，正线全长113.544km。

其中全线桥梁总长度100.171km。

2.2 京津客运专线桥梁工程特点2.2.1 技术标准要求全线采用无碴轨道技术，桥梁必须满足高速客运专线无碴轨道铁路技术标准要求，桥梁的动力性能、刚度指标、变形控制等均达到目前国内铁路桥梁技术标准最高水平。

2.2.2 以桥代路设计由于无碴轨道客运专线铁路沉降控制标准高，路基工程对沉降的控制难度更大，京津客运专线沿线分布较为广泛的软土和松软土，沉降控制问题更加突出。

根据武广、郑西客运专线，京津客运专线桥梁总长占线路总长度约88％；武广客运专线桥梁总长占线路总长度约40.6％；郑西客运专线桥梁总长占线路总长度约45.7％。

随着我国高速铁路的发展，土地资源的保护，考虑环境保护等多种问题，未来客运专线将必然涉及平原、丘陵和山地等不同环境地形，以桥代路建设新理念具有十分重要的意义。

2.2.3 客运专线沿线自然条件复杂，桥梁工程难度大沿线处于华北冲积平原，大部分地段分布有广泛的软土和松软土，地基承载力不高，具有含水量高、压缩性高、透水性差和强度低的特点。

沿线黏性土土层厚，可达数十米甚至百米以上。

对这些土层地段在设计时需进行地基的稳定及沉降验算，并采取相应的措施。

由于无碴轨道对沉降提出了更高的要求，所以本线桥梁基础设计难度不同于一般线路。

京津地区处于环渤海地震带的中心位置，沿线地震峰值加速度为0.2g和0.15g，并T值普遍较高；况且沿线分布大范围的地震可液化层，使得桥且地震动反应谱特征周期g梁地震作用影响严重。

京津地区由于多年来对地下水进行过度开采，正在引起局部区域性地面整体沉降，其对桥梁工程会产生长期性的影响且难以预测。

所以，京津地区复杂的地形条件更加大了本线桥梁工程的难度。

2.2.4 工程景观设计要求京津城际轨道交通将建设成为世界一流的客运专线，这不仅要体现在工程结构、技术装备本身，还要体现在铁路主体形象上，必须脱离老铁路给人们的老印象，况且本线连接北京天津两大现代化城市，更应该注重景观效果，体现时代特征，做好工程建筑美学和景观设计要求。

2.3. 常规桥梁式样、孔径选择京津城际轨道交通全线采用无碴轨道结构，由于本线广泛采用软土、松软土地基，且处于环渤海中心带的中心位置，部分地段由于抽取地下水造成区域性地面沉降，加之施工工期短。

为保证铁路运营的安全，维修的便捷，需要综合分析，经过技术经济比较，选用合理的常用跨度桥梁梁型、梁跨。

在本桥设计中，主要结合本地区的地质情况和桥高情况，再充分考虑桥梁技术条件、桥梁景观、多种施工方法、经济合理工期和施工组织前提下，对于常用跨度桥梁考虑了箱梁和T梁，钢筋混凝土和预应力混凝土结构，简支和连续及小跨度刚构等多种形式进行了综合的分析比选。

由于比选内容庞大，繁杂，因此将整个比选分两大部分。

第一部分为常用跨度简支梁和连续梁的技术经济比较。

比较内容见表2.1图2.1技术经济比较结果（注：摘自铁道标准设计文望青写的“客运专线桥梁设计的思考”）经综合经济、技术比较，结合本桥情况，推荐用预置架设为主，现浇和移动模架为辅的架梁方案。

梁型以32m简支梁为主，24m简支梁为辅的桥式方案（见图2.1）。

第二部分为常用跨度简支箱梁、T梁和小跨度刚构的技术经济比较，见表2.2综合经济、技术比较，对本设计推荐梁型以简支箱梁为主、32m为主。

3 桥墩设计3.1 概述目前，我国的铁路客运专线建设正处于高潮，拟建和在建客运专线铁路项目已达10条以上。

在这些客运专线中，桥梁总长均占线路总长的30％以上，其中以32m、24m等常用跨度桥梁均占全线桥梁总长度的90％以上。

所以，我国铁路客运专线具有规模大、桥梁比重大、常用桥梁跨度为主的特点。

3.2 主要设计要点3.2.1 桥墩外观的选择随着国民经济的发展，国家财力的增长，人们对桥梁建设的要求也越来越高，不再单纯追求经济实用，而开始追求技术经济合理和与环境协调的景观效果。

为此在桥墩造型选择时，按照尊重自然环境，减少人工行为对自然的坡坏，与自然和谐相处的设计原则，选用与梁部协调统一、适当的艺术造型的桥墩外观，并考虑到实用性好、施工简便、易与养护维修等原则，对常用跨度桥墩的造型比选。

通过优化计算、合理的断面形式，并力求减小桥梁的结构尺寸，最大限度减小桥梁本身对强度的影响。

设计中选用了矩形桥墩(见图3.1 a)和圆端形桥墩（见图3.1 b）。

根据本桥的结构设计特点，笔者选用了矩形实体桥墩（见图3.1 a）作为本次设计的重点。

a 矩形桥墩b 圆端形桥墩图3.1 客运专线中常用桥墩类型3.2.2 桥墩设计的内容和设计资料桥墩设计的内容包括：①合理选择桥墩类型和截面形状；②确定建筑材料及圬工规格；③确定桥墩各部分详细尺寸。

设计资料包括：地形地质资料（见初拟方案图）、线路桥跨设计资料等（见设计任务书）。

3.2.3 桥墩初步尺寸拟定3.2.3.1 顶帽的构造及尺寸拟定 1.顶帽构造的选取顶帽的类型有飞檐式（见图3.2）和托盘式（见图3.3）两种。

8m 及更小跨度的普通钢筋混凝土梁配用的矩形或圆端形截面桥墩，其顶帽一般采用飞檐式，顶帽的形状均随墩身形状而定。

10～32m 的普通钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁的桥墩，顶帽常做成托盘式以节省圬工。

托盘式顶帽的形状除圆形墩采用圆端形外，其它桥墩常采用矩形顶帽。

托盘的形状则按墩身形状而定。

顶帽顶面要设置不小于3％的排水坡。

3.2 飞檐式顶帽 3.3 托盘式顶帽所以，在本设计中的桥墩顶帽和托盘采用矩形截面四周抹圆角形式，顶帽上设排水坡，顶帽、托盘及墩身相互间不设飞檐。

2.顶帽的尺寸拟定 ①顶帽厚度本设计中初步拟定顶帽加支撑垫石厚度为1.15m ； ②顶帽的平面尺寸支座底板的尺寸及位置是决定顶帽平面尺寸的主要依据。

由于本设计中所用钢筋混凝土梁为31.5m 通专梁，其截面尺寸及细部构造见梁图。

此外，决定顶帽的平面尺寸时，还要考虑架梁和养护时的移梁、顶梁的需要。

顶帽的纵向宽度c 应满足下式：01234c c +2c +c +2c +2c ≥ （式3.1）式中 0c —考虑梁及墩台的施工误差的梁缝，对钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁跨度L 16m ≤时，0c =60m m ；L 20m ≥时，0100c mm =。