论文部分内容阅读
[摘要]以准东铁路托周段增建第二线为例，简要介绍重载铁路特点：结合準东铁路重载铁路桥梁设计，从活载标准的选择、桥、桥型方案的确定、常用跨度简支梁的选型、特殊跨度桥梁设计、桥墩设计等方面阐述重载铁路桥梁设计思路。同时对高桥桥型选择进行综合分析，桥墩设计应结合合理刚度选择施工、景观等因素综合确定。最后对准东铁路周家湾至虎石段桥梁设计进行反思和总结。
[关键词]重载铁路；桥梁设计；技术标准；活载标准；桥式；桥型
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低等优点已成为许多国家铁路货运发展的方向。随着煤运通道等货运专线的建设，铁路重载货车的研制成功，为缓解铁路运力紧张局面，起到了至关重要的作用。
1、重载铁路技术特点
重载铁路技术标准具有以下主要特点：重载列车牵引质量至少8000t；轴重到达或超过27t：在长度至少为150km的线路区段上运量至少达到4000万t。由于列车轴重的提高，相应加大了作用茌轨道、桥梁及路基等结构上的荷载，桥梁承载能力等需要根据重载标准设计。线路经过区地貌属高原台地、丘陵沟壑。沿线冲沟发育，沟谷深切。线路大多走行在沟谷岸坡上，横穿鞍部分水岭时多以隧道形式通过。冲沟底部及山梁顶部大多基岩出露。准东铁路托周段增建第二线线路全长59.851km，正线铺轨长度为59.017km。全线共有大、中桥46座，总长为15714.50m。其中：特大桥8349.83m/6座，大桥6769.50m/33座，中桥595.17m/7座，最长的桥为纳林川特大桥，长3272.98m。大、中桥长度占正线长度的26.26%。
2、活载标准研究现状
铁路活载标准是铁路技术政策的体现，不仅关系到桥梁和线路的技术发展，还影响到机车车辆指标、列车质量、密度和速度等运输因素，目前国外铁路活载标准均较高，轴重一般在30-35t，部分轴重达到40t。国内大秦铁路开行25t轴重列车，山西中南部铁路则采用30t轴重。2006年铁道部科技司印发了“铁路桥梁活载标准研究科研成果中-活载（2005）设计活载图式，明确货运专线采用ZH活载。2010年，原铁道部针对车辆发展趋势，结合重载铁路运输实践，开展研究工作。研究认为（2005）ZH活载存在中小跨度桥涵储备偏低的现象，建议将特种活载25t集中力修订为28t，称为（2010）ZH活载。
3、准东铁路运输特点
准东东铁路是一条运煤专线，东与大准铁路接通并与呼准铁路相接，西与东乌铁路接通，通过东乌线与包神铁路相连，随着准东二期的建成，在内蒙与山西境内形成平行与京兰通道的又一东西向通路。准东铁路周家湾至虎石段增二线建成后，将极大的增强煤运通道的运输能力，随着呼准二线的建成，鄂尔多斯市煤炭外运大能力通道基本形成，对增强蒙西煤炭路网外运能力有重要的作用，并可提高该地区煤炭运输的机动性和灵活性。
4、梁型选择
4.1常用跨度梁重载铁路桥梁主要以简支梁为主，而40m以下跨度的常用跨度桥梁占桥梁的比例一般都很高。合理地选择常用跨度桥梁的结构形式、跨度，对桥梁景观、工程投资均有很大影响。结合本线煤炭运输为主、兼顾客运的运输模式，桥梁荷载大、动力性能要求不高的特点，其桥面布置形式和其他I级铁路的桥面布置形式保持一致。这样在梁部施工中可方便运输、吊装以及架设，并且相关的机械设备和施工工艺也相对成熟。结合经济、战备、施工方便等因素，双线有砟轨道简支梁梁型选用4片简支T梁。根据速度目标值及设计活载，目前编制了铁路简支T梁通桥2101、2201、晋中南桥2103，但均需优化。本线设计活载与晋中南桥一致，通桥2201由于适用于客货共线铁路，梁部刚度较大，也能满足设计要求。综合比较，通桥2201由于梁高较高，桥面板较厚，混凝土数量虽大于晋中南桥2103，但混凝土强度等级比晋中南桥2103低，且钢筋及预应力钢绞线数量均较小，综合造价优于晋中南桥2103，因此本线决定在通桥2201基础上进行优化设计。桥跨考虑经济、施工及景观因素，桥梁孔跨布置一般以32m简支梁等跨布置，24m简支梁仅用于调跨的原则。
4.2特殊跨度桥梁当采用常规跨度简支梁受线路高程控制或斜交跨越一般道路、沟渠且不宜改移时，考虑采用小跨度连续刚构、框架等结构形式。跨越铁路、高等级公路等特殊工点的桥跨结构形式，结合工点的实际情况，一般采用预应力混凝土简支箱梁、连续梁、T构，钢桁梁、拱桥、斜拉桥等结构形式。考虑重载铁路荷载大、运输密度高，特殊结构需加强强度及疲劳等相关技术指标的检算，并采用切实可行的施工方法。重载铁路由于其自身选线特点，高墩、大跨是重载铁路不可避免的桥梁结构形式，如何确定山区高桥的结构类型及跨度是重载铁路的一个重要课题，有必要作归纳和总结，以期对日后重载铁路桥梁工程建设有所借鉴。有研究表明，一般简支梁（主跨32m），当墩高达到70m以上，由于高墩的费用急剧增加，且高墩施工难度大，工程投资较大跨度连续梁或连续刚构高。结合高墩施工难度大、建设工期长，对防洪、环保影响大等因素，一般墩高达到70m以上，优先选择大跨桥梁结构。
5、我国重载货运专线铁路发展建议
5.1活载标准选用宜结合疏运特点，并考虑发展储备系数和影响效应安全储备。
5.2线路选线避免穿越地形变化剧烈的山区，无法避免时，宜采用大跨结构跨越，施工采用悬灌、顶推等方法施工，避免高支架现浇施工，梁部及轨道设计时考虑相邻桥墩温度效应对不同高度桥墩高程变化的影响。
5.3并行既有建筑物跨越通航河流时，线间距除满足防洪及通航安全论证要求外，尚应满足相关行业安全条例要求。
5.4因功能需要需采用大跨结构时，应优先选择抗疲劳性强、耐久性好的上承式混凝土结构。
5.5桥墩设计时，桥墩尺寸宜结合经济、施工条件、地质资料、景观效果及基础刚度综合确定。
结语：
我国重载货运专线铁路发展实践仅有10余年历史，到现在尚无重载铁路设计规范颁布，以上的观点意见希望对重载铁路有帮助。
[关键词]重载铁路；桥梁设计；技术标准；活载标准；桥式；桥型
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低等优点已成为许多国家铁路货运发展的方向。随着煤运通道等货运专线的建设，铁路重载货车的研制成功，为缓解铁路运力紧张局面，起到了至关重要的作用。
1、重载铁路技术特点
重载铁路技术标准具有以下主要特点：重载列车牵引质量至少8000t；轴重到达或超过27t：在长度至少为150km的线路区段上运量至少达到4000万t。由于列车轴重的提高，相应加大了作用茌轨道、桥梁及路基等结构上的荷载，桥梁承载能力等需要根据重载标准设计。线路经过区地貌属高原台地、丘陵沟壑。沿线冲沟发育，沟谷深切。线路大多走行在沟谷岸坡上，横穿鞍部分水岭时多以隧道形式通过。冲沟底部及山梁顶部大多基岩出露。准东铁路托周段增建第二线线路全长59.851km，正线铺轨长度为59.017km。全线共有大、中桥46座，总长为15714.50m。其中：特大桥8349.83m/6座，大桥6769.50m/33座，中桥595.17m/7座，最长的桥为纳林川特大桥，长3272.98m。大、中桥长度占正线长度的26.26%。
2、活载标准研究现状
铁路活载标准是铁路技术政策的体现，不仅关系到桥梁和线路的技术发展，还影响到机车车辆指标、列车质量、密度和速度等运输因素，目前国外铁路活载标准均较高，轴重一般在30-35t，部分轴重达到40t。国内大秦铁路开行25t轴重列车，山西中南部铁路则采用30t轴重。2006年铁道部科技司印发了“铁路桥梁活载标准研究科研成果中-活载（2005）设计活载图式，明确货运专线采用ZH活载。2010年，原铁道部针对车辆发展趋势，结合重载铁路运输实践，开展研究工作。研究认为（2005）ZH活载存在中小跨度桥涵储备偏低的现象，建议将特种活载25t集中力修订为28t，称为（2010）ZH活载。
3、准东铁路运输特点
准东东铁路是一条运煤专线，东与大准铁路接通并与呼准铁路相接，西与东乌铁路接通，通过东乌线与包神铁路相连，随着准东二期的建成，在内蒙与山西境内形成平行与京兰通道的又一东西向通路。准东铁路周家湾至虎石段增二线建成后，将极大的增强煤运通道的运输能力，随着呼准二线的建成，鄂尔多斯市煤炭外运大能力通道基本形成，对增强蒙西煤炭路网外运能力有重要的作用，并可提高该地区煤炭运输的机动性和灵活性。
4、梁型选择
4.1常用跨度梁重载铁路桥梁主要以简支梁为主，而40m以下跨度的常用跨度桥梁占桥梁的比例一般都很高。合理地选择常用跨度桥梁的结构形式、跨度，对桥梁景观、工程投资均有很大影响。结合本线煤炭运输为主、兼顾客运的运输模式，桥梁荷载大、动力性能要求不高的特点，其桥面布置形式和其他I级铁路的桥面布置形式保持一致。这样在梁部施工中可方便运输、吊装以及架设，并且相关的机械设备和施工工艺也相对成熟。结合经济、战备、施工方便等因素，双线有砟轨道简支梁梁型选用4片简支T梁。根据速度目标值及设计活载，目前编制了铁路简支T梁通桥2101、2201、晋中南桥2103，但均需优化。本线设计活载与晋中南桥一致，通桥2201由于适用于客货共线铁路，梁部刚度较大，也能满足设计要求。综合比较，通桥2201由于梁高较高，桥面板较厚，混凝土数量虽大于晋中南桥2103，但混凝土强度等级比晋中南桥2103低，且钢筋及预应力钢绞线数量均较小，综合造价优于晋中南桥2103，因此本线决定在通桥2201基础上进行优化设计。桥跨考虑经济、施工及景观因素，桥梁孔跨布置一般以32m简支梁等跨布置，24m简支梁仅用于调跨的原则。
4.2特殊跨度桥梁当采用常规跨度简支梁受线路高程控制或斜交跨越一般道路、沟渠且不宜改移时，考虑采用小跨度连续刚构、框架等结构形式。跨越铁路、高等级公路等特殊工点的桥跨结构形式，结合工点的实际情况，一般采用预应力混凝土简支箱梁、连续梁、T构，钢桁梁、拱桥、斜拉桥等结构形式。考虑重载铁路荷载大、运输密度高，特殊结构需加强强度及疲劳等相关技术指标的检算，并采用切实可行的施工方法。重载铁路由于其自身选线特点，高墩、大跨是重载铁路不可避免的桥梁结构形式，如何确定山区高桥的结构类型及跨度是重载铁路的一个重要课题，有必要作归纳和总结，以期对日后重载铁路桥梁工程建设有所借鉴。有研究表明，一般简支梁（主跨32m），当墩高达到70m以上，由于高墩的费用急剧增加，且高墩施工难度大，工程投资较大跨度连续梁或连续刚构高。结合高墩施工难度大、建设工期长，对防洪、环保影响大等因素，一般墩高达到70m以上，优先选择大跨桥梁结构。
5、我国重载货运专线铁路发展建议
5.1活载标准选用宜结合疏运特点，并考虑发展储备系数和影响效应安全储备。
5.2线路选线避免穿越地形变化剧烈的山区，无法避免时，宜采用大跨结构跨越，施工采用悬灌、顶推等方法施工，避免高支架现浇施工，梁部及轨道设计时考虑相邻桥墩温度效应对不同高度桥墩高程变化的影响。
5.3并行既有建筑物跨越通航河流时，线间距除满足防洪及通航安全论证要求外，尚应满足相关行业安全条例要求。
5.4因功能需要需采用大跨结构时，应优先选择抗疲劳性强、耐久性好的上承式混凝土结构。
5.5桥墩设计时，桥墩尺寸宜结合经济、施工条件、地质资料、景观效果及基础刚度综合确定。
结语：
我国重载货运专线铁路发展实践仅有10余年历史，到现在尚无重载铁路设计规范颁布，以上的观点意见希望对重载铁路有帮助。