浅论我国高速铁路桥梁建设的设计特点与关键技术

摘要：现代高速铁路建设中，桥梁建设技术已经成为不可或缺的关键技术之一。文章从我国高速铁路桥梁建设的理念入手，分析了我国高速铁路桥梁建设的设计特点，介绍了高速铁路桥梁建设中采用的关键技术，具有一定参考价值。

关键词：高速铁路桥梁；设计特点；关键技术

中图分类号：TU311.4 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0186-02

在现代高速铁路建设中，桥梁设计与建造技术已成为关键技术之一。桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分，主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适。以京沪高速铁路为例，它经过的区域是东部经济发达地区，全长为1300多公里，桥梁占1000多公里，为全长的77%。我国的高速铁路建设通过借鉴德国、日本等国高速铁路桥梁先进技术和成功建设经验，在我国高速铁路桥梁建设的具体实践中，逐步形成了有特色的高速铁路桥梁建设的设计特点与关键技术。

一、我国高速铁路桥梁建设的设计特点

（一）我国高速铁路桥梁的设计特点

由于速度大幅提高，高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁。桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性，造成结构物承受很大冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至危及列车运行安全。这些都对桥梁结构的刚度和整体性提出了极高的要求。本文从以下六个方面介绍其设计特点：

1. 高架桥所占比例大。高架长桥多桥梁在高速铁路中所占的比例较大，主要原因是在平原、软土以及人口和建筑密集地区，通常采用高架桥通过。京津城际铁路桥梁累计长度占全线正线总长的比例为86.6％，京沪高速铁路为80.5％，广珠城际铁路为94.0％，武广客运专线为48.5％，哈大客运专线为74.3％。

2. 大量采用简支箱梁结构形式。根据我国高速铁路建设规模、工期要求和技术特点，通过深入的技术比较，确定以32m简支箱梁作为标准跨度，整孔预制架设施工。预应力体系有先张法和后张法两种。少部分采用12 m，16 m跨度的T形梁，预制吊装。

3. 大跨度桥多。受国情路况的制约，我国客运专线中，跨度达100 m及以上的大跨度桥梁很多。据统计，在建与拟建客运专线中，100 m以上跨度的高速桥梁至少在200座以上。其中，预应力混凝土连续梁桥的最大跨度为128 m，预应力混凝土刚构桥的最大跨度为180 m，钢桥的最大跨度为504 m。

4. 桥梁刚度大，整体性好。为了保证列车高速、舒适、安全行驶，高速铁路桥梁必须具有足够大的竖向和横向刚度以及良好的整体性，以防止桥梁出现较大挠度和振幅。同时，还必须严格控制由混凝土产生的徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形，以保证轨道的高平顺性。

5. 限制纵向力作用下结构产生的位移。避免桥上无缝线路出现过大的附加力。由于桥梁结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上无缝线路钢轨产生附加应力，过大的附加应力会导致桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，要求桥梁墩、台具有足够的纵向刚度，以尽量减少钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。

6. 改善结构的耐久性，便于检查和维修。高速铁路是极其重要的交通运输设施，桥梁结构物应尽量做到少维修或免维修，因此，设计时需要将改善结构物的耐久性作为设计原则，统一考虑合理的结构布局和构造细节，并在施工中加以严格控制，保证质量。另一方面，高速铁路运营繁忙，列车速度高，维修时间都放在夜间“天窗”时间进行，一般为4h，因此桥梁结构构造应易于检查和维修。

二、我国高速铁路桥梁建设的关键技术

（一）大跨度桥梁设计建造技术

高速铁路桥梁通常宜采用小跨。但由于跨越大江、大河和深谷的需要，高速铁路大跨度桥梁的修建也不可避免，而我国高速铁路大跨度桥上速度目标值与其他路段保持一致，这也增加了大跨度桥梁的设计建造难度。主要设计建造技术包括：采用更高强度等级钢材、应用新型空间结构、研制大跨重载桥梁专用装置、采用深水基础施工新工艺等。

（二）无缝线路桥梁设计建造技术

桥上无缝线路钢轨受力与路基上钢轨受力不同，桥梁自身变形和位移将使桥上钢轨承受额外的附加应力。为了保证桥上行车安全，设计应考虑梁轨共同作用引起的钢轨附加力，并采取措施将其限制在安全范围内。钢轨附加应力包括制动力、伸缩力和挠曲力。经过多年的专题研究，目前我国系统建立了无缝线路梁一轨作用的力学模型，通过相应的模型试验和实桥测试验证了分析模型和理论的可靠性，制定了相应的技术控制指标。

（三）“车—线—桥”动力响应仿真技术

为保证列车高速、舒适、安全行驶，高速铁路桥梁必须具有足够大的刚度和良好的整体性，以防止桥梁出现较大挠度和振幅。我国从20世纪80年代初就开始进行“车—线—桥”动力相互作用理论和应用研究，建立和发展了多种分析模型，制定了相应的评定标准。在铁道部组织的桥梁动力性能综合试验中，试验车创造了300 km／h以上的速度纪录，验证了我国“车—线—桥”动力仿真分析方法的有效性和评定标准的可信性。通过多年科研攻关和工程实践，基本掌握了高速铁路“车—线—桥”动力响应作用机理。

（四）无砟轨道桥梁设计建造技术

在无砟轨道桥梁设计中追求构造简洁、美观，力求标准化、便于施工架设和养护维修，确保其足够的耐久性和良好的动力性能，关键在于解决梁体的刚度和变形控制技术。通过对梁体的竖向挠度、水平挠度、扭转角、竖向自振频率等主要技术参数的研究，以及对预应力混凝土梁徐变上拱的控制研究，使桥梁结构能够满足无砟轨道铺设条件。目前我国已基本掌握了高速铁路无砟轨道桥梁的设计建造技术。

（五）车站桥梁设计建造技术

集铁路、地铁、地面交通为一体的大型综合交通客站从桥梁角度来说有两种类型，为房内设桥和桥上设房。北京南站、上海虹桥站采用房内设桥方式要综合考虑各种因素，重点解决温度应力缝设置、结构综合受力分析以及合理控制工程量等问题；新武汉站、新广州站采用桥上设房方式，桥梁承载了巨大的站房荷载，且多以集中荷载的方式作用于桥上，桥梁结构设计极其复杂，其关键是要上下结合巧妙布置，使站房的力尽快传于桥墩上，并合理控制桥梁桥墩变形对站房结构的影响。

（六）高架长桥快速施工技术

正在建设的高速铁路桥梁长度占线路长度的比例远远大于普通铁路，并出现了一些长度大于l0 km、甚至达到上百千米的特长高架桥。标准跨度简支梁一般采用在沿线现场预制梁厂集中预制，并以配套运架设备逐孔架设的施工方法，特殊跨度的连续梁采用原位浇筑的施工方法。通过工程实践，形成了一系列成熟的标准梁制、运、架工艺及相应装备，高质量、高速度地实现了特长桥梁的建造。

（七）900t级整孔简支梁制造运输架设技术

为解决32 m整孔预制箱梁的运架施工问题，国内自主研制了多种形式的450 t级提梁机、900 t级架桥机，900 t级运梁车、900 t级移动模架造桥机等，从建场、制梁、移运、架设等方面摸索出整套制梁技术，具有较好的施工效率、安全性与可靠性。

（八）桥梁基础沉降控制技术

在地层为软土、松软土地段，沉降是桥梁基础设计的主控因素，对工程投资影响巨大。通过对大量实测数据进行沉降曲线与沉降趋势的分析比较，提出桥梁群桩基础沉降计算采用“剪切变形传递法”及“分层总合法”；桥梁明挖基础及涵洞基底不处理基础沉降计算采用“规范法”（分层总和法）；基底为换填或旋喷桩处理的涵洞基础沉降计算则采用“复合模量法”（EC法）与“分层总和法”相结合的方法。目前，我国基本掌握了高速铁路桥梁基础沉降控制技术。

此外还有高速铁路桥梁支座应用技术、高性能混凝土材料应用技术、岔区桥梁结构设计建造技术等，这些关键技术，在我国的高速铁路桥梁建设中，发挥了重要的作用。

三、结语

正是上述设计特点和关键技术在铁路桥梁工程实际中的正确运用，我国的高速铁路桥梁技术有了飞速发展。我国的高速铁路建设技术已经步入世界先进水平的行列。我们只有在现有的技术上不断创新，研究更多的新技术，才能在世界高速铁路建设的浪潮中立于不败之地。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部．新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定[S]．北京：中国铁道出版社，2007．

[2]中华人民共和国铁道部．新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定[S]．北京：中国铁道出版社，2005．

[3]张速．高速铁路发展概况[J]．山西建筑，2006，32（2）．

作者简介：张义君，男，河南光山人，中铁二十三局集团第三工程有限公司工程师，工学学士，研究方向：城市道桥。