大同市金庄煤矿铁路装车环线小半径曲线桥梁设计

王东文

（中铁二院西北勘察设计有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

1.1 桥址概况

金庄煤矿铁路装车环线设计曲线半径R=300m，环线长度2984.46m，位于既有铁丰铁路专用线与金庄煤矿工业广场之间，西距铁丰铁路专用线60.0m，东距金庄煤矿工业广场80.0m，轨面距地面平均高度18.0m。装车环线多次上跨金庄煤矿工业广场进场道路及多条乡村道路，进场道路作为进出工业广场的唯一通道，交通繁忙 （如图1所示）。

图1 装车环线设计

1.2 地质构造

金庄煤矿铁路装车环线位于华北地震区山西地震带北部，新构造活动以垂直升降运动为主，根据钻探揭示，场地地层较为简单，在勘探深度范围内，场地分布地层为砂质黄土、中（粗）砂、粉质黏土、细（粗）圆砾土、泥岩及砂岩。砂岩层顶面埋深介于25.0～35.0m，起伏变化小，力学性质较好、承载力高、压缩性低，可作为本桥基础理想的持力层[1]。

2 主要技术标准

1）设计速度：不大于45km/h；

2）正线数目：单线；

3）设计活载：中-活载；

4）轨道结构类型：有碴轨道；

5）净空：桥下净空≥5.0m；

6）地震烈度：按 8°设防。

3 桥梁结构选择与布置

3.1 桥梁采用的桥型

本桥桥位处跨越交通繁忙的进场道路和多条乡村道路，同时毗邻既有铁丰铁路专用线和金庄煤矿工业广场，如何做到桥梁在满足通行需要的同时，又与工业广场融为一体，形成独特的地理标志和景观是本桥在桥型选择时重点考虑的问题[2]。结合本桥的具体情况可选择的桥型有简支梁 （如图2所示）及连续梁（如图3所示）。综合比较后考虑到简支梁既能适应较小的曲线半径进行工厂化生产同时整齐划一的标准孔跨布置又能与工业广场的氛围相融合，整体效果较连续梁方案好，因此采用简支梁桥是较好的选择。

图2 有简支架

图3 连续架

3.2 桥梁长度、跨度的选择

根据现场地面道路的分布情况以及净空要求，按照桥梁完全跨越地面道路以及既有管线后结合地质构造及地震设防烈度设置桥台，据此确定桥梁长度为2728.86m。根据铁路装车环线的曲线半径、填土高度、建筑限界、梁体横向加宽限值以及架桥机适用条件综合比选后选用16.5m标准跨径简支梁作为基本跨径，使桥梁整体受力合理，造型简洁、美观、大方，和周边环境也能很好的协调。

3.3 桥梁的结构形式

桥梁上部结构R=300m曲线段采用16.5m标准跨径简支 T梁 （通桥 （2005）2101），直线段采用32.7m标准跨径简支T梁。桥梁下部结构桥墩采用矩形实体墩，桥台采用T形桥台，墩台基础采用钻孔灌注桩基础。据此确定桥梁的孔跨布置为4x32.7+113x16.5+21x32.7m预应力混凝土简支T梁，桥梁全长2728.86m。

3.4 主要建筑材料

简支梁采用C50混凝土；实体墩、T形桥台采用C35混凝土；桩基础采用C30钢筋混凝土。

4 桥梁结构设计

4.1 梁部设计

1）梁部加宽。通桥（2005）2101 系列图，给出的适用曲线半径R≥1200m，是在满足桥面挡砟墙内侧距线路中心线不小于2.2m，两片梁腹板中心距2.2m的构造条件下的最小曲线半径。装车环线的平面曲线半径R=300m，需将两片梁的腹板中心距进行调整，具体调整值为按R=300m的曲线半径计算的桥梁中矢减去按R=1200m的曲线半径计算的桥梁中矢：

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

调整后两片梁的腹板中心距为2.29m。

2）梁缝处理。由于简支梁曲线布置的影响，简支梁梁端形成内侧小外侧大的梁缝。16.5m标准跨径简支T梁单线梁宽4.9m，内侧梁缝为6cm，按平分中矢法布置，则半径R=300m时，梁端外侧梁缝宽度为34cm。为防止道碴掉落梁下及使用安全，在梁缝处设置加厚型横向铁盖板。

3）曲梁检算[3]。位于曲线上的梁，会受到来自列车的横向离心力，装车环线货物列车限速45km/h，经过建立空间三维模型计算，简支梁各项指标均能够满足规范的要求。

4.2 墩台设计

1）尺寸拟定。小半径曲线桥梁墩台尺寸的拟定是此类桥梁设计内容中非常重要的一部分。由于小半径曲线上简支梁梁端梁缝较大，考虑到梁缝及支座实际位置，小半径曲线范围的桥梁墩台顶帽往往比常规墩台的纵横向尺寸大些[4]。

根据全桥曲线布置图，将每孔梁支座的实际位置画出，经过检算，通桥（2012）4101-Ⅱ系列图的桥墩顶帽尺寸满足16.5m标准跨径简支T梁在曲线半径R=300m时的布置及架设要求，桥墩顶帽横桥向长6.0m，纵桥向宽2.3m，墩径横桥向长3.4m，纵桥向宽1.6m。

2）墩台检算。小半径曲线范围墩台与常规墩台检算的区别就是离心力引起的水平力，为减小墩身截面尺寸，可设置一定的横向预偏心以适应墩台受力的需要。

经检算，桥墩设置36cm的横向预偏心即可满足运营及架设时的安全要求。

5 结语

该桥为铁路装车环线小半径曲线桥梁，并采用多跨小跨径简支T梁，是铁路装车环线小半径曲线桥梁设计中的首次尝试。本桥已于2016年建成使用，桥梁结构简洁、比例协调，已成为金装煤矿的一道靓丽的景观，并对今后铁路装车环线小半径曲线桥梁的设计有一定的借鉴作用。