山区高速铁路桥梁经济指标分析

高金秋

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

2020年是实施“十三五”规划的收官之年，年底一大批高速铁路、普速铁路集中开通运营。截止2020年12月底，全国铁路营业总里程达14.6万公里，其中，高铁通车里程3.8万公里，我国已建成世界上规模最大的现代化高速铁路网，高速铁路、高寒铁路、高原铁路、重载铁路技术达到世界领先水平。

如上所述，我国将迎来大规模高速铁路建设。我国中西部多为山区，在这种地形条件下建设高速铁路，从勘察、设计、施工等方面会带来新的挑战[1-3]。

以下对某山区高速铁路可行性研究阶段桥梁设计和综合估算进行分析，得出山区高速铁路桥梁每米经济指标，并分析桥梁经济指标的影响因素。为在山区高速铁路勘察设计选线，线路纵断面设计和可行方案决策提供参考。

1 我国高速铁路桥梁简述

高速铁路运营密度大、运行速度高、对舒适度要求高，故高速铁路线路应具有平顺性高、稳定性高、精度高、残变小和维修少等特点。

桥梁结构在竖向刚度、工后沉降控制、土地占用和维修养护方面的技术经济指标一般优于路基工程，在高速铁路建设中，桥梁结构一般占比较大。

为了解决高速铁路建设过程中桥梁工程多、工期紧张等问题，对标准跨度预应力混凝土简支梁方案进行了深入研究，经过对不同跨度、不同截面类型的梁体综合比较，确定我国高速铁路桥梁常用跨度以32 m预应力混凝土简支箱梁为主，同时配以24 m作为调跨的桥梁布置原则。高速铁路桥梁设计标准化和桥梁施工工业化不仅易于对施工质量进行控制，而且加快了施工速度，为顺利完成我国铁路“十三五”发展规划中所确定的发展目标奠定了基础[4-5]。

我国幅员辽阔，各个地区地形和地质条件相差较大。为了与不同地区的自然环境相适应，广泛采用特殊结构桥梁(见表1)[6-9]。跨越深谷时常采用拱桥；跨越高速公路或者既有铁路时，多采用48～100 m的中等跨度连续箱梁；跨越大江大河时，除满足河流通航要求外，还要考虑桥梁形式与环境的协调性，常采用大跨度的系杆拱桥、连续刚构、斜拉桥、悬索桥及组合结构桥梁(如图1～图3)[10-15]。

表1 高速铁路桥梁特殊结构

图1 京张高铁官厅水库特大桥

图2 郑焦城际铁路郑州黄河大桥

图3 南广铁路西江特大桥

2 工程实例分析

2.1 项目概况

某拟建高速铁路位于我国西南山区，目前，该项目处于可行性研究阶段，对该项目进行勘察设计后，明确了拟修建高铁地区沿线河流水系特征及地形地貌、水文、气象、工程地质、水文地质、地震动参数区划等自然条件。该线主要技术标准如下。

正线数目：双线；

设计速度：350 km/h；

线间距：5 m；

最小曲线半径：7 000 m(困难5 500 m)；

最大坡度：20‰(困难30‰)；

牵引种类：电力；

列车类型：动车组；

到发线有效长度：650 m。

高速铁路所处地区地形地貌为平原、丘陵、岭谷区。测区出露中生界白垩系、侏罗系地层，川东平行岭谷区各背斜核部出露有少量的三叠系地层，其中侏罗系约占全线总长度的90%左右，主要岩性为“川东红层”泥岩、砂岩；第四系堆积物分布较广，以河谷阶地、缓丘槽谷等低洼地带较为集中且厚度较大。岩土体主要力学参数见表2。

表2 岩土主要力学参数

桥址区地震动峰值加速度为0.10g，地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s。

沿线水系均属长江水系，水系发育，河流、水库众多。沿线主要河流为长江一级支流沱江、嘉陵江、小江。嘉陵江一级支流涪江、渠江、曲水河、西河、潆溪河、清溪河，涪江支流芝溪河，渠江支流东柳河、流江河、铜钵河、明月江；小江支流南河、普里河。其中嘉陵江、渠江为规划Ⅲ级航道；涪江为规划Ⅳ级航道；沱江为规划Ⅴ级航道；流江河、铜钵河、明月江为规划Ⅶ级航道，部分河段通航。

2.2 新建桥梁主要设计原则

正线采用常用跨度预应力混凝土简支箱梁和常用跨度连续梁，优先布设32 m跨整孔简支箱梁，24 m梁作为配跨使用，同一座桥尽量采用等跨布置；当跨越通航河流、高等级公路、铁路、或遇有深水基础、高墩深谷，采用常用跨度梁跨越无法通过或不经济时，视情况选用大跨度连续梁、刚构、拱桥、斜拉桥或节段拼装大跨度简支梁等特殊桥梁结构(见表3)。

表3 新建桥梁通用图示意

正线桥墩高≤30 m时，宜采用双线圆端型实体桥墩；当桥墩高>30 m时，优先采用空心墩。力求同一座桥梁墩形式简化统一，以方便施工[16]。正线填方段采用双线空心桥台，若受地形影响，也可以采用挖方桥台。

基础类型应根据水文、地质、地形、沉降控制要求及施工条件等合理选用。墩台基础以钻孔桩基础为主，当地质条件较好，地下水不发育且基础埋深≤6 m时，可采用明挖扩大基础。钻孔桩桩径一般情况选用1.0 m、1.25 m，特殊情况可采用较大直径钻孔桩。

桥梁下部主要采用混凝土、钢筋混凝土结构，梁部结构多采用预应力混凝土和钢筋混凝土结构。梁部混凝土强度不得低于C50，墩台不得低于C35，承台一般采用C30，桩身一般采用C30。

桥梁一般采用HPB300和HRB400钢筋，并满足TB10092—2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》相关要求。

2.3 桥梁综合估算经济指标分析

根据现场勘察设计，结合现场实际情况并深入研究后，最终确定一个推荐方案和多个比较方案。

结合勘察设计后所确定的所有线路方案，线路、站场、轨道、路基、隧道、桥梁、通号、接触网、工经等相关专业开展具体工点设计，然后根据每个方案的控制点工程的个数、工程实施的难易程度、对当地经济发展的影响程度和工程投资进行比较，进一步明确各个方案的优缺点。

本项目有A方案和B方案，其中A方案线路长42.3 km，B方案线路长42.6 km。两个方案桥梁工点的信息见表4。每个方案特大桥、大桥和中桥的综合估算见表4～表7。

表4 A方案与B方案桥梁工点信息

续表1

续表6

表7 中桥综合估算

续表7

由表4～表5可知，A方案和B方案特大桥综合估算指标分别为72 015元/m、117 218元/m； A方案和B方案特大桥的平均墩高分别为19.6 m、18.7 m，平均墩高相差不大，但是特大桥指标相差45 203元/m。经过对比分析，认为有如下几方面原因。

表5 特大桥综合估算

(1)上部工程特殊结构长度占比不同。A方案和B方案上部工程特殊结构长度分别为544 m、1 824 m，特殊结构占比分别为6.9%、23.6%，故B方案上部工程综合估算指标较A方案多20 143元/m。

(2)上部工程是下部工程量的直接影响因素，大跨度梁多，下部工程的钢筋混凝土数量必然增大，B方案下部工程综合估算指标较A方案多14 527元/m。

(3)大跨度梁多因跨江、跨河及跨等级道路而设，大跨度梁的增多，会导致附属工程中河床河堤整治、既有道路路基防护、边坡加固防护数量增加，B方案附属工程综合估算指标较A方案多1 723元/m。

(4)大跨度梁多采用悬臂施工、转体施工，施工辅助设施数量大，B方案施工辅助设施综合估算指标较A方案多8 810元/m。

由表6可知，A方案和B方案大桥综合估算指标分别为77 321元/m、78 050元/ m，大桥指标相差729元/m。A方案和B方案特大桥的平均墩高分别为16.6 m、16.3 m，平均墩高相差不大。

表6 大桥综合估算

A方案和B方案上部工程特殊结构长度分别为592 m、812 m，特殊结构占比分别为5.9%、8.4%，虽然B方案特殊结构占比高，但是A方案中有22孔32 m单线箱梁，故上部工程综合估算指标A方案较B方案多962元/ m。

B方案特殊结构占比高，所以B方案下部工程、附属工程和施工辅助设施综合估算指标分别较A方案高674元/ m、688元/ m、330元/ m。

表7中，A方案和B方案中桥综合估算指标分别为74 699元/m、74 163元/m，指标相差536元/m。A方案和B方案中，平均墩高分别为12 m、11.7 m，平均墩高相差不大， A方案与B方案中均无特殊结构和大跨度梁，故上部工程的综合估算指标仅相差30元/m。B方案下部工程、附属工程综合估算指标较A方案高499元/m和1 065元/m。综上，B方案较A方案综合估算指标略高，这主要是地形和地质情况不同造成的。

3 结论

(1)桥梁上部工程、下部工程、附属工程和施工辅助设施四个方面紧密联系，上部工程中特殊结构和大跨度梁对桥梁综合估算指标影响较大，在桥梁综合估算指标分析过程中，应首先分析特殊结构和大跨度梁占比。

(2)在全为常用跨度简支梁的情况下，桥梁综合估算指标主要受桥梁高度影响，若桥梁高度一定，则附属工程中的边坡加固防护、既有道路路基防护等对桥梁综合估算指标有一定的影响，这部分对桥梁综合估算指标影响约为11%。

(3)对于复杂特大桥，如公铁两用桥，跨江桥，和高架车站应该单列综合估算单元。因为此类桥梁结构复杂，施工辅助措施费用高，综合估算指标较高。

(4)如果没有特殊结构，平均桥墩高在12 m左右，同时附属工程中(如边坡加固防护、桥下沟河及道路改移和既有道路路基防护)无较大支出，并且基础施工辅助措施采用一般方式，则桥梁综合估算指标约为6.6万元/m。当特殊结构占比不超过桥梁总长的9%时，平均墩高不超过20 m的条件下，桥梁综合估算指标约为7.8万元/m。

(5)在山区高速铁路中不可避免的会有平均墩高大于20 m的桥梁，如果高桥较长且较为集中，应对40 m及以上跨度简支梁与32 m简支梁进行经济指标分析，以确定最优方案。