摘 要:世紀(jì)之交的鐵路橋梁主要以高墩、大跨、高速、耐久性為主要發(fā)展形式,結(jié)合近些年鐵路橋梁的建設(shè),介紹鐵路橋梁在跨越能力、允許通過(guò)速度、新材料、耐久性等方面取得的重大成就和長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著多條客運(yùn)專線及宜萬(wàn)、福廈等鐵路及多座跨長(zhǎng)江橋梁的建設(shè),這些橋梁建成后將會(huì)對(duì)世界橋梁建設(shè)產(chǎn)生影響。
關(guān)鍵詞:鐵路橋梁;跨越能力;新材料;耐久性;允許通過(guò)速度
中圖分類號(hào):U44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào):10042954(2004)07010604
自上世紀(jì)90年代初,中國(guó)鐵路以大秦線、京九線、南昆線、哈大線、寶成線、浙贛線等新建和改擴(kuò)建鐵路為契機(jī),掀起了一輪鐵路大發(fā)展的高潮。這一輪鐵路建設(shè)的特點(diǎn)是,加大重要干線的運(yùn)輸能力和大量填補(bǔ)國(guó)土資源運(yùn)輸?shù)目瞻住V?FONT face="Times New Roman">90年代末和本世紀(jì)初,從考慮運(yùn)輸質(zhì)量出發(fā)和進(jìn)一步填補(bǔ)國(guó)土資源運(yùn)輸空白的鐵路以廣深線、秦沈線、青藏鐵路及三大干線等提速改造為代表的提速、準(zhǔn)高速、高速、高源凍土鐵路相繼建設(shè),鐵路和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的比例發(fā)展關(guān)系更加明朗。這一時(shí)期對(duì)鐵路橋梁的要求也從重視載重發(fā)展成為對(duì)列車過(guò)橋速度和平順性的要求,鐵路橋梁除了不斷發(fā)展跨越能力外,從計(jì)算理論方面也走過(guò)了強(qiáng)度、抗裂性、剛度、舒適度和耐久性幾個(gè)階段,這標(biāo)志著我國(guó)鐵路橋梁的發(fā)展跟上了世界橋梁發(fā)展的步伐。從秦沈客運(yùn)專線的高速行車試驗(yàn)和青藏鐵路耐久材料的研究等表明,我國(guó)鐵路橋梁界也正在同步研究相同類型的問(wèn)題。世紀(jì)之交的鐵路橋梁發(fā)展是以高墩、大跨、高速、耐久性為主要形式的發(fā)展。
1 混凝土簡(jiǎn)支橋梁
混凝土標(biāo)準(zhǔn)梁在加快鐵路建設(shè)中起到重要作用是不爭(zhēng)的事實(shí),而其盡量少用材料及鋼料以適用國(guó)情和能夠用架橋機(jī)架設(shè)的365JT設(shè)計(jì)理念在世紀(jì)末發(fā)生了變化。用于廣深鐵路的標(biāo)準(zhǔn)梁,列車速度達(dá)到200km/h左右時(shí)一些梁需要進(jìn)行必要的加固,若干干線提速后,標(biāo)準(zhǔn)梁橫向連接較弱的問(wèn)題突出了出來(lái)。本世紀(jì)初新修編的標(biāo)準(zhǔn)梁圖,調(diào)整了梁截面尺寸,加寬了主梁間距,增加了橫向預(yù)應(yīng)力,加強(qiáng)了橫向剛度,使之能夠適應(yīng)客車160km/h乃至200km/h左右的運(yùn)行速度。在混凝土簡(jiǎn)支梁的跨度方面,90年代初曾有采用架橋機(jī)架設(shè)40m簡(jiǎn)支T形梁橋的工點(diǎn),如京廣線的江村橋等。由于運(yùn)輸過(guò)程中受隧道凈空的限制,橋面寬須減窄,部分小曲線半徑和道岔須加固,不得不逐漸放棄。在寧武線黃河橋上首次采用“造橋機(jī)”節(jié)段拼裝48m混凝土箱形簡(jiǎn)支梁;繼而在南昆線打埂、白水河橋采用的跨度發(fā)展為56m;在神延線禿尾河橋工點(diǎn),從32m簡(jiǎn)支梁橋方案比較到150m跨度的連續(xù)梁橋方案,最終確定采用較為經(jīng)濟(jì)的64m混凝土箱形簡(jiǎn)支梁橋式方案。由于大跨混凝土簡(jiǎn)支梁橋在較高橋墩的工點(diǎn)上有橋式的合理性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì),在世紀(jì)之交我國(guó)建設(shè)的南昆線、內(nèi)昆線、渝懷線、株六線、包石線、神延線等線均有采用此種橋式的工點(diǎn)。株六線的響琴峽發(fā)展為“造橋機(jī)”架設(shè)的先簡(jiǎn)支后連續(xù)(40+64+40)m橋式;而在建的蘭武線河口黃河橋擬采用“造橋機(jī)”建多孔56m的連續(xù)彎梁橋。32mT梁架設(shè)見(jiàn)圖1,移動(dòng)支架造橋機(jī)見(jiàn)圖2。

高速鐵路上的混凝土簡(jiǎn)支梁橋,梁在設(shè)計(jì)中的控制因素已不僅是強(qiáng)度、抗裂性、剛度等,而是要考慮列車過(guò)橋時(shí)旅客的舒適程度。秦沈客運(yùn)專線高速列車的行車試驗(yàn)表明,經(jīng)過(guò)動(dòng)力仿真模擬確定的混凝土簡(jiǎn)支箱形梁橋的設(shè)計(jì)參數(shù)基本合理,調(diào)整后優(yōu)化可以用于我國(guó)今后建設(shè)的高速鐵路上。

在建的青藏鐵路是世界上第一條高原凍土鐵路,其環(huán)境的惡劣以及對(duì)橋梁構(gòu)件的耐久要求和沒(méi)有依靠大量人力養(yǎng)護(hù)維修的條件,在4500m海拔高程以上的高原凍土區(qū)段采用的混凝土簡(jiǎn)支梁的對(duì)策中,盡量采用先張梁,通過(guò)研究和參照國(guó)外有關(guān)規(guī)范要求降低鋼及混凝土的允許應(yīng)力,加大保護(hù)層厚度,首次在后張梁采用真空壓漿工藝及能通過(guò)凍融循環(huán)300次的混凝土配方等。與之配套的支座亦采用少或免維修的圓柱面鋼支座,橋墩和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)采用抗凍融、凍漲、凍拔的措施,期望能達(dá)到提高耐久性的預(yù)期效果(圖4)。

2 高橋墩
山區(qū)鐵路的建設(shè),免不了需要修建高橋墩,而修建高橋墩的能力也影響山區(qū)鐵路的選線。本世紀(jì)初建成的內(nèi)昆線李子溝大橋(圖5)、花土坡大橋創(chuàng)高橋墩之最,分別達(dá)到107m和110m。值得一提的是,較低的李子溝大橋由于地質(zhì)較差,將橋墩建成掃把形方才能通過(guò)模擬列車運(yùn)行的動(dòng)力仿真分析,通過(guò)實(shí)橋行車試驗(yàn),實(shí)測(cè)和分析結(jié)果相近;至于高橋墩自身的溫度、風(fēng)振、車振、地震等問(wèn)題尚有待進(jìn)一步研究。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋
橋墩較低矮,設(shè)剛構(gòu)橋剛度難以調(diào)整或溫度聯(lián)長(zhǎng)太長(zhǎng)時(shí),預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是合理的選擇。由于受到大噸位支座的限制,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的跨度較上世紀(jì)90年代初建成的侯月線海子溝橋只前進(jìn)了20m,建成的寶成線清江7號(hào)橋主跨徑88m,長(zhǎng)荊線漢江橋主跨徑100m,內(nèi)昆線花土坡橋(圖6)和包石線三道坎黃河橋主跨徑分別為單、復(fù)線104m,為目前我國(guó)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁之最。秦沈客運(yùn)專線建成的主跨徑64m和80m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁高速運(yùn)行情況良好。南昆線板其2號(hào)橋主跨徑為72m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁,其曲線半徑R=450m,為我國(guó)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁之首座。值得一提的是南昆線八渡南盤江橋,主跨為90mV形支撐連續(xù)梁,原設(shè)計(jì)意圖是減少梁的支撐長(zhǎng)度,從而優(yōu)化梁體的橫截面尺寸,更適合單線鐵路橋,而這一點(diǎn)頗有爭(zhēng)議。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋
此種橋式由于大跨度主墩上沒(méi)有支座,不受大噸位支座研發(fā)的限制,橋墩和梁體可以協(xié)調(diào)受力,懸灌365JT施工時(shí)可不設(shè)臨時(shí)支座,故發(fā)展迅猛。繼攀枝花金沙江橋建成主跨168m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋后,建成和在建的有一大批此類橋梁,南昆線清水河橋主跨128m,渝懷線黃草烏江橋主跨168m。值得注意的是發(fā)展到如此跨度,受橫向剛度的限制,主梁箱寬已能滿足雙線橋的要求,建單線鐵路橋已很不經(jīng)濟(jì)。另一方面,此種橋式聯(lián)長(zhǎng)太長(zhǎng)時(shí),溫度力難以控制,不得不將部分采用連續(xù)梁,即剛構(gòu)連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu),內(nèi)昆線李子溝橋就是其靈活應(yīng)用的例子。渝懷鐵路井口嘉陵江特大橋見(jiàn)圖7。

5 鋼橋
在人們對(duì)不停的刷油漆感到厭倦和不能忍受其造價(jià)后,全國(guó)各鐵路部門一段時(shí)間內(nèi)較少采用鋼梁橋,在世紀(jì)末鋼梁的涂裝得到飛速發(fā)展,其稱謂壽命已超過(guò)人的工作壽命。一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家的報(bào)道,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到近百年壽命時(shí),其整修比鋼結(jié)構(gòu)更加麻煩,從而印證了人們對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題的看法,又重新審視鋼梁橋。建成九江橋后,對(duì)是否采用高強(qiáng)鋼建橋產(chǎn)生了看法,大部分學(xué)者認(rèn)為宜采用中強(qiáng)鋼。京九線孫口黃河橋采用的就是SM50C中強(qiáng)鋼(受焊接的限制采用的是日本鋼材及標(biāo)準(zhǔn))整體節(jié)點(diǎn);新荷線長(zhǎng)東黃河橋正式采用國(guó)產(chǎn)中強(qiáng)鋼14MnNbq;之后采用中強(qiáng)鋼建設(shè)的有蕪湖長(zhǎng)江橋、長(zhǎng)壽長(zhǎng)江橋、佳木斯松花江橋等。建成的蕪湖長(zhǎng)江橋?yàn)樾崩骷觿诺倪B續(xù)鋼桁梁橋式,跨度為312m,已建成的長(zhǎng)壽和在建的萬(wàn)洲長(zhǎng)江橋主跨分別是192m鋼桁梁橋式、主跨360m鋼桁拱橋式,均為國(guó)內(nèi)同類型橋梁之最(圖8)。

鋼混凝土結(jié)合梁受剪力鍵制約多年,西康線洵河橋采用的48m簡(jiǎn)支梁結(jié)合梁其剪力鍵是高強(qiáng)螺栓。經(jīng)試驗(yàn)研究,剪力釘仍為較好的連接方式,秦沈客運(yùn)專線采用的主跨30、40、50m鋼混凝土結(jié)合連續(xù)梁的剪力鍵為剪力釘,并有兩座橋鋼梁采用工地全焊,另有一座為R=1500m的連續(xù)彎梁橋。
6 拱橋
水柏線北盤江橋?yàn)?FONT face="Times New Roman">236m的鋼管混凝土上承式拱橋橋式(圖9),但其鋼管只起到鋼筋和模板的作用,并未按約束混凝土呈三向應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算分析,鐵路橋梁承受活載大、剛度要求嚴(yán)是其表現(xiàn)的特點(diǎn)。該橋創(chuàng)多項(xiàng)之最,橋高達(dá)280m,轉(zhuǎn)體重達(dá)萬(wàn)余t;若早年有此365JT技術(shù),貴昆線或許不是現(xiàn)在的走向。在建的宣杭線東笤溪橋橋式為112m的提籃式系桿拱橋;在建的萬(wàn)州長(zhǎng)江橋橋式為主跨360m桁架拱橋,其特點(diǎn)是橋形美觀但各桿件長(zhǎng)短不一,結(jié)點(diǎn)多不相同,設(shè)計(jì)、施工均較麻煩。在改革開(kāi)放前,人們不愿意建造此類橋梁,此橋建成后將創(chuàng)亞洲紀(jì)錄(圖10)。

7 斜拉橋
繼紅水河斜拉橋之后,世紀(jì)末建成了大秦線大里營(yíng)主跨50m混凝土剛性索轉(zhuǎn)體斜拉橋和蕪湖長(zhǎng)江矮塔斜拉加勁的鋼桁梁橋;擬建的武漢樞紐天興洲長(zhǎng)江橋?yàn)?FONT face="Times New Roman">500m左右跨度的四線鐵路斜拉橋,將在世界橋梁史上占有一席之地(圖11)。

綜上,世紀(jì)之交,在我國(guó)鐵路橋梁人員的共同努力下,橋梁的跨越能力、允許通過(guò)速度、新材料、耐久性等方面取得了重大的成就和長(zhǎng)足的發(fā)展,隨著多條客運(yùn)專線及萬(wàn)宜、福廈等鐵路以及多座跨長(zhǎng)江的橋梁的建設(shè),這些橋梁建成后將會(huì)對(duì)世界橋梁建設(shè)產(chǎn)生影響。表1~表6為歷年來(lái)大跨度鋼桁梁橋、大跨度拱橋、大跨度斜拉橋和特殊結(jié)構(gòu)橋、鋼結(jié)合梁橋、大跨度混凝土連續(xù)梁橋、大跨度簡(jiǎn)支梁橋一覽表,供讀者參考。
表1 大跨度鋼桁梁橋(部分)
線路名稱 橋名 主橋孔跨布置/m 建成年代備 注
大準(zhǔn)線 黃河特大橋 96+132+96 1992
淅贛線 尖山浦陽(yáng)江大橋 128 1992
京九線 孫口黃河特大橋 4×180 1992
濱洲線 富拉爾基特大橋 3×64 1995 簡(jiǎn)支
京九線 九江長(zhǎng)江大橋 180+216+180 1995.6 鋼桁梁柔性拱
湘黔線 渠江大橋 2×80 1996
京九線 吉安贛江特大橋 64×96+64 1996
京包線 媯水河特大橋 4×128 1997 簡(jiǎn)支
新荷線 長(zhǎng)東黃河特大橋 9×96+4×108+3×108 1998
新長(zhǎng)線 江陰輪渡棧橋 5×48 2001隨水往上、下變動(dòng)
綏佳線 佳木斯松花江特大橋 96+2×128+96 2002
荷日線 兗北特大橋 64 2002
渝懷線 長(zhǎng)壽長(zhǎng)江大橋 144+2×192+144 2003
寧啟線 京杭運(yùn)河特大橋 112 2004
表2 大跨度拱橋
線路名稱 橋名 橋跨式樣/m 建成年代 備注
北京鐵路 西站豐臺(tái)路立交橋 16+36+161995 尼爾森體系
西康線 豁口特大橋 42 1998 雙線下承
銅陵專用線 天橋路立交橋 50 2000 單線下承
水柏線 北盤江大橋 236 2001 上承鋼管拱
贛龍線 吊鐘巖大橋 140 在建 上承
宣杭線 東苕溪特大橋 112 在建 拱籃式下承拱
青藏線 拉薩河特大橋 36+72+108+72+36 在建 鋼管混凝土拱連續(xù)梁組合體系
宜萬(wàn)線 萬(wàn)洲長(zhǎng)江大橋 168+360+168 在建 鋼桁拱
表3 大跨度斜拉橋和特殊結(jié)構(gòu)橋
線路名稱 橋名 橋跨式樣/m 建成年代 備注
京九線 衛(wèi)運(yùn)河特大橋 32.5+65+32.5 1993 斜拉式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)桁架
西長(zhǎng)線 衙門口特大橋 2×24 1996 連續(xù)SRC梁
杭州樞紐 大寨港1號(hào)橋 1×40 1996 無(wú)碴SRC梁
大秦線 大里營(yíng)特大橋 50+41.5 1997 槽形梁斜拉橋轉(zhuǎn)體施工
哈大線 鞍鋼橋 16.98 1999 預(yù)彎SRC梁
蕪湖樞紐 蕪湖長(zhǎng)江大橋 180+312+180 1997 斜拉加筋鋼桁梁
表4 鋼混結(jié)合梁橋
線路名稱 橋名 橋跨式樣/m 建成年代 備注
西康線 落馬寨特大橋 4×48 1998 單線、簡(jiǎn)支
秦沈客運(yùn)專線 丁香特大橋 40+50+40 2001 R=1500彎梁
秦沈客運(yùn)專線 東高力污中橋 24+32+24 2001 全焊
秦沈客運(yùn)專線 東李金屯大橋 24+32+24 2001 全焊
秦沈客運(yùn)專線 卡力馬3號(hào)大橋 24+2×32+24 2001 全焊
秦沈客運(yùn)專線 跨102國(guó)道1號(hào)大橋 32+40+32 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨305國(guó)道大橋 40+50+40 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨錦大公路大橋 32+40+32 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨遼江公路中橋 24+32+24 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨潘烏公路中橋 40+50+40 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨沈環(huán)線大橋 24+32+24 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨沈山石路大橋 32+40+32 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨老繞陽(yáng)河大橋 24×2×32+24 2001
表5 大跨度混凝土連續(xù)梁橋
線路名稱 橋名 橋跨式樣/m 建成年代 備注
南防線 茅嶺江大橋 48.5+80+48.5 1983.1
衡廣復(fù)線 白面石武水大橋 32+64+32 1987
浙贛線 錢塘江二橋 48+65+14×80+65+45 1988.4
侯月線 海子溝大橋 63+2×84+63 1992 雙
廣梅汕線 東江特大橋 40+4×64+40 1992
寶中線 中衛(wèi)黃河特大橋 7×48 1993 頂推施工
神朔線 神朔黃河特大橋 48+8×80+48 1993
西延線 狄家河特大橋 4×40 1993 頂推施工
石長(zhǎng)線 沅江公鐵特大橋 62+5×96+62 1993.11
京九線 泰河贛江大橋50+4×80+50 1994
廣深準(zhǔn) 高速石龍大橋40+3×72+40 1994
石長(zhǎng)線 湘江特大橋61+7×96+61 1994.9造橋機(jī)施工
湘黔線 湘江特大橋42+10×75+42 1994
京九線 貢水贛江特大橋40+3×72+40 1995
京九線 黃沙尾特大橋40+3×72+40 1995
石長(zhǎng)線 澧水特大橋40+4×72+40 1995
南昆線 八渡南盤江特大橋54+2×90+54 1996 V形支撐連續(xù)梁
石長(zhǎng)線 資水特大橋50+4×80+50 1996
湘黔線 湘江大橋42+10×75+42 1996
廣大線 普棚大橋50+92+50 1997
包三復(fù)線 三道坎黃河特大橋64+104+64 1999雙
朔黃線 滴流澄滹渡河特大橋50+80+50 1999
朔黃線 莊里澄滹渡河特大橋40+3×80+40 1999
朔黃線 紅山崖滹渡河特大橋50+80+50 1999
達(dá)萬(wàn)線 州河大橋48+80+48 2000
株六復(fù)線 響琴峽大橋40+64+40 2001造橋機(jī)施工先簡(jiǎn)支后連續(xù)
六株復(fù)線 箭桿河大橋40+64+40 2001
內(nèi)昆線 花土坡大橋64+2×104+64 2001
長(zhǎng)荊線 鐘祥漢江特大橋60+3×100+60 2001
沈秦客運(yùn)專線 跨102國(guó)道2號(hào)特大橋32+48+32 2001
秦沈客運(yùn)專線 跨阜錦公路特大橋48+80+48 2001
秦沈客運(yùn)專線跨錦娘公路特大橋40+64+40 2001
秦沈客運(yùn)專線跨興閻公路特大橋40+64+40 2001
秦沈客運(yùn)專線柳樹(shù)屯特大橋40+64+40 2001
京九線東江特大橋40+4×64+40 2002
南寧樞紐邕江大橋64+96+64 2002
渝懷線阿蓬江大橋40+64+40 2003
南倉(cāng)東流解南倉(cāng)特大橋40+62+72+62+40 003
南倉(cāng)東流解南倉(cāng)特大橋24+34+24 2003
呼準(zhǔn)線黃河特大橋(48+10×80+48)+(7×48+3×40)在建48m、40m為造橋機(jī)制簡(jiǎn)支梁
蘭武復(fù)線黃河特大橋40+4×56+40在建造橋機(jī)施工箱形彎梁R=600m
贛龍線芋子英大橋60+100+60在建
贛龍線芋闕山壩大橋50+80+50在建
贛龍線松頭江大橋50+2×80+50在建
表6 大跨度簡(jiǎn)支梁橋
線路名稱 橋名 橋跨式樣/m 建成年代 備注
焦枝線洛陽(yáng)黃河特大橋51孔50m 1992.5
靈武支線靈武黃河橋10孔48m 1994
南昆線打埂大橋4孔56m 1996
南昆線白水河1號(hào)大橋8孔56m 1996
包三復(fù)線三盛公黃河橋12孔54m 1998
株六線南山河大橋4孔64m 2001
內(nèi)昆線老煤洞大橋5孔64m 2001
神延線禿尾河大橋11孔64m 2002
渝懷線細(xì)沙河大橋4孔64m 2003
渝懷線錦和錦江大橋7孔64m 2003
南昆線清水河大橋72+128+72 1996
南昆線板其2號(hào)大橋44+72+44 1996R=450m曲線梁
南昆線喜舊溪大橋56+88+56 1996
南昆線天生橋2號(hào)大橋56+88+56 1996
黎欽線飛龍郁江大橋62+2×100+62 1998.9
成都樞紐機(jī)場(chǎng)路立交大橋20+33+20 1998丫型剛構(gòu)
成都樞紐土橋立交橋20+33+20 1998丫型剛構(gòu)內(nèi)
昆線李子溝特大橋72+3×128+72 2001剛構(gòu)連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)
內(nèi)昆線烏家坪1號(hào)大橋56+88+56 2000
長(zhǎng)荊線湯永中橋262001斜腿剛構(gòu)
秦沈客運(yùn)專線跨102國(guó)道3號(hào)大橋16+3×24+162001剛構(gòu)連續(xù)梁
重慶樞紐井口嘉陵江大橋84+144+84 2003雙線
渝懷線涪陵烏江大橋66+128+66 2003雙線
渝懷線黃草烏江大橋96+168+96 2003雙線
渝懷線下塘口烏江大橋72+128+72 2003雙線
南倉(cāng)東硫解線南倉(cāng)特大橋38+62+38 2003剛構(gòu)連續(xù)梁
宜萬(wàn)線宜昌長(zhǎng)江大橋130+2×275+130在建剛構(gòu)拱組合體系