摘　要:世紀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、允許通過速度、新材料、耐久性等方面取得的重大成就和長足的發(fā)展。隨著多條客運專線及宜萬、福廈等鐵路及多座跨長江橋梁的建設(shè),這些橋梁建成后將會對世界橋梁建設(shè)產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞:鐵路橋梁;跨越能力;新材料;耐久性;允許通過速度

中圖分類號:Ｕ44　　文獻標(biāo)識碼:Ｃ　　文章編號:10042954(2004)07010604　

自上世紀90年代初,中國鐵路以大秦線、京九線、南昆線、哈大線、寶成線、浙贛線等新建和改擴建鐵路為契機,掀起了一輪鐵路大發(fā)展的高潮。這一輪鐵路建設(shè)的特點是,加大重要干線的運輸能力和大量填補國土資源運輸?shù)目瞻住Ｖ?FONT face="Times New Roman">90年代末和本世紀初,從考慮運輸質(zhì)量出發(fā)和進一步填補國土資源運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、準高速、高速、高源凍土鐵路相繼建設(shè),鐵路和國民經(jīng)濟的比例發(fā)展關(guān)系更加明朗。這一時期對鐵路橋梁的要求也從重視載重發(fā)展成為對列車過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,從計算理論方面也走過了強度、抗裂性、剛度、舒適度和耐久性幾個階段,這標(biāo)志著我國鐵路橋梁的發(fā)展跟上了世界橋梁發(fā)展的步伐。從秦沈客運專線的高速行車試驗和青藏鐵路耐久材料的研究等表明,我國鐵路橋梁界也正在同步研究相同類型的問題。世紀之交的鐵路橋梁發(fā)展是以高墩、大跨、高速、耐久性為主要形式的發(fā)展。

1　混凝土簡支橋梁

混凝土標(biāo)準梁在加快鐵路建設(shè)中起到重要作用是不爭的事實,而其盡量少用材料及鋼料以適用國情和能夠用架橋機架設(shè)的365JT設(shè)計理念在世紀末發(fā)生了變化。用于廣深鐵路的標(biāo)準梁,列車速度達到200ｋｍ/ｈ左右時一些梁需要進行必要的加固,若干干線提速后,標(biāo)準梁橫向連接較弱的問題突出了出來。本世紀初新修編的標(biāo)準梁圖,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,加強了橫向剛度,使之能夠適應(yīng)客車160ｋｍ/ｈ乃至200ｋｍ/ｈ左右的運行速度。在混凝土簡支梁的跨度方面,90年代初曾有采用架橋機架設(shè)40ｍ簡支Ｔ形梁橋的工點,如京廣線的江村橋等。由于運輸過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”節(jié)段拼裝48ｍ混凝土箱形簡支梁;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,從32ｍ簡支梁橋方案比較到150ｍ跨度的連續(xù)梁橋方案,最終確定采用較為經(jīng)濟的64ｍ混凝土箱形簡支梁橋式方案。由于大跨混凝土簡支梁橋在較高橋墩的工點上有橋式的合理性和經(jīng)濟性的優(yōu)勢,在世紀之交我國建設(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。株六線的響琴峽發(fā)展為“造橋機”架設(shè)的先簡支后連續(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”建多孔56ｍ的連續(xù)彎梁橋。32ｍＴ梁架設(shè)見圖1,移動支架造橋機見圖2。

高速鐵路上的混凝土簡支梁橋,梁在設(shè)計中的控制因素已不僅是強度、抗裂性、剛度等,而是要考慮列車過橋時旅客的舒適程度。秦沈客運專線高速列車的行車試驗表明,經(jīng)過動力仿真模擬確定的混凝土簡支箱形梁橋的設(shè)計參數(shù)基本合理,調(diào)整后優(yōu)化可以用于我國今后建設(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)境的惡劣以及對橋梁構(gòu)件的耐久要求和沒有依靠大量人力養(yǎng)護維修的條件,在4500ｍ海拔高程以上的高原凍土區(qū)段采用的混凝土簡支梁的對策中,盡量采用先張梁,通過研究和參照國外有關(guān)規(guī)范要求降低鋼及混凝土的允許應(yīng)力,加大保護層厚度,首次在后張梁采用真空壓漿工藝及能通過凍融循環(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)計采用抗凍融、凍漲、凍拔的措施,期望能達到提高耐久性的預(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模擬列車運行的動力仿真分析,通過實橋行車試驗,實測和分析結(jié)果相近;至于高橋墩自身的溫度、風(fēng)振、車振、地震等問題尚有待進一步研究。

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)長太長時,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90年代初建成的侯月線海子溝橋只前進了20ｍ,建成的寶成線清江7號橋主跨徑88ｍ,長荊線漢江橋主跨徑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,為目前我國鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁之最。秦沈客運專線建成的主跨徑64ｍ和80ｍ的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁高速運行情況良好。南昆線板其2號橋主跨徑為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)計意圖是減少梁的支撐長度,從而優(yōu)化梁體的橫截面尺寸,更適合單線鐵路橋,而這一點頗有爭議。

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施工時可不設(shè)臨時支座,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。另一方面,此種橋式聯(lián)長太長時,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圖7。

5　鋼橋

在人們對不停的刷油漆感到厭倦和不能忍受其造價后,全國各鐵路部門一段時間內(nèi)較少采用鋼梁橋,在世紀末鋼梁的涂裝得到飛速發(fā)展,其稱謂壽命已超過人的工作壽命。一些西方發(fā)達國家的報道,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)達到近百年壽命時,其整修比鋼結(jié)構(gòu)更加麻煩,從而印證了人們對混凝土結(jié)構(gòu)問題的看法,又重新審視鋼梁橋。建成九江橋后,對是否采用高強鋼建橋產(chǎn)生了看法,大部分學(xué)者認為宜采用中強鋼。京九線孫口黃河橋采用的就是ＳＭ50Ｃ中強鋼(受焊接的限制采用的是日本鋼材及標(biāo)準)整體節(jié)點;新荷線長東黃河橋正式采用國產(chǎn)中強鋼14ＭｎＮｂｑ;之后采用中強鋼建設(shè)的有蕪湖長江橋、長壽長江橋、佳木斯松花江橋等。建成的蕪湖長江橋為斜拉索加勁的連續(xù)鋼桁梁橋式,跨度為312ｍ,已建成的長壽和在建的萬洲長江橋主跨分別是192ｍ鋼桁梁橋式、主跨360ｍ鋼桁拱橋式,均為國內(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簡支梁結(jié)合梁其剪力鍵是高強螺栓。經(jīng)試驗研究,剪力釘仍為較好的連接方式,秦沈客運專線采用的主跨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

水柏線北盤江橋為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)計算分析,鐵路橋梁承受活載大、剛度要求嚴是其表現(xiàn)的特點。該橋創(chuàng)多項之最,橋高達280ｍ,轉(zhuǎn)體重達萬余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;在建的萬州長江橋橋式為主跨360ｍ桁架拱橋,其特點是橋形美觀但各桿件長短不一,結(jié)點多不相同,設(shè)計、施工均較麻煩。在改革開放前,人們不愿意建造此類橋梁,此橋建成后將創(chuàng)亞洲紀錄(圖10)。

7　斜拉橋

繼紅水河斜拉橋之后,世紀末建成了大秦線大里營主跨50ｍ混凝土剛性索轉(zhuǎn)體斜拉橋和蕪湖長江矮塔斜拉加勁的鋼桁梁橋;擬建的武漢樞紐天興洲長江橋為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,世紀之交,在我國鐵路橋梁人員的共同努力下,橋梁的跨越能力、允許通過速度、新材料、耐久性等方面取得了重大的成就和長足的發(fā)展,隨著多條客運專線及萬宜、福廈等鐵路以及多座跨長江的橋梁的建設(shè),這些橋梁建成后將會對世界橋梁建設(shè)產(chǎn)生影響。表1～表6為歷年來大跨度鋼桁梁橋、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

大準線 黃河特大橋 96+132+96 1992

淅贛線 尖山浦陽江大橋 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 簡支

京九線 九江長江大橋 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 簡支

新荷線 長東黃河特大橋 9×96+4×108+3×108 1998

新長線 江陰輪渡棧橋 5×48 2001隨水往上、下變動

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 長壽長江大橋 144+2×192+144 2003

寧啟線 京杭運河特大橋 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

宜萬線 萬洲長江大橋 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

西長線 衙門口特大橋 2×24 1996 連續(xù)ＳＲＣ梁

杭州樞紐 大寨港1號橋 1×40 1996 無碴ＳＲＣ梁

大秦線 大里營特大橋 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、簡支

秦沈客運專線 丁香特大橋 40+50+40 2001 Ｒ=1500彎梁

秦沈客運專線 東高力污中橋 24+32+24 2001 全焊

秦沈客運專線 東李金屯大橋 24+32+24 2001 全焊

秦沈客運專線 卡力馬3號大橋 24+2×32+24 2001 全焊

秦沈客運專線 跨102國道1號大橋 32+40+32 2001

秦沈客運專線 跨305國道大橋 40+50+40 2001

秦沈客運專線 跨錦大公路大橋 32+40+32 2001

秦沈客運專線 跨遼江公路中橋 24+32+24 2001

秦沈客運專線 跨潘烏公路中橋 40+50+40 2001

秦沈客運專線 跨沈環(huán)線大橋 24+32+24 2001

秦沈客運專線 跨沈山石路大橋 32+40+32 2001

秦沈客運專線 跨老繞陽河大橋 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 高速石龍大橋40+3×72+40 1994

石長線 湘江特大橋61+7×96+61 1994.9造橋機施工

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

達萬線 州河大橋48+80+48 2000

株六復(fù)線 響琴峽大橋40+64+40 2001造橋機施工先簡支后連續(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

長荊線 鐘祥漢江特大橋60+3×100+60 2001

沈秦客運專線 跨102國道2號特大橋32+48+32 2001

秦沈客運專線 跨阜錦公路特大橋48+80+48 2001

秦沈客運專線跨錦娘公路特大橋40+64+40 2001

秦沈客運專線跨興閻公路特大橋40+64+40 2001

秦沈客運專線柳樹屯特大橋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

南倉東流解南倉特大橋40+62+72+62+40 003

南倉東流解南倉特大橋24+34+24 2003

呼準線黃河特大橋(48+10×80+48)+(7×48+3×40)在建48ｍ、40ｍ為造橋機制簡支梁

蘭武復(fù)線黃河特大橋40+4×56+40在建造橋機施工箱形彎梁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

成都樞紐機場路立交大橋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號大橋56+88+56 2000

長荊線湯永中橋262001斜腿剛構(gòu)

秦沈客運專線跨102國道3號大橋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

南倉東硫解線南倉特大橋38+62+38 2003剛構(gòu)連續(xù)梁

宜萬線宜昌長江大橋130+2×275+130在建剛構(gòu)拱組合體系