高速铁路桥梁构造，维修养护关键

高速铁路桥梁多分为高架桥、谷架桥和跨越河流的一般桥梁。其中，高架桥用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质不良地段，通常墩身不高，跨度较小；谷架桥用以跨越山谷，跨度较大，墩身较高。

由于高速铁路的运营密度及对舒适性、安全性的要求均高于普通线路，因此高速列车对桥梁结构的动力作用也就更大。在这个前提下，高速铁路桥梁在设计、施工中形成了自己的特色。

一、桥梁建造模式的变化

20世纪50年代初期，我国仿照苏联建造铁路桥梁的模式，线路以货物运输为主，桥梁设计则注重承载能力要求。90年代后，客运比重加大，建设了广深准高速铁路，主要干线实施提速，并修建了秦沈客运专线，对桥梁结构也提出了适应运行速度和乘坐舒适度的要求。

二、高速铁路桥梁的特点

高速铁路桥梁的运行速度均较快，技术标准要求较高，站间距离长，要与周围环境协调，要求尽量减小噪声污染，因此高速铁路对桥梁的要求与普通铁路不同，且高速铁路技术标准限制严格，曲线半径大，坡度小，并需要全封闭行车，桥梁建筑物数量多于普通铁路。在平原及人口稠密地区，经常选用高架线路；而在山区及丘陵地带，谷架桥会明显增多。

（一）桥梁的结构形式

小跨度桥梁采用多孔等跨简支梁桥，大跨度桥梁的结构形式较多，但数量较少，主要有预应力混凝土连续梁、连续刚构、预应力混凝土斜拉桥和钢筋混凝土拱桥。

1.多孔等跨简支梁桥

高架线路上采用多孔等跨简支梁桥的形式，具有以下优点：

（1）等跨简支体系的桥跨外形一致，截面相同，构造布置统一，使桥跨密集的高架线路在运营中的管理工作大为简化，也便于结构的日常检查和养护维修。

（2）高架线路采用简支体系的梁桥，更能适应地质不良、地基承载力低的地段。

（3）等跨简支梁适宜于现场工厂化预制，逐孔架设，能显著提高施工速度。但对于跨度小于20 m的小型桥梁，根据国外的经验最好采用超静定结构，如刚构桥。

2．多孔等跨连续梁

能够提高梁部结构整体性和刚度，并且对保持桥上线路的平顺性更有利，从而提高桥上行车的舒适性和安全性。采用适当的施工方法能保证桥梁的经济性和施工进度。

3．钢筋混凝土刚架结构

钢筋混凝土刚架结构是一种空间静不定结构，整体性好，具有较好的刚度和抗震性能。当技术经济条件相宜时，也可采用这种结构形式。斜交刚架和框架桥在跨越道路等情况时，其适应性强，整体性好，可以采用。

4．钢-混凝土结合梁（型钢-混凝土结构）

钢-混凝土结合梁跨越能力强，施工方便，并且由于结构重量轻，因而有显著的抗震优势，故在跨越繁忙道路或抗震要求较高的场合适用。

（二）桥梁特点

（1）桥梁数量多。

平交道的存在将使列车速度、交通安全和正点运行等均不能得到保证，因此，新建高速铁路一般均不设平交道，而设立交桥。对既有线改为行驶高速列车时，国际铁路联盟规定：当列车速度超过200 km／h时，不许设平交道；当列车速度为140～200 km／h时，也应首先考虑立交桥。在遇到交通繁忙的道路、平交道的看守与养护费用和新建立交桥的投资相差不大或瞭望条件不好等情况时，均应设立交桥，并取消平交道。

加之尽量减小用地等原因，高速铁路中桥梁总延米在线路总长中所占比例比普通铁路大，我国在建客运专线桥梁总延长占线路总长的比例，在很多线路上也高达50%以上。相比之下，我国普通铁路桥梁的比例仅占线路总长2%左右。

桥梁数量增加，尤其是大量采用很长的高架线路，使桥梁成为高速铁路的主要组成部分。因此，桥梁的使用性能能否满足高速行车要求已成为修建高速铁路的成败关键。

（2）预应力混凝土桥梁多。

高速铁路的桥梁需要有很高的抗扭刚度、足够的稳定性和耐久性，加之高速铁路要求维修量小，且近几年各国公众对噪声特别反感，因此世界各国对高速铁路桥梁的结构类型进行了充分而细致的研究，不仅中、小跨度的桥梁普遍采用道砟桥面的钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，而且还发展了多种形式的大跨度预应力混凝土结构。在各国已建成的高速铁路的钢筋混凝土桥中，预应力混凝土桥梁在高速铁路桥梁中占有绝对优势。因为预应力混凝土与其他建桥材料相比，具有一系列适合高速铁路桥梁的优点，如刚度大、噪声低、温度引起的变形对线路位置影响小、养护工作量少、造价也较低等，所以一般要求桥梁上部结构应优先采用预应力混凝土结构。当需要减轻梁重或快速施工时，结合梁也常被采用。

桥梁的上部结构直接承受列车荷载，由于高速列车运行时动力响应加剧，为保证列车运行安全和旅客乘坐舒适，加强上部结构的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，使其满足刚度限值的要求，同时加强结构的整体性。

（3）结构耐久性好，桥梁要便于检查、维修。

结构的耐久性对桥梁的安全使用和经济性起着决定的作用。经济合理性应当使建造费用与使用期内的检查维修费用之和达到最少，片面地追求较低的建造费用而忽视耐久性，往往会造成很大的经济损失。因此，在高速铁路的桥梁结构设计中应十分重视结构物的耐久性设计，统一考虑合理的结构布局和结构细节，强调要使结构易于检查维修以保证桥梁的安全使用。

高速铁路是极其重要的交通运输设施，任何中断行车都会造成很大的社会影响和经济影响，为此桥梁结构物应尽量做到少维修或免维修，这就需要在设计时将改善结构物耐久性作为主要设计原则，统一考虑合理的结构布局和构造细节并在施工中严格控制，保证质量。一些国家规定高速铁路桥梁在结构耐久性方面要求的设计基准期，一般以50年不需维修为目标；在正常检查、养护前提下，期待能达到100年的耐用期。我国新建铁路的设计使用年限现已经提高到100年。

另一方面，由于高速铁路运营繁忙，列车速度高，造成桥梁维修、养护难度大，费用高。因此，桥梁结构构造应易于检查和维修。

（4）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应力。

高速铁路要求一次铺设跨区间无缝线路，而桥上无缝线路钢轨的受力状态不同于路基，结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲能使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上钢轨产生附加应力。过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，墩台基础要有足够的纵向刚度，以尽量减小钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。各国在修建高速铁路时，除了对墩顶纵向刚度有严格的要求外，对如何避免结构物出现较大的纵向位移也进行了深入研究，提出了多种控制方法和构造措施，以供高墩桥梁选择。

（5）结构要有足够大的刚度，为列车高速行驶提供坚实、平顺的行车道。

长期以来，由于对结构振动特性以及结构振动频率与列车速度之间的关系认识不足，导致部分桥梁结构在列车过桥时产生横向晃动，给司机、旅客带来不安全感，甚至导致限速行驶，影响桥梁正常使用。例如沈山线大凌河桥列车提速后，横向振幅较大，长期限速运营；京山线滦河大桥也与此桥类似，并连续在桥上掉道，只好限速运营。

桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道的平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，旅客舒适度受到严重影响，轨道状态不能保持稳定，甚至影响列车的运行安全。随着列车速度的提高，乘坐舒适度要求桥梁有较大的刚度，动力效应也要求高速铁路桥梁较之普通铁路线上的桥梁有更大的刚度（即较高的固有频率）。普通客车乘坐舒适度一般可以用顺桥向及桥墩台顶面的横向弹性水平位移来保证。对于高速铁路，满足高速行车时列车安全性和旅客乘车舒适度要求的桥墩台刚度的要求应更高。

（6）桥梁上部结构多采用混凝土材料。

尽管各国对高速铁路的建桥材料不做限制，但90%以上的桥梁都选用混凝土结构，主要是因为混凝土梁具有刚度大、噪声低、养护工作量少、造价较为经济等优点。当桥下交通繁忙，需要快速施工、减少干扰时，还经常选用钢混结合梁桥。

（7）墩身多采用流线型圆端实体桥墩、双线单圆柱形墩、空心墩、矩形双柱墩。

（三）遵循原则

（1）采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体连接。双线桥梁一方面提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，竖向刚度比单线桥增大了1倍。

（2）除了小跨度桥梁外，都采用双线单室箱形截面。

（3）加大简支梁的梁高，如欧洲各国高速铁路预应力简支梁高跨比一般选择1/10 ～1/9，而普通铁路的预应力混凝土简支梁的高跨比为1/11～1/10（除了跨度32 m梁因运输净空限制梁高定为2.5 m）。

（4）尽量选用刚度大的结构体系如连续梁、刚架、拱桥、斜拉桥等。

鉴于高速铁路全封闭桥梁数量多，设计技术标准高，又要求行车安全舒适，因此对高速铁路桥梁结构形式的选择应给予足够的重视。适合高速行车的较好桥式是实体结构和超静定结构，且要求结构物有较高的抗扭和抗弯刚度，通常不应采用柔性结构，而刚构和框架结构可减少维修工作量，且局部损伤并不影响整体。

（5）桥梁跨度不宜过大。法国高速铁路直至修建地中海线时才首次采用100 m跨度的桥梁。目前各国最大跨度的桥梁均未超过162 m。高速铁路桥梁设计主要由刚度控制。尽管高速铁路活载小于普通铁路，但实际应用的高速铁路桥梁，在梁高、梁重上均超过普通铁路桥梁。(www.xing528.com)

（四）高架车站桥较多

高速铁路多修建在客运或货运量较大的路段，或新建，或对既有线进行改造，无论哪种情况，既有车站线路和站房相交错或综合在一起的现象是避免不了的，往往形成结构形状、构造复杂的车站桥，特别是与既有铁路相结合的高架车站桥，既要保证高速铁路的行车净空，又要便于进、出站旅客的疏散。

（五）全面采用无砟轨道是客运专线发展趋势

无砟桥面梁的优点是：桥上不用上道砟，不用设挡砟墙，桥面的宽度可以减小，梁重相应减轻。桥上无砟轨道性能均匀、稳定，维修养护作业少，能节省大量维修养护费用。

早期高速铁路桥上基本采用有砟轨道，桥上有砟轨道和无砟轨道各有利弊。桥上有砟轨道有利于改善行车舒适度和降低噪声，有利于桥上线路高度的调整，有利于铺设渡线，有利于养路机械的连续作业；不足之处是桥梁的二期恒载大、维修工作量大等。桥上无砟轨道性能均匀、稳定，养护维修工作量很少，桥梁上二期恒载较有砟轨道小很多，有利于桥梁的设计；不足之处是一次性投资较大。无砟轨道已被认为是高速铁路的发展趋势。实践证明，无砟轨道弹性均匀，状态稳定，可大大减少线路维修工作量。桥梁采用无砟轨道还能显著减少二期恒载，提高结构自振频率，改善车桥动力响应。

但是无砟轨道的缺点也是明显的：行车舒适度和噪声控制不如有砟轨道；桥上线路高程的调整不如有砟轨道方便，不利于铺设渡线；一次性投资过大；对桥梁的变形控制、基础沉降、纵向力传递提出了新的要求，成为高速铁路桥梁需要研究的问题。在大跨度梁桥和长桥上，无砟轨道技术还有待进一步提高，梁的上拱度控制（如梁体温度梯度影响，假设较多造成计算误差较大）、梁的横向挠曲控制等许多问题有待解决。

另外，高速铁路作为重要的现代交通运输线，应强调结构与环境协调，重视生态环境保护。这主要是指桥梁造型要与周围环境相一致并注重结构外观和色彩、在居民点附近的桥梁应有降噪措施、避免桥面污水损害生态环境等。

三、设计荷载及线路分类

（一）线路分类

1．客运专线

客运专线可以实现客货分线，处于既有路网上的高速铁路，运行速度为300 km/h及以上。

2．客货混运

高速运行客车兼顾货物列车运行；客车运行速度目标值为250 km/h。

3．城际铁路

城际铁路位于大型城市间，以停靠站多、速度稍低为特点；并有停靠既有车站和单独成系统的区分；运行速度为200～300 km/h或更高。

（二）设计荷载

1．中-活载

图B-1　中-活载

2．ZK-活载（高速铁路桥梁设计活载）

图B-2　ZK-活载

3．ZC-活载

图B-3　ZC-活载

四、常用跨度桥梁的形式和标准

1．普通铁路

普通铁路以双片式T梁为主（见图B-4）。

图B-4　双片式T梁（尺寸单位：mm）

2．秦沈客运专线（见图B-5及图B-6）

（1）组合式T梁和箱梁。

（2）箱梁高跨比采用约1/12。

（3）竖向刚度在1/4 000左右。

图B-5　组合式T梁（尺寸单位：mm）

图B-6　箱梁（尺寸单位：mm）

3．高速铁路箱梁

（1）高跨比采用约1/10 。

（2）采用双箱整孔箱梁为主。

（3）竖向刚度在1/5 000左右，并大范围开展各种标准高速铁路箱梁的设计。

（4）无砟轨道梁徐变控制10 mm。

（5）预制箱梁重接近900 t。

（6）各种荷载标准箱梁。

① 客运专线箱梁（见图B-7）。

② 客货混运箱梁（见图B-8）。

③ 城际铁路箱梁（见图B-9）。

图B-7　客运专线箱梁（尺寸单位：mm）

图B-8　客货混运箱梁（尺寸单位：cm）

图B-9　城际铁路箱梁（尺寸单位：mm）