里程較短鐵路專用線簡支梁設(shè)計方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

程 戈

中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計院，山西 太原 030013

隨著國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)鐵路專用線建設(shè)的指導(dǎo)意見》以及地方關(guān)于“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”“公轉(zhuǎn)鐵”等一系列文件的出臺，鐵路專用線建設(shè)項目日益增多，專用線在跨越起伏地帶時常采用鐵路定型圖中標(biāo)準(zhǔn)孔跨T梁的設(shè)計形式，施工方法多為預(yù)制架設(shè)法或價購梁架設(shè)法。線路里程較短的鐵路專用線中涉及的簡支T梁數(shù)量較少，若采用預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案，則會出現(xiàn)制存梁場建設(shè)費用攤銷過大，而無法實施的問題；若采用價購T梁架設(shè)設(shè)計方案，則會因數(shù)量較少、超限遠(yuǎn)距離運輸，而出現(xiàn)無法運抵現(xiàn)場的問題。存在上述問題時可以采用非標(biāo)準(zhǔn)簡支箱梁現(xiàn)澆的設(shè)計方案，施工方法多為支架現(xiàn)澆法或移動模架現(xiàn)澆法。文章著重分析了簡支T梁、簡支箱梁結(jié)構(gòu)形式下不同設(shè)計方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提出了不同條件下適宜里程較短專用線橋梁工程的簡支梁設(shè)計方案。

1 簡支T梁架設(shè)設(shè)計方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

山西呂梁北煤炭某專用線工程線路正線全長4.844km，接軌于呂臨支線呂梁北站呂梁端咽喉西側(cè)。全線設(shè)計橋梁共4座，總長度為451.98延米，其中單線橋梁共3座，總長339.44單延米；雙線橋梁共1座，總長112.54雙延米，橋梁分布表如表1所示。

表1 橋梁分布表

按照鐵路橋梁一般設(shè)計，簡支梁采用定型圖標(biāo)準(zhǔn)孔跨T梁，需架設(shè)15孔即30片T梁?？紤]采用簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案或簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案施工。

1.1 簡支T梁架設(shè)設(shè)計方案技術(shù)分析

對于簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案，預(yù)制T梁均由距項目最近的太原市向陽店梁場供應(yīng)，運輸可以采用鐵路運輸和公路運輸兩種方案。如果采用鐵路運輸需經(jīng)太原北站、太原樞紐、太中銀線和呂臨支線至呂梁北站運入該專用線工程。但是由于預(yù)制T梁數(shù)量太少、呂臨支線全線不允許運載超限貨物且沿途沒有合適的可裝卸T梁車站可以中途轉(zhuǎn)運，只能采用公路運輸至現(xiàn)場存梁場，公路運輸全程220km。結(jié)合以上結(jié)論，兩種簡支T梁設(shè)計方案技術(shù)分析對比結(jié)果如表2所示。

表2 簡支T梁架設(shè)設(shè)計方案技術(shù)分析對比表

1.2 簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)分析

簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案中每單線孔T梁的費用主要包括T梁預(yù)制費和建設(shè)梁場攤銷費。其中，32mT梁預(yù)制費為23萬/單線孔，24mT梁預(yù)制費為16萬/單線孔，而一處具有5個制梁臺座和30個存梁臺座的小型T梁制存梁場，建場費用經(jīng)測算為719.82萬元。由上可知，若該項目采用簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案，則1孔T梁費用為（2314+161+719.82）÷15=70.52萬元/孔。

1.3 簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)分析

簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案中1孔T梁的費用主要包括T梁出廠費、運抵現(xiàn)場的運雜費、存梁場攤銷費。其中，32mT梁出廠含稅價約為36萬/單線孔，24mT梁出廠含稅價約為28.5萬/單線孔。公路運輸距離為220km，運雜費率為1.5元/（t·km），裝卸單價為8.4元/（t·次），保管費率為1.1%，則每噸混凝土T梁的運價為（2201.5+8.4）1.011=342.12元/t。每孔32mT梁重量為268t，每孔24m T梁重量為190t，則每孔T梁運雜費計算如下：24m T梁為190t342.12元/t=6.5萬元；32mT梁為268t342.12元/t=9.16萬元。同時，還需設(shè)置一處具有30個存梁臺座的小型T梁存梁場，建場費用經(jīng)測算為179萬元。由上可知，若該項目采用簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案，則1孔T梁費用為[（36+9.16）14+（28.5+6.5）1+179]÷15=56.42萬元/孔。

1.4 分析結(jié)果

（1）技術(shù)分析結(jié)果。結(jié)合上面的分析，按如下權(quán)重比例對上面的兩種設(shè)計方案進(jìn)行評估分析，評估系列表和評估結(jié)果如表3、表4所示。

表3 簡支T梁架設(shè)設(shè)計方案評估系列表

表4 簡支T梁架設(shè)設(shè)計方案評估結(jié)果

根據(jù)表3、表4可知，該項目采用簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案較為適合。

（2）經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果。由以上分析結(jié)果可知，該項目簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案較簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案每孔減少14.10萬元，在經(jīng)濟(jì)性方面有優(yōu)勢。一般專用線鐵路項目中，當(dāng)橋梁孔數(shù)較多時若采用預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案，為與架梁速率匹配，最少需設(shè)置一處具有12個制梁臺座和96個存梁臺座的中型制梁場，建場費用約為1200萬元。若采用價購T梁架設(shè)設(shè)計方案，運輸距離按照100km費用為4.3萬元/孔，并設(shè)置一處具有40個雙層存梁臺座存梁場，建場費用約為300萬元。綜合以上數(shù)據(jù)，可以列恒等式計算得出兩種方案的臨界孔數(shù)，設(shè)需橋梁工程的單線孔數(shù)量為x，則有

解得x=52孔，即需要104片T梁。根據(jù)以上結(jié)果，該項目采用簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案較為合適。

（3）綜合意見。綜合以上分析，對于該項目，雖然簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案在造價上有優(yōu)勢，但是在安全性、可操作性上均無法滿足要求，而簡支預(yù)制T梁架設(shè)設(shè)計方案又存在經(jīng)濟(jì)性差、操作困難的問題，因此需要進(jìn)一步研究簡支箱梁設(shè)計方案。

2 簡支箱梁設(shè)計方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

該項目橋梁工程簡支梁若采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)孔跨箱梁，需設(shè)置15片箱梁，考慮采用支架現(xiàn)澆箱梁或移動模架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案施工。

2.1 簡支箱梁設(shè)計方案技術(shù)分析

簡支箱梁設(shè)計方案技術(shù)分析對比結(jié)果如表5所示。

表5 簡支箱梁設(shè)計方案技術(shù)分析對比表

2.2 簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)分析

簡支支架現(xiàn)澆箱梁中1孔箱梁的費用主要包括支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁費、支架地基處理費和鋼結(jié)構(gòu)支架的攤銷費。其中，支架現(xiàn)澆1孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁費用經(jīng)測算為37.12萬元。該項目平均墩高為20m，每孔支架的地基處理費用經(jīng)測算為8.53萬元。鋼結(jié)構(gòu)支架主要采用貝雷梁、工字鋼及鋼管柱搭設(shè)，每孔支架總重為100.63t，經(jīng)測算費用為18.43萬元/孔。由上可知，簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案中1孔箱梁費用為37.12+8.53+18.43=64.08萬元/孔。

2.3 簡支移動模架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)分析

簡支移動模架現(xiàn)澆箱梁中1孔T梁的費用主要包括移動模架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁費、移動模架安拆費和移動模架的攤銷費。其中，移動模架現(xiàn)澆1孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁費用經(jīng)測算為42.41萬元，箱梁移動模架安拆和縱移的費用經(jīng)測算為9.42萬元/孔。該項目移動模架至少需2臺，以每臺重150t，綜合單價1.5萬元/t考慮，并按照原價的40%回收，經(jīng)測算移動模架的攤銷費為（2×150×1.5×0.6）÷15=18萬元/孔。由上可知，該項目移動模架現(xiàn)澆箱梁法中1孔箱梁費用為42.41+9.42+18=69.83萬元/孔。

2.4 分析結(jié)果

（1）技術(shù)分析結(jié)果。結(jié)合以上分析，按權(quán)重系數(shù)對上述兩種設(shè)計方案進(jìn)行評估分析，評估結(jié)果如表6所示。

表6 簡支箱梁設(shè)計方案評估結(jié)論表

根據(jù)評估表結(jié)果，該項目采用設(shè)計方案支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案較為適合。

（2）經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果。由以上分析結(jié)果可知，該項目采用簡支支架現(xiàn)澆箱梁方案較簡支移動模架現(xiàn)澆箱梁方案每孔減少5.75萬元，在經(jīng)濟(jì)性方面有優(yōu)勢。值得注意的是該項目中平均墩高為20m，隨著墩高的增大，其支架和地基處理的費用也會逐漸增加。經(jīng)測算墩高每增加1m，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相應(yīng)增加1萬元/孔，可以列恒等式計算得出兩種方案的臨界墩高，設(shè)需墩高為（20+x）m，則有

解得x=5.76m，一般情況下當(dāng)平均墩高低于25m時，建議采用簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案，根據(jù)以上結(jié)果，該項目采用簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案較為合適。

（3）綜合意見。綜合以上分析，該項目最終決定采用簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案。

3 設(shè)計方案總結(jié)

以32m標(biāo)準(zhǔn)孔跨簡支梁為例，箱梁方案較T梁方案梁體截面寬度由4.9m變?yōu)?.1m，上部結(jié)構(gòu)增加88.45t/孔，設(shè)計參數(shù)如表7所示。由于上部荷載增大，造成橋梁工程下部結(jié)構(gòu)工程量相應(yīng)增加，經(jīng)測算，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)增加0.16萬元/延米。四種設(shè)計方案每單線孔的造價明細(xì)如表8所示。

表7 32m單線簡支T梁、簡支箱梁設(shè)計參數(shù)表

表8 四種設(shè)計方案造價明細(xì)表（每單線孔）單位：萬元

綜合以上分析結(jié)果可知，對于一般里程較短專用線的橋梁工程，當(dāng)簡支梁孔數(shù)不足50單線孔且價購T梁具備運輸條件運距較短時，推薦首先采用簡支價購T梁架設(shè)設(shè)計方案；當(dāng)價購T梁不具備運輸條件且平均墩高不大于25m時，推薦采用簡支支架現(xiàn)澆箱梁設(shè)計方案，以滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)的要求。

4 結(jié)束語

在專用線鐵路建設(shè)中，設(shè)計人員在設(shè)計橋梁工程簡支梁方案時，要結(jié)合項目的特點從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，經(jīng)綜合分析確定最終設(shè)計方案。特別是對于里程較短的專用線橋梁工程，在一定條件下選擇非標(biāo)準(zhǔn)簡支箱梁的設(shè)計方案也可以實現(xiàn)較好的技術(shù)效果及經(jīng)濟(jì)效益。