普通铁路预制T梁救援疏散平台研究
摘要：普通铁路山区地段长大隧道、隧道群桥隧相连，而铁路桥上标准人行道宽度较小，不能满足救援需要，需重新设计桥上救援疏散平台，当火灾或紧急事故发生时，可安全、快速疏散被困人员至避难所，达到以人为本、自救为主、安全疏散、方便救援的目的。本文通过对铁路标准预制T梁的构造特点，对其受力进行计算、分析，选择了合适的桥上疏散平台结构形式，并成功应用于工程实例中，桥上疏散平台的设置对类似桥梁工程具有一定的使用价值。
关键词：铁路桥梁；预制T梁；声屏障；救援疏散平台
引言
鐵路作为我国经济运行的大动脉，随着近十多年来我国铁路已突飞猛进的发展，出现高速铁路、客运专线、客货共线、货运专线及重载铁路等不同铁路运输形式，列车运行速度越来越高，极大地缩短了省与省、城与城之间的时间，给人民生活、生产带来了极大便利。为了提高铁路运行速度，缩短铁路运行时间，须改善铁路线形、坡度等各项技术指标，在山区地带通常出现长大隧道、桥隧相连的隧道群，根据《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》要求需要设置紧急救援站[1]，救援站应与邻近的桥隧贯通，以便将人员快速疏散到安全区域，并能自救或通过救援快速到达洞外，达到以人为本、自救为主、安全疏散、方便救援的目的，从而极大限度地保护了人民的生命和财产安全。隧道通道的救援疏散站台可局部加大空间即可满足，但是普通铁路标准预制后张法T梁桥面规范上标准人行道宽度仅为0.8～1.05m[2]，仅按正常的大机养护要求考虑，其宽度、高度均不能满足救援站要求，需重新设计桥上的救援疏散站台。
1救援疏散平台构思
根据《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》第3.0.5条[1]规定，长度20km及以上的隧道或隧道群（即隧道与隧道紧密相连，隧道口间距小于一列旅客列车长度），为了保障应急疏散人员在隧道内的安全，需要设置紧急救援站。第4.2.5条[1]规定，救援疏散站台宽度不宜小于2.3米，站台面高于轨面不小于0.3米，站台边缘距线路中线的距离可取1.8m[1]。
根据隧道规范对救援疏散平台要求，铁路桥梁标准人行道结构形式远远不能满足救援需要，其宽度需加宽，高度相应加高。一般铁路桥梁为简支箱形梁、T梁两种结构形式，对于简支箱形梁可以通过加宽顶板翼缘宽度后、调整人行道高度而达到救援要求；但对于标准的简支T梁（200公里/小时以下为T梁）[5]，由于人行道需要加长1.25～1.5m，悬臂加长后对梁体结构安全影响极大，原简支T梁的结构尺寸不能满足要求，需重新拟定T梁的结构尺寸，重新设计T梁，这样既达不到标准化生产，又需额外增加施工模板的投入，对设计、施工及养护都带来极大困难，如果在T梁原结构不变的情况下，则需要增加梁片、加宽桥墩及增大基础来满足使用要求，将会造成工程造价增加较大，征地拆迁及用地相应增大，施工工期延长。
通过对部颁普通铁路标准预制后张法简支T梁（图1）和预制后张法简支声屏障梁（图2）[6]在构造上的对比、分析及研究，简支声屏障梁人行道与主梁为一体，为钢筋混凝土结构，而简支T梁为角钢形式，通过螺栓与桥面板相接，故声屏障梁人行道受力及连接方式均比普通T梁更好，需要充分利用声屏障梁人行道特点，通过改变声屏障T梁顶部人行道部分构造措施，满足救援疏散站台要求，从而减少相应工程、工期，降低工程造价。
所研究的救援疏散平台[7]，为了降低救援疏散平台的自重，尽量选用质量较轻的钢材及复合性材料。所采用的梁上救援疏散平台主要由两部分组成：无机复合型水泥基混凝板平台面、框架支撑钢结构，其中无机复合型水泥基混凝板平台面作为救援疏散站台面，直接承受人群活载，而钢结构作为站台面的支撑体系，这样结构受力简单、明确。框架支撑钢结构立柱采用HW100×100mm热轧H型钢（立柱A、B），斜撑采用40×40mm冷拔方钢，分别与梁上预埋钢板和顶上槽钢焊接，钢立柱和斜撑纵向按1米间距布置，这样可以极大程度地减少工程材料，减轻相应重量，如图3所示。
2救援疏散平台结构受力分析
（1）声屏障梁结构受力分析
根据（2012）2109预制后张法声屏障梁标准图的说明书第四项第2条活载的设计说明，可以查到其桥面板处相应的设计荷载值，具体内容如下：
①人行道竖向静活载：距离挡砟墙外0.5米以内为10Kpa，距离挡砟墙外0.5米以外为5Kpa，计算主梁时人行道活载不与列车荷载组合；
②声屏障荷载：采用插板式声屏障，高度为轨面以上3.05m，其自重为计算5KN/m；
③声屏障上的风荷载：风荷载作用于桥面板荷载为15.45KN.m/m。
根据标准梁图的设计荷载值，可以建立活载在桥面板上的荷载分布形式简图（见图3）。
根据其桥面板处结构计算荷载布置（见图3），可以推算出声屏障梁上计算截面A-A处结构内力（即截面变化处所能承受荷载的内力最小值）为：
弯矩M=33.2KN/m；剪力F=11.7KN/m。
（2）疏散平台结构受力分析
根据在声屏障梁（标准图2109）上所研究的救援疏散平台的构思，利用结构计算软件建立计算模型（图4），进行有限元计算、分析，救援平台面结构自重取1.25KN/m，结合标准声屏障梁图的活载外力分布形式（见声屏障梁结构受力分析），分别按四种工况计算出救援疏散平台在框架钢结构支撑处的反力及应力，取其最不利的荷载组合进行相应检算，具体计算工况如下：
①工况一：恒载，仅考虑结构本身的重力；
②工况二：恒载，站台面内侧0.5m处10kpa，0.5m以外4kpa，扶手顶端0.75kN/m；
③工况三：恒载，站台面4kpa，扶手顶端0.75kN/m；
④工况四：恒载，站台面1.5kpa，扶手顶端0.75kN/m。
根据有限元软件的分析、计算，得出钢立柱A、B的反力及应力（见表2）：
根据计算结果汇总表的计算结果，可以看出工况二受力最大，故最不利情况为工况二。
选取最不利荷载组合工况二，根据图4计算模型，可以推算出声屏障梁上计算截面A-A处内力为：
弯矩M=18.6KN/m；剪力F=11.3KN/m。
（3）计算结果对比分析
標准预制简支屏障梁上的声屏障与救援疏散平台在计算截面A-A处内力对比如下：
通过以上计算结果的对比，可知救援疏散平台在声屏障梁上受力比自身声屏障小，说明在满足使用功能的条件下，其结构及受力均能够满足设计要求。
3结束语
根据隧道规范对救援疏散站台的要求，并通过对铁路标准预制简支T梁和标准预制简支屏障梁的桥面上结构设施的研究，否定了简支T梁设置救援疏散站台的可能性，充分利用铁路标准图声屏障梁（通桥2109）的特点，选择了合适的救援疏散平台形式，建立模型并进行了相应的分析及计算，技术上各项指标均能满足设计要求。通过对桥面构造的局部修改，在构造上简捷、美观，施工上所采用材料较少，施工方便，可以减少梁片、桥墩、基础及防护等方面的增加，在技术、经济效益上有突出的优势，所研究的桥上疏散平台形式也可用于铁路箱形梁，本项研究目前已运用于多条国家铁路干线，取得极好的经济效益，本项目也获得了2014年的发明及实用专利。
作者：张敦宝等
参考文献：
[1]国家铁路局.TB10020-2017铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.
[2]铁道第二勘察设计院.TB10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.
[3]中铁工程设计咨询集团有限公司.TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.
[4]中铁大桥勘测设计院有限公司.TB10002.2-2005铁路桥梁钢结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.
[5]中铁工程设计咨询集团有限公司.通桥（2012）2101时速160公里客货共线铁路预制后张法简支T梁[S].北京：铁道部经济规划研究院，2012.