班新林，苏永华

(中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081)

桥梁设计时既要考虑桥梁的成桥性能，又要考虑桥梁使用期间的性能；既要考虑当前的利益，又要考虑后期的风险；既要重视桥梁建设的初始造价，又要考虑全寿命周期内所需的费用，即要以桥梁全寿命周期性能与成本作为衡量桥梁性能和成本的指标，并以此来评价桥梁的优劣及经济性[1-2]。因此，为了可持续发展，需要把传统设计中只关注施工阶段的短期方法拓展到结构的整个使用寿命期，考虑桥梁建设的所有方面，包括工程建设和运营养护。

全寿命周期成本(Life Cycle Cost，LCC)及全寿命经济性概念的提出已经有100多年的历史。近年来，其方法和有关规定己较为完善，在航空、航天、舰船、车辆、建筑，以及家用电器、小型机械等方面均有研究与应用[3]。我国在桥梁全寿命经济性方面研究较晚，主要应用于公路桥梁，铁路桥梁少有涉及，因此在铁路桥梁工程建设过程中展开全寿命周期的技术经济分析十分必要。

1 客货共线铁路简支梁桥

20世纪90年代，随着我国铁路混凝土桥梁技术的发展，我国客货共线铁路桥梁形成了以分片式预应力混凝土简支T梁为主的局面，跨度以24，32 m为主。简支T梁在梁场集中预制，梁体施工质量好，单片T梁自重小，便于运输，适应了当时架桥机的架设能力。但是多片式简支T梁在架设完成后，需要在桥位处施工横向连接构造，由于施工环境差，施工质量不易保证。目前大量使用的简支T梁，多采用翼缘板悬臂安装角钢人行道支架，但维护困难大、成本高，运营维护安全风险大。

随着我国高速铁路发展，高速铁路简支箱梁建造技术发展成熟。简支箱梁不但整体受力性能性好，还具有运营期间养护维修用工少、成本低等优点。目前高速铁路简支箱梁的跨度已经发展到40 m，运梁车和架桥机的承载能力发展到 1 000 t，具备把简支箱梁建造技术应用到客货共线铁路的条件。2014年，铁路总公司发布了时速160,200 km客货共线铁路预制后张法预应力混凝土简支箱梁通用参考图，但应用范围较小，主要原因是工程建设中箱梁建设成本比简支T梁略高，设计方案比选阶段没有考虑桥梁运营维护成本的差异。2018年，客货共线简支箱梁在通用参考图修订过程中优化了结构和桥面附属构造，提升了其经济性[4]。

2 客货共线铁路桥梁技术对比分析

通过对现行客货共线铁路简支T梁[5-7]和简支箱梁[8-9]的设计、运营维护情况对比研究[10]，并展开客货共线铁路简支箱梁深化研究，得到结论如下：

1)简支箱梁结构具有刚度大、整体性好的优点。在相同静活载作用下，相同梁高简支T梁的跨中竖向变形、梁端转角均大于箱梁。简支T梁的基频小于箱梁。

2)简支箱梁整体桥面有利于保证防水体系的防水效果，便于安装栏杆、声屏障、电缆槽等附属构造。运营维护经验表明，简支箱梁的病害以及运营维护工作量小于简支T梁。

3)客货共线铁路简支箱梁优化后可以适应ZKH荷载，优化了箱梁结构尺寸和预应力体系，电缆槽可以在桥面布置。使用边墙安装栏杆和声屏障，提升了对运营需求的适应能力及经济性。

4)箱梁挡砟墙具备脱轨防护功能和取消桥面护轨的能力；客货共线铁路简支T梁挡砟墙结构不满足列车脱轨后的防撞要求，取消护轨需要加强防护墙、桥面板和横向连接，则客货共线铁路简支T梁的工程投资会有所增加。

3 客货共线铁路桥梁建设成本对比

根据现行的客货共线简支T梁[5-6]、简支箱梁[7-8]及桥墩的通用参考图，结合具体线路工程应用情况，综合考虑梁部、支座、桥面系、墩台、基础等构造对桥梁直接建设成本进行分析，并考虑了预制、架设、梁场建设等费用。

1)箱梁与T梁建设成本对比见表1。

表1 箱梁与T梁建设成本对比

注：“-”表示箱梁成本低于T梁；梁体建设成本含梁部、桥面系、支座等。

2)单线简支箱梁桥桥墩材料用量比简支T梁桥大，双线简支箱梁桥桥墩材料用量比简支T梁桥小，具体见表2。客货共线铁路简支箱梁桥的桥墩在结构构造方面还存在一定优化空间，在满足设计、运营性能指标的情况下可以进一步降低材料用量，节省桥墩建设成本。

表2 箱梁与T梁桥墩工程用量对比

3)桥梁基础费用和地震烈度对客货共线铁路简支T梁桥和简支箱梁桥的工程建设成本影响较小。

综上可知，从工程建设直接成本来看，梁部建设成本是决定客货共线铁路桥梁成本高低的主要影响因素，有无声屏障是梁部建设成本高低的主要影响因素。

4 客货共线铁路桥梁运营维护成本对比

根据北京、上海铁路局工务部门提供的数据进行测算，并考虑了100年的使用寿命，对客货共线铁路桥梁运营维护成本进行分析，结果如下：

1)铁路桥梁人行道设置方式对于人工需求、维护成本的影响显著。桥梁角钢支架人行道主要维护内容为除锈涂装，只能采用人工方式，费时、费工、作业效率低、涂装质量不易保证，且存在一定作业风险。

2)从铁路桥梁运营维护实践情况来看，人工成本是桥梁养护维修中的重要部分，所占比例较大。从桥梁的梁型来看，简支箱梁养护维修用工量少于简支T梁，在人力成本逐渐增加的情况下，简支箱梁在养护维修用工方面占有明显优势。

3)根据既有客货共线铁路分片式T梁运营维修情况，1孔双线32 m角钢支架简支T梁桥100年寿命周期内的养护维修费用为北京局71.4万元、上海局78.4万元。根据现阶段高速铁路整孔箱梁维护情况，1孔双线32 m简支箱梁桥100年寿命周期内的养护维修费用为上海局19.6万元。

5 接触网立柱和护轨的影响分析

1)客货共线铁路简支T梁桥和简支箱梁桥接触网立柱的设置对工程建设成本有一定影响。对于客货共线铁路1孔双线32 m简支梁桥，简支箱梁桥采用的H形钢柱接触网立柱建造费用比简支T梁桥采用的格构式钢柱接触网立柱节省1.27万元。

2)客货共线铁路桥梁是否设置护轨对工程建设成本影响较大。对于客货共线铁路1孔32 m简支梁桥，在100年寿命使用期内，不设置护轨比设置护轨的费用节省9.68万元。由于简支箱梁设置了防护墙，若取消护轨则能节省大量建设和运营维护成本。

6 工程实例分析

目前，我国客货共线铁路桥梁规模化应用箱梁的线路主要是沪通铁路和青连铁路。新建沪通铁路首次应用时速200 km客货共线铁路简支箱梁，全线13座双线特大桥由简支T梁优化为简支箱梁，长98 km。经概算投资成本减少 3 936 万元，其中桥梁减少 9 406 万元，电力及电力牵引供电减少 1 966 万元，大型临时设施和过渡工程增加 7 436 万元，铺架工期减少4个月。沪通铁路简支箱梁桥的桥面设置了护轨，与简支T梁桥一致，建设成本中没有体现护轨设置的区别。

7 结论

1)客货共线铁路双线桥梁工程(包括梁部、桥墩、基础、支座、桥面附属设施等)直接建设成本对比分析表明：有声屏障箱梁桥比整体桥面T梁桥低，无声屏障箱梁桥比角钢支架T梁桥高。

2)客货共线铁路桥梁运营维护成本分析结果表明：角钢支架简支T梁桥的运营维护成本约占100年全寿命周期成本的20%～30%，简支箱梁桥的运营维护成本约占100年全寿命周期成本的10%。人工成本在桥梁运营维护成本中所占的比例较大，角钢支架简支T梁桥的运营养护成本明显大于简支箱梁桥。

3)客货共线铁路简支箱梁桥全寿命周期成本低于整体桥面简支T梁桥，也低于角钢支架简支T梁桥。考虑桥梁100年全寿命周期成本，有声屏障简支箱梁桥比整体桥面简支T梁桥低约5%～10%，无声屏障简支箱梁桥比角钢支架简支T梁桥低约15%左右。

4)从国内外铁路桥梁技术发展来看，采用整体式桥梁结构是技术趋势；从结构构造方面来看，后期运营过程中有增设声屏障需求时，简支箱梁比简支T梁更便于设置，且成本较低。