中国高速铁路桥梁建设关键技术共11页文档.docx

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中国高速铁路桥梁建设关键技术  

“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。

其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。

《说文解字》中有注曰：

“师教人以道者之称也”。

“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。

“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。

“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。

“老”“师”连用最初见于《史记》，有“荀卿最为老师”之说法。

慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。

只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。

今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。

在高速铁路建设中,桥梁设计与建造已成为关键技术之一。

进入21世纪以来,随着中国高速铁路规模的迅速发展,通过广泛借鉴世界高速铁路桥梁先进技术和成功建设经验,在我国高速铁路桥梁建设实践过程中,逐步形成了具有中国特色的高速铁路桥梁建设关键技术。

　　1　高速铁路桥梁建设

 　　1.1　世界高速铁路桥梁建设桥梁作为轨道的下部结构,为确保高速运行条件下的安全性、平稳性和乘车舒适性要求,必须具有高平顺性、高稳定性和高可靠性等特点。

目前世界上已建成高速铁路7939km,主要分布在日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、英国、韩国、中国台湾等国家和地区。

最高运营速度达320km/h,各线桥梁比例从1.3%到74.5%不等。

各国根据其施工水平、施工周期、桥梁工点的地质地形等不同特点,在高速铁路桥梁建设上也表现出自己的一些特征。

桥梁结构形式多样化,有预应力混凝土连续箱梁、简支箱梁、混凝土刚架、多片式T梁、上承式钢板连续结合梁、下承式钢桁梁、鱼腹式上承钢桁连续结合梁、大跨度系杆钢拱等多种结构形式（见表1）。

　　表1　世界高速铁路桥梁常用跨度

　　法国高速铁路运营里程1576km,地中海线高速铁路最高行车速度为320km/h,各线桥梁比例为1.3%～32.2%。

在东南线和大西洋线上,桥梁常用跨度为40m,采用双线箱形等高预应力混凝土连续梁,梁体现场现浇,用顶推法施工。

北方线由于桥梁需横跨高速公路和宽阔河流、施工期相对较短等因素,建造了跨度50m左右的结合梁,以及一孔跨度93.3m的下承式钢桁结合梁。

据统计,北方线与巴黎地区联络线、东南延伸线的高架桥长约12km,钢混结合桥比例达到50%。

德国新建高速铁路总长1265km,最高运行速度为300km/h,桥梁比例2.7%～12.5%,干线桥梁的标准跨度是25m,44m和58m。

25m跨度主要用于高架桥,44m和58m跨度则主要用于山谷桥。

桥梁结构通常采用预应力混凝土简支箱梁,一般采用就地灌注、移动支架施工或简支梁连续顶推等方法在现场制梁。

 　　除简支梁外,也常采用连续梁。

大跨度桥梁除连续梁外,还采用V形刚构（135m）和拱桥（162m）,钢桥则采用钢桁梁或钢箱梁混凝土桥面的结合梁。

德国科隆—莱茵/美因高速铁路,线路从北向南穿越3座中等大小的山脉,架设了18座大型谷架桥。

其中最长的桥是哈勒巴赫塔耳谷架桥,长992m;最大跨度的桥是美因河桥,主跨为130m。

意大利高速铁路总长533km,按客货混运模式设计,目前高速列车运行速度300km/h,货车运行速度160km/h,桥梁比例12.5%～19.5%。

罗马—佛罗伦萨线的高架梁结构基本上可分为2类:

一类是工字梁由横梁联结,上面加盖板;另一类为箱形梁。

罗马—那不勒斯、佛罗伦萨—米兰等高速铁路桥梁类型为预应力混凝土及钢混结合简支梁,跨度一般为55m,43.2m,33.6m,24m,一般由多个小箱梁组合而成,桥面总宽13.6m。

西班牙高速铁路总长993km,最高运行速度300km/h。

以马德里—塞维利亚高速铁路为例,全线修建高架桥共31座,总长15km,桥梁比例3.2%。

全线采用了两种类型高架桥,以钢筋混凝土预制简支梁为主,部分为连续箱形梁高架桥。

简支梁梁形采用T形梁,一般由5根到9根简支T形预应力梁组成,桥梁跨度采用26.6m和38m,梁高分别为2.05m,2.1m。

日本是世界上最早建设高速铁路也是高速线路最长的国家,运营里程达2049km,线路最高运行速度为300km/h,桥梁比例相对较高,为33.3%～61.5%。

东海道新干线除高架桥外,近50%的桥梁为钢桥和钢混结合梁桥,以后的几条新干线上钢桥的应用越来越少。

出于养护维修方面的考虑,山阳新干线冈山以西开始大量采用板式整体无砟轨道,高架桥和混凝土桥的比例也越来越大,东北新干线混凝土桥占线路总长度的70%。

新干线高架桥多采用钢筋混凝土刚架式高架桥和预应力混凝土箱形梁式高架桥。

在地形平坦地段一般采用钢筋混凝土刚架式高架桥,地形起伏地段多采用预应力混凝土箱形梁式高架桥。

韩国首釜高速铁路总长412km,最高运行速度为300km/h,桥梁比例27.1%。

绝大部分桥梁采用预应力混凝土连续双线单箱梁,标准跨度为25m和40m两种。

主要结构形式为先简支后连续的预应力混凝土连续梁,预制梁均采用先张法预应力混凝土箱梁,3m×25m连续梁采用预制架设施工,2m×40m连续梁采用桥位现浇施工。

中国台湾南北高速铁路总长345km,最高运行速度为300km/h,桥梁总长269km,桥梁比例达81.5%。

主要以30m,35m跨度简支箱梁为主。

其中,有139km的桥梁选择了预制架设施工方法,占全部桥梁的55.3%,曾经创下22个月架设1946孔梁的成绩。

 　　1.2　中国高速铁路规划

 　　按照《综合交通网中长期发展规划》和《中长期铁路网规划调整方案》,规划新建客运专线12000km,新建城际铁路6000km。

到2020年,形成以客运专线高速网为核心、快速线为基础、城际铁路为补充的快速客运网络,规划达到50000km以上。

 　　1.2.1　客运专线网

 　　“四纵”:

北京—上海、北京—武汉—广州—深圳、北京—沈阳—哈尔滨（大连）、上海—杭州—宁波—福州—深圳。

“四横”:

徐州—郑州—西安—兰州、上海—杭州—长沙—昆明、青岛—石家庄—太原、上海—武汉—重庆—成都（沪汉蓉）。

 　　1.2.2　城际铁路

 　　在完善京津冀、长江三角洲、珠江三角洲城际铁路网的基础上,在辽中南城镇群、山东半岛城镇群、中原（郑州）城镇群、关中（西安）城镇群、江汉平原（武汉）城镇群、湘东（长株潭）城镇群、成渝城镇群、海峡西岸城镇群以及哈尔滨—齐齐哈尔、长春—吉林、南宁—柳州、九江—南昌、海南东部、昆明等经济发达和人口稠密地区规划发展城际铁路,覆盖区域内主要城镇,以适应我国城市化进程进一步加快的需要。

其中:

长三角以上海、南京、杭州为中心,形成连接沪宁杭周边重要城镇的城际客运网络。

珠三角以广深、广珠两条城际铁路为主轴,形成“A”字形线网,辐射广州、深圳、珠海等9个大中城市,构建包括港澳在内的城市l小时经济圈。

京津冀以北京、天津为中心,北京—天津为主轴进行建设,形成对外辐射通路。

 　　1.3　中国高速铁路桥梁建设

 　　截至2019年3月,京津、武广、郑西、石太、哈大、京沪等18条客运专线和城际铁路相继开工建设,并将从2019年起陆续投入运营,线路总长6761km,桥梁总长3573km,平均桥梁比重为52.8%（见表2）。

　　表2　中国在建高速铁路桥梁比重

　　2　中国高速铁路桥梁建设理念

 　　2.1　保证高速条件下的安全与舒适

 　　高速铁路桥梁与普通铁路桥梁的显著区别在于列车运行速度,确保设计速度目标值条件下的安全与舒适性,是高速铁路桥梁建设的关键之一,涉及动力响应、桥梁结构非弹性变形、稳定频率和路桥刚度过渡、大跨度桥梁低频振动、桥面构造以及高速铁路线型要求等方面。

 　　动力响应问题是高速铁路桥梁设计的关键。

高速列车在桥梁上运行时,列车与桥梁之间的互动影响明显,在结构设计中除满足常规桥梁的静力强度、刚度要求外,对结构的动力特性必须高度重视。

梁跨结构必须具有足够的刚度和自振频率,宜采用箱形梁等刚度大、动力性能好的结构形式。

 　　控制桥梁结构非弹性变形对轨道持续稳定和平顺性的影响。

高速铁路桥梁结构在与跨区间无缝轨道的相互作用以及在各种荷载工况下的变形,会直接导致桥上轨道结构的变形,影响高速列车运行的安全和乘坐的舒适。

必须对梁轨作用的位移差值、桥墩台的水平刚度、基础的沉降变形、梁体挠度、梁端转角、预应力混凝土梁体的弹性变形及后期收缩徐变变形进行控制,使线路轨道平顺性保持在允许的范围内。

 　　保持良好的线路动力性能。

由于线路、水文、地质、立交等要求,高速铁路的长桥较多,有的长达数十千米,甚至上百千米,列车匀速行驶所引起的等跨简支长桥与列车达到某一稳定频率的问题需引起关注,并应避免对列车走行造成不利影响。

路基填土相对于桥梁结构具有可压缩性,提供的竖向刚度也比桥梁弱。

为了保证高速行车的安全和舒适,必须重视路桥刚度过渡问题,做好刚度过渡措施,减少路基、桥梁交变地段竖向刚度突变对高速行车的影响。

 　　研究大跨度桥梁低频振动影响。

在大跨度桥梁设计中,除常规动力学问题外,还需对高速行车条件下的低频振动问题进行专题研究与分析,把握其对行车以及对结构自身的影响。

 　　合理设计桥面构造系统。

高速铁路桥梁的桥面除布置轨道系统外,还设置电力、电气化、通信、信号、声屏障等相关设施。

桥面在施工期间有施工运载机具通过,在运营阶段不仅走行高速列车,还有机械化养护维修设施通过。

列车在高速行车时产生的风吸附作用,也将对桥面设施产生影响,进而影响高速行车安全。

要重视桥面构造系统研究,综合考虑各种因素,合理布置桥面形式。

 　　优化高速列车的运行条件。

高速铁路的平面曲线半径大,不能按照传统桥渡的概念控制线路走向,除个别特大桥外,大多数桥梁的桥位受线形控制,需采用技术措施,以实现高速运行为前提。

对于技术复杂、具有控制性要求的个别特大桥的桥渡设计,要在充分研究水文、地质、河道、航道及道路设施的通行条件等因素的基础上进行综合比选,采用有利于缩短行车时分、技术经济条件好的方案,并结合施工条件,选择合理的桥式结构、桥跨布置、墩台基础形式。

 　　2.2　注重环境与景观的适应

 　　高速铁路桥梁建设,必须充分研究建设地区的环境因素,预判环境对桥梁的影响,解决不同自然环境条件下的基础设计、结构选型、环境相融性、构造措施等问题。

 　　注重节约用地。

建造高架桥梁与修建路基相比,能够少占良田,节约土地资源。

中国高速铁路多位于东、中部地区,该地区人口稠密、道路纵横交错,采用高架桥能更好地适应城市的规划与发展,方便沿线两侧居民的出行。

 　　减少噪声影响。

列车高速运行,轮轨碰撞、列车受电弓与接触网摩擦、列车与空气摩擦、结构物自身振动都会产生很大噪声,需采取有效措施,重视减隔振设计,尽量减少噪声影响。

目前桥梁支座普遍采用橡胶支座,轨道采用弹性橡胶垫,减振消振、减少噪声,减少对环境的影响。

穿越城镇或居民区的桥梁,在桥面外侧设置声屏障等措施。

在建设与运营各阶段,要严格控制对水体、土壤、大气的污染,减少对生态的破坏。

 　　重视耐久性。

优先采用预应力混凝土结构,根据我国高速铁路成网运输、维修天窗时间短的国情,按照环境类别或环境作用等级,进行桥梁的耐久性设计、施工,建造少维护易维修的耐久性工程。

塑造桥梁景观。

高速铁路桥梁尤其是穿越优美自然景区、经过城市范围的桥梁,作为永久性工程和标志性建筑,必将融入所经地区人们的生活,给环境带来影响和变化。

桥梁在发挥交