艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用Word下载.docx
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为适应高标准铁路选线的技术要求，必须依靠修建高墩大跨桥梁，解决艰险山区铁路的修建难题。
本项目依托渝利、襄渝铁路的四座大桥，渝利、襄渝铁路均为西南干线铁路大通道，分别为设计时速200、160公里的客货共线双线铁路。
其中渝利铁路韩家沱长江大桥主桥为（81+135+432+135+81）m钢桁梁斜拉桥，最大墩高70m，建设时世界铁路斜拉桥最大跨度仅为254m，与武汉天兴洲等公铁两用斜拉桥相比，大跨度铁路斜拉桥桥面窄，风载影响大，活载比重大，行车动力效应更加突出并控制设计，业界一直认为其属于柔性结构，难以满足铁路安全运行的刚度要求，工程实践一直处于空白，如何确定铁路斜拉桥合理的安全刚度取值是大桥建设面临的重大技术挑战。
渝利铁路蔡家沟大桥主桥采用（80+3×
144+80）m混凝土刚构—连续组合结构，最大墩高139m，为世界之最，新桥大桥主桥采用（52+7×
96+52）m混凝土刚构—连续组合结构，最大墩高116m，超百米高墩4个，联长777.6m，如何控制和解决大桥横向刚度是一个难题。
襄渝铁路牛角坪大桥主桥采用（100+192+100）m混凝土刚构桥，为同类桥梁世界第二、亚洲最大跨度，最大墩高98m，其箱梁与墩身的壁厚远大于常规桥梁，温度对其影响远超出规范适用范围。
因此，依托工程建设面临安全行车刚度标准、风致振动、超百米高墩合理型式、厚壁空心结构温度影响等技术挑战，开展了近十年研究，取得主要创新技术成果如下：
1、首次科学论证并提出了铁路钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值，将国内铁路桥梁横向自振周期常用的1.7秒限值提升至3.87秒，成功将世界铁路斜拉桥跨度由254m突破至432m，建成了当时世界最大跨度的铁路斜拉桥。
2、提出了高墩大跨混凝土连续结构桥纵、横向刚度限值标准和适用山区高墩大跨桥梁的收缩徐变预测模型，建成了世界墩高最高的铁路连续结构桥。
3、针对整体桥面钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动问题，首创了分段设置导流板抑制桁梁涡振的新技术与相应的轻型抑振装置，为同类桥梁提供了解决涡激振动问题的成功范例。
4、发明了A型及人字型混凝土高墩结构型式，有效地解决了艰险山区高墩、大跨、长联铁路混凝土桥梁的安全行车刚度控制难题。
5、系统地研究了温度对混凝土厚壁空心墩和厚壁箱梁的影响，揭示了日照和寒潮对其的影响规律和温度应力分布，首次提出了混凝土厚壁空心结构的温度场计算参数,填补了该领域的空白，为相关规范修订提供了依据。
本项目获得了14项国家专利，其中发明专利7项，软件著作权、施工工法各2项，发表论文70余篇。
成果成功应用于依托工程，节约工程投资约3.63亿元，推广应用到贵广、成贵等10多条铁路的桥梁建设，经济、社会及环境效益显著，经四川省科技厅组织专家鉴定，总体达到国际领先水平。
本项目成果系统解决了我国艰险山区铁路高墩大跨桥梁的修建难题，为艰险山区高标准铁路的修建提供了重大技术支撑，大力推动了铁路高墩大跨桥梁的技术进步，可为同类桥梁建设提供指导和借鉴。
四、客观评价
本项目针对艰险山区恶劣建桥条件给铁路桥梁建造带来的技术挑战，以襄渝、渝利铁路高墩大跨桥梁为依托，开展了艰险山区铁路高墩大跨桥梁合理结构体系、安全行车刚度标准、超高墩结构形式、厚壁空心结构温度影响等关键技术研究，获得了7项国家发明专利、7项实用新型专利、2项软件著作权、2项工法。
项目成果创新性、先进性客观评价如下:
1、根据四川省科技厅的成果鉴定结论，“研究成果创新性突出，取得了7项授权国家发明专利，已成功应用于本项目的多项依托工程，并推广应用到襄渝、渝利、贵广、湘桂、长昆、柳南等铁路桥梁建设，系统解决了我国艰险山区高墩大跨铁路桥梁的修建难题，社会、经济效益显著，总体达到国际领先水平”。
2、铁路大跨度斜拉桥建造关键技术成果创新性突出，解决了铁路斜拉桥建造难题。
成果的应用，建成了世界上跨度最大、延米恒载最轻的铁路斜拉桥—渝利铁路韩家沱长江大桥，将世界铁路斜拉桥的最大跨度由254m飞跃至432m，实现了铁路斜拉桥的重大突破。
根据鉴定意见与查新报告，与国内外同类技术对比如下：
（1）国内外仅有常规桥梁的刚度取值规定，本项目“首次科学论证并提出了铁路大跨度钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值，成功将世界铁路斜拉桥跨度由254m突破至432m，将国内铁路桥梁横向自振周期常用的1.7秒限值提高至3.87秒，建成时为世界最大跨度的铁路斜拉桥”。
（2）“针对整体桥面钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动问题，首创了分段设置导流板抑制桁梁涡振的新技术与相应的轻型抑振装置，为同类桥梁提供了解决涡激振动问题成功范例”，国内外尚未有分断设置导流板抑制主梁涡激振动技术。
（3）研发了带控制开关的锁定装置与粘滞阻尼器相结合的控制新技术，发明了带熔断开关的锁定装置。
国内有采用磁流变阻尼器与粘滞阻尼器共同控制主梁振动的技术，但本项目的技术既避免了使用过程中通电的需求，又避免了地震时锁定装置的破坏，并可实现地震后快速恢复。
（4）研发了索塔低回缩锚固结构，较国内外同类技术，钢束利用率更高，应力分布更均匀；
创新了整体复合式索梁锚固结构，较国内外的同类结构，减少了焊接缺陷，提高了疲劳性能，节省了钢材用量，性能更优。
（5）提出了“铁路斜拉桥塔-梁-索同步施工工法”，较国内外先完成桥塔然后施工梁与索的施工方法，作业面更大，节省工期。
3、铁路超百米高墩技术创新性突出。
创造性地提出了适应艰险山区地形、横向刚度大、稳定性好的A型与人字型铁路高墩结构型式，克服了高墩采用扫帚型桥墩尺寸大、混凝土用量多等不足，有效地解决了艰险山区高墩、大跨、长联铁路混凝土桥梁的刚度控制难题，建成了目前世界上墩高最高的混凝土连续结构桥-渝利铁路蔡家沟大桥。
根据查新报告与公开发表的学术论文，与国内外同类技术对比如下：
（1）国内首次提出并应用A型及人字型混凝土超高墩技术。
（2）应用该技术的渝利铁路蔡家沟大桥，设计车速200km/h，跨度144m，139m高的A型主墩混凝土用量为15754m3，国内外同类桥梁宜万铁路渡口河大桥，设计车速160km/h，跨度128m，128m高的主墩混凝土用量16714m3，应用本技术的桥梁标准更高、跨度更大、墩更高，但混凝土用量更少，技术经济效益明显。
4、铁路大跨度混凝土连续刚构桥关键技术创新性突出，解决了铁路大跨度混凝土桥梁的刚度标准、温度应力等多项关键技术，成功将国内铁路混凝土桥梁的最大跨度突破至192m，建成世界第二、亚洲最大跨度的铁路混凝土刚构桥。
（1）系统地研究了温度对混凝土厚壁空心墩和厚壁箱梁的影响，揭示了日照和寒潮对其的影响规律和温度应力分布，首次提出了混凝土厚壁空心结构的温度场计算参数,填补了该领域的空白，为相关规范修订提供了依据。
（2）研究提出了适用于厚壁混凝土箱梁的温度应力计算参数，国内外仅有常用箱梁温度计算公式，但其计算参数对大于26cm的厚壁箱梁未区分取值。
（3）提出了高墩大跨铁路混凝土刚构桥梁安全行车的纵、横向线刚度限值标准，国内外仅有常用混凝土连续梁的刚度限值。
5、该项目的技术成果取得了很好的应用效果，实现了墩高、跨度的突破，将艰险山区铁路高墩大跨桥梁技术提升到了新的高度，提高了铁路穿越高山峡谷、跨越大江大河的能力，增加了铁路线路选线的自由度，提高了铁路在艰险山区的适应能力，对促进艰险山区铁路技术进步有非常重要的意义。
客观评价如下：
（1）西安铁路局评价：
“项目成果解决了襄渝铁路桥梁建设的关键技术难题，将国内铁路混凝土连续刚构的跨度从168m突破至192m，改变了在200m左右跨度的铁路桥梁长期采用钢梁的局面。
研究成果的应用，牛角坪大桥的修建，有效地减短山区铁路的展线长度，积累了艰险山区铁路高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥建造经验，将铁路高墩大跨混凝土桥梁建造技术提升到了世界领先水平。
”
（2）成都铁路局评价：
“研究成果解决了渝利铁路桥梁建设的关键技术难题，为渝利铁路的修建创造了良好的条件，实现了大跨跨越长江，高线位跨越山区河谷，规避了隧道施工中可能遇到的大型溶洞、突水、突泥的风险，降低了施工、环境及社会风险，确保了工程顺利进行。
应用研究成果，建成了世界跨度最大的铁路斜拉桥、墩高最高的混凝土连续结构桥，将艰险山区铁路高墩大跨桥梁建造水平提升到一个崭新的高度，建桥技术达到世界领先水平。
5、依托本项目的渝利铁路获得了“2015年度国际咨询工程师联合会杰出项目奖”，2015年11月4日，中央电视台朝闻天下，大国工程栏目进行了如下详细报道，“韩家沱长江大桥是目前世界上铁路跨度最大、体重最轻的钢桁梁斜拉桥”、“蔡家沟大桥，它是世界上百米以上高墩最多的铁路大桥，也是世界上首次在铁路桥梁建设中采用A型墩作为大跨高墩的新结构，减少了对环境的影响，改善了它的受力”。
五、推广应用情况
本项目创新成果已应用于襄渝铁路牛角坪大桥，渝利铁路韩家沱长江大桥、蔡家沟及新桥大桥，为两条铁路工程的顺利推进、按期开通及运营提供了技术支撑，取得了良好的效果，投入运营多年来列车在桥上运营安全、平稳、舒适。
研究的新技术、新发明、新构造、新工法已在多条铁路线中应用。
其中厚壁空心结构温度场分布参数、修正的收缩徐变预测模型及刚度限值标准，已在渝利、贵广、湘桂、柳南、长昆等多条铁路线的高墩大跨桥梁项目中推广应用；
斜拉桥“塔-梁-索同步施工工法”，已在宁安铁路安庆长江大桥、渝黔铁路新白沙沱长江大桥使用；
索塔低回缩环向预应力锚固结构体系已在渝黔铁路新白沙沱长江大桥推广使用。
形成的艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术，系统解决了我国艰险山区铁路高墩大跨桥梁的修建难题，为我国艰险山区铁路桥梁建设提供了重要技术支撑，实现了铁路桥梁墩高及跨度的突破，增加了艰险山区铁路选线的自由度，提高了铁路线路的减灾防灾能力及铁路桥梁跨越能力，节省了工程投资。
经济、社会及环境效益显著，具有广阔的推广应用前景。
六、主要知识产权证明目录
1.发明专利：
钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置，专利号ZL201010134238.5
2.发明专利：
长联、大跨连续结构桥超高空心墩，专利号ZL200910059947.9
3.发明专利：
长联、大跨连续结构桥人字型超高空心墩，专利号ZL201110154328.5
4.发明专利：
可熔断锁定装置，专利号ZL201010134164.5
5.发明专利：
钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置安装构件，专利号ZL201010136313.1
6.发明专利：
铁路钢桁梁斜拉桥整体复合式索梁锚固结构，专利号ZL201010134155.6
7.发明专利：
桥梁拉索冷铸锚具用填料及其制作方法，专利号ZL201310040279.1
8.实用新型专利：
铁路斜拉桥索塔锚固区低回缩环向预应力构造，专利号ZL201020143424.0
9.实用新型专利：
钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动轻质导流板，专利号ZL201020145190.3
10.实用新型专利：
双线铁路钢桁斜拉桥，专利号ZL200920353036.2
11.实用新型专利：
横向弧形放坡桥墩，专利号ZL201020241877.7
12.实用新型专利：
哑铃型承台，专利号ZL201320052871.9
13.实用新型专利：
高墩钢桁梁架设门式提升站，专利号ZL201420263160.0
14.实用新型专利：
铁路桥梁道碴槽板与钢桥面板柔性连接结构，专利号ZL201020143432.5
15.施工工法：
铁路斜拉桥塔-梁-索同步施工工法，编号：
SCGF047-2014
16.施工工法：
A型超高桥墩斜腿施工工法，编号：
SCGF013-2012
17.软件著作权：
铁路桥梁计算系统RBCS，编号：
No.00737896
18.软件著作权：
允许应力法任意截面任意布筋配筋程序软件RBCS，编号：
No.00893863
七、主要完成人情况表
1.陈克坚
排名：
1
行政职务：
中铁二院工程集团有限责任公司副总工程师
技术职称：
教授级高工
工作单位：
中铁二院工程集团有限责任公司
完成单位：
对本项目技术创造性贡献：
课题组组长，全面主持课题的研究工作，是高墩大跨铁路桥梁刚度控制的决策者，提出了课题的研究内容和目标，指导了研究过程，提出了分段设置导流板以抑制主梁涡激振动的新技术，提出了A型及人字型混凝土超高墩型结构。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥、混凝土连续刚构桥建造关键技术体系，建立高墩大跨铁路桥梁理论体系有创造性贡献。
2.许佑顶
3
中铁二院工程集团有限责任公司总工程师
课题技术总监，确定了艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术研究科技创新目标，推广科研成果的应用，提出了复杂地形、地质条件下的高墩大跨桥梁选址、桥式方案选择与布置的设计方法。
对建立高墩大跨铁路桥梁设计理论体系有创造性贡献。
3.陈思孝
4
中铁二院工程集团有限责任公司土建二院副总工程师
课题组副组长，协助组长主持完成艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用研究，提出科技创新目标、研究内容、研究方法及技术经济指标，完成课题研究成果，推广成果应用，提出了A型及人字型混凝土超高墩型结构、分段设置导流板以抑制桁梁涡激振动的新技术。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥及混凝土连续刚构桥建造关键技术体系，建立高墩大跨铁路桥梁设计理论体系研究有创造性贡献。
4.陈良江
5
中国铁路经济规划研究院桥梁专业工程师
中国铁路经济规划研究院
确定艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用研究科技创新目标，推广成果应用，提出了复杂地形、地质条件下的高墩大跨桥梁选址、桥式方案选择与布置的设计方法。
对研究成果在襄渝、渝利铁路的推广应用，建立高墩大跨铁路桥梁设计理论体系有突出贡献。
5.周孝文
6
中国铁路经济规划研究院院长
确定大跨度铁路斜拉桥建造关键技术研究、A型高墩大跨度混凝土连续刚构桥技术研究科技创新目标，推广科研成果应用，提出了复杂地形、地质条件下的高墩大跨桥梁选址、桥式方案选择原则。
对研究成果在渝利铁路的推广应用有突出贡献。
6.曾永平
7
中铁二院工程集团有限责任公司科学院工程研究所副所长
高级工程师
主持了大跨度铁路斜拉桥建造关键技术研究，参与了主跨192m大跨刚构桥建设技术试验研究，提出了分段设置导流板以抑制桁梁涡激振动的新技术，创新了索塔低回缩环向预应力锚固结构体系、整体式双锚拉板-锚箱复合式索梁锚固结构。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥与混凝土连续刚构桥建造关键技术体系有突出贡献。
7.李锐
8
中铁二院工程集团有限责任公司土建二院桥梁所所长
主持了A型高墩大跨度混凝土连续刚构桥技术研究，提出了A型及人字型混凝土超高墩型结构、铁路桥梁超高墩技术。
对建立高墩大跨铁路混凝土连续刚构桥建造关键技术及高墩大跨铁路桥梁设计理论体系有突出贡献。
8.张亮亮
9
重庆大学土木工程学院桥梁所所长
教授
重庆大学
完成了厚壁空心墩的温度分布与温度应力的变化规律研究，提出了厚壁空心墩墩壁温差指数曲线分布方程不同壁厚时参数的取值；
研究了混凝土厚壁箱梁在日照、寒潮作用下的温度场随板厚的变化规律，提出了适用于混凝土厚壁箱梁温度应力的计算参数，完善了现行《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）在沿板厚温差曲线的指数系数的取值。
对建立高墩大跨铁路混凝土连续刚构桥建造关键技术体系有突出贡献。
9.廖海黎
10
无
西南交通大学
完成了大跨度铁路斜拉桥抗风试验研究，提出了分段设置导流板以抑制桁梁涡激振动新技术。
对建立高墩大跨度铁路斜拉桥建造关键技术体系有突出贡献。
10.戴胜勇
11
参与了大跨度铁路斜拉桥建造关键技术研究，完成了索塔低回缩环向预应力锚固结构体系、整体式双锚拉板-锚箱复合式索梁锚固结构研究，提出了复杂地形、地质条件下的高墩大跨桥梁选址、桥式方案选择与布置的设计方法。
对建立高墩大跨度铁路斜拉桥建造关键技术体系，建立高墩大跨铁路桥梁理论体系研究有重要贡献。
11.李永乐
12
西南交通大学土木工程学院桥梁工程系副主任
完成了大跨度铁路斜拉桥刚度限制标准及风-车-桥耦合振动研究，提出了铁路大跨钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值标准，研究确定了大跨度铁路斜拉桥的不同风速下的车速标准。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥建造关键技术体系有重要贡献。
12.袁明
13
中铁二院工程集团有限责任公司技术中心专业工程师
参与制定了艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用研究科技创新目标、研究内容及研究方法。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥及混凝土连续刚构桥建造关键技术体系有重要贡献。
13.陈天地
14
完成了厚壁空心墩的温度分布与温度应力的变化规律研究，提出了厚壁空心墩墩壁温差指数曲线分布方程不同壁厚时参数的取值，完成了索塔低回缩环向预应力锚固结构体系、整体式双锚拉板-锚箱复合式索梁锚固结构研究。
14.钟亚伟
15
完成了A型及人字型混凝土超高墩型结构、铁路桥梁超高墩技术研究。
对建立高墩大跨度铁路混凝土连续刚构桥建造关键技术体系有重要贡献。
八、主要完成单位及创新推广贡献
1、中铁二院工程集团有限责任公司
创新推广贡献：
主持了艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术研究，建立了高墩大跨铁路斜拉桥和混凝土连续刚构桥建造关键技术体系、艰险山区高墩大跨铁路桥梁设计理论体系。
首创了分段设置导流板以抑制主梁涡激振动的新技术，研发了带控制开关的锁定装置与粘滞阻尼器相结合的控制新技术，发明了索塔低回缩环向预应力锚固结构体系、整体式双锚拉板-锚箱复合式索梁锚固结构、轻质导流板装置，首创了A型及人字型混凝土超高墩，建立了A型及人字型混凝土超高墩结构设计体系，提出了A型高墩斜腿施工工法，提出了在高墩下段横桥向采用圆弧放坡的高墩形式，单坡墩、双坡墩、人字墩及A型墩经济合理的适用范围，建立了艰险山区铁路高墩大跨桥梁设计理论体系。
对建立高墩大跨铁路斜拉桥和铁路混凝土连续刚构桥关键技术体系体系、艰险山区铁路高墩大跨桥梁设计理论体系做出了突出贡献，对成果在襄渝（襄樊至重庆铁路）增建第二线铁路及渝利（重庆至利川）铁路的应用，建成目前亚洲最大跨度的铁路双线连续刚构桥、世界跨度最大的铁路斜拉桥、世界墩高最高的铁路连续结构桥有重大贡献。
对混凝土厚壁空心结构温度场分布算法、刚度限值标准，桥墩类型选择原则等项目成果在襄渝、渝利、贵广、湘桂、柳南、长昆等多条铁路干线的高墩大跨桥梁项目中推广应用有突出贡献。
2、中国铁路经济规划研究院
全面参加了高墩大跨铁路斜拉桥和混凝土连续刚构桥建造关键技术、艰险山区高墩大跨铁路桥梁设计理论体系研究。
对项目成果在襄渝（襄樊至重庆铁路）增建第二线铁路及渝利（重庆至利川）铁路的应用，建成目前亚洲最大跨度的铁路双线连续刚构桥、世界跨度最大的铁路斜拉桥、世界墩高最高的铁路连续结构桥有重大贡献。
对项目成果在襄渝、渝利、贵广、湘桂、柳南、长昆等多条铁路干线的高墩大跨桥梁项目中推广应用有突出贡献。
3、重庆大学
参加了高墩大跨厚壁温度场与温度效应影响、A型超高墩岔区节点应力分析、高墩大跨铁路混凝土桥梁施工及运营阶段空间分析研究。
通过数值分析、模型试验及现场实测，首次系统地开展了混凝土厚壁空心墩的温度分布与温度应力的变化规律研究，提出了厚壁空心墩墩壁温差指数曲线分布方程不同壁厚时参数的取值，为相关规范修订提供了参考依据。
确定了A型高墩系梁、岔区节点合理的构造细节，得到了局部倒角、开洞等对岔区应力的影响及分布规律；
提出高墩大跨铁路混凝土桥梁超高墩结构在稳定性分析中考虑双重非线性效应的计算方法。
对揭示了环境温度对厚壁空心墩及箱梁结构的影
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