铁路客运专线主要桥涵主要技术标准与施工关键技术.doc

铁路客运专线主要桥涵主要技术标准与施工关键技术第一部分 新建客运专线常用跨度桥梁概况一、前言我国现阶段时速350公里客运专线和时速250公里客货混运铁路常用桥梁结构型式包括：整孔简支箱梁、多片式整体T梁、预应力混凝土连续梁、双线结合梁，高架车站及道岔桥采用的部分刚架。从统计结果看，大量使用的为跨度32米简支箱梁，其次为跨24米简支箱梁。国家已批的九条客运专线上，跨度32米双线简支箱梁总计有25781孔，双线结合梁1350孔，单线箱梁296孔，跨度24米简支箱梁1892孔，合计29319孔。1、桥梁是客运专线土建工程中重要组成部分，比例大、高架桥、长桥多高速铁路与普通铁路的桥梁相比所占比例比较大2、桥梁的主要功能是为高速列车提供高平顺、稳定的桥上线路 3 桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，由于桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动，并在风力、温度变化、日照、制动混凝土徐变等因素作用下产生各种变形，桥上线路平顺性也随之发生变化。因此，每座桥梁都是对线路平顺的干扰点，尤其是大跨度桥梁。为了保证高速列车的行车安全和乘坐舒适，高速铁路桥梁除了具备一般桥梁的功能外，首先要为列车高速通过提供高平顺、稳定的桥上线路。1）客运专线桥梁可分为高架桥、谷架桥和跨越河流的一般桥梁。以预应力混凝土桥梁为主 a 高架桥 以桥代路的桥梁结构。桥墩范围（3 8m），跨度较小（40m），桥下基本无水，伸展很长，常达10余公里 b 谷架桥 跨越山谷、丘陵。其特点高墩、跨度较大 2） 预应力混凝土桥梁的优点: 刚度大、噪音小、温度变化引起结构变形对线路影响少、养护工作量小、造价低。3、全面采用无碴轨道是客运专线发展趋势，桥上无碴轨道对桥梁的变形控制提出更为严格的要求（如台湾高速铁路全长345km，除3km为有碴轨道外全部为无碴轨道） 1）无碴轨道的优点 a弹性均匀、轨道稳定、乘坐舒适度进一步改善 b养护维修工作量减少 c线路平、纵断面参数限制放宽，曲线半径减小，坡度增大 d无碴轨道基本类型 e轨道板工厂预制（ 日本板式轨道、德国博格型无碴轨道） f现场就地灌筑（德国雷达型无碴轨道、长枕埋入式、双块式）2) 无碴轨道铺设后的调整量十分有限（扣件可调整量为2cm），因此对桥梁的变形控制更为严格4、客运专线和普通铁路是两个时代的产物。客运专线推动了现代铁路技术的发展，采用设计、施工新理念。 客运专线桥梁设计突出人性化，通过满足适用、舒适、耐久、环保、便于养护维修等方面的要求体现经济性。桥梁施工要求精细化、工业化。第二部分 客运专线桥梁技术标准一、客运专线桥梁特点1、特点1.1 结构动力效应大1.2 桥上无缝线路与桥梁共同作用1.3 满足乘坐舒适度1.4 100年使用寿命1.5 维修养护时间少二、客运专线桥梁特点1、结构动力效应大1.1 桥梁在列车通过时的受力要比列车静置时大，其比值（1+） 称为动力系数（冲击系数）。产生动力效应的主要因素：1）移动荷载列的速度效应， 客运专线速度效应大于普通铁路，桥梁的动力效应相应较大 2）轨道不平顺造成车辆晃动2、桥上无缝线路与桥梁共同作用客运专线桥梁必须考虑梁轨共同作用。尽量减小桥梁的位移与变形，以限制桥上钢轨的附加应力，保证桥上无缝线路的稳定和行车安全、满足乘坐舒适度。3 修建客运专线要求一次铺设跨区间无缝线路，以保证轨道的平顺和稳定。桥上无缝线路可看作为不能移动的线上结构，而桥梁在列车荷载、列车制动作用下和温度变化时要产生位移。当梁、轨体系产生相对位移时，桥上钢轨会产生附加应力。如果附加应力过大，会造成线路丧失稳定。 4 与普通铁路不同，客运专线必须保证高速运行的列车有很好的旅客乘坐舒适度，它取决于车体的垂直振动加速度 列车通过桥梁时，影响乘坐舒适度的主要因素是桥梁的竖向刚度，对此客运专线桥梁首次提出在预定作用和预定的维修和使用条件下要使主要承力结构要有100年使用年限的耐久性要求设计者应据此进行耐久性设计5 维修养护时间少 1) 客运专线采用全封闭行车模式 2) 行车密度大 3) 桥梁比例大、数量多三、客运专线对桥梁设计要求 根据以上特点，桥梁设计应满足以下要求：1) 桥梁应有足够的竖向、横向、纵向和抗扭刚度，使结构的各种变形很小2) 避免结构出现共振和过大振动3) 结构符合耐久性要求并便于检查4) 常用跨度桥梁力求标准化并简化规格、品种5) 长桥应尽量避免设置钢轨伸缩调节器6) 桥梁应与环境相协调（美观、降噪、减振）四、设计原则 1、设计活载图式1) 设计活载图式的大小直接影响桥梁的承载能力和建造费用，是重要的桥梁设计参数。图式的制定应满足运输能力和车辆的发展2) 我国普通铁路桥梁采用中活载图式和相应的动力系数3) 日本高速铁路采用非常接近运营列车的N、P活载图式。相应的动力系数与跨度、车速和结构自振频率有关4) 欧洲统一采用UIC活载图式，它涵盖6种运营列车，包括高速列车和重载列车，相应的动力系数仅与跨度有关5) 我国客运专线采用ZK活载图式（0.8UIC）以及与 UIC 一致的动力系数6) 我国新建时速200公里客货共线铁路仍采用中活载及相应的动力系数7）采用的活载图式 1)中活载图式（距离以m计）2)动力系数（混凝土梁）3)我国客运专线采用的 ZK 活载图式(0.8UIC) 2、结构刚度与变形控制限值我国普通铁路桥梁的规定我国客运专线桥梁的规定(V250km/h)3、车桥动力响应客运专线桥梁结构除进行静力分析满足有关规定外，尚应按实际运营客车通过桥梁的情况进行车桥耦合动力响应分析。分析得出的各项参数指标应满足有关规定要求 3.1车桥耦合动力响应分析是利用有限元方法建立车辆及线-桥结构动力模型、运动方程。在满足轮轨间几何相容和作用力平衡的条件下，求解行车过程中车、线、桥相应的动力参数指标，并判断其是否符合行车安全和乘坐舒适车线桥耦合振动响应分析各应符合各项动力参数限值。 3.2动力响应分析方法 1) 采用移动荷载列出以不同速度通过桥梁，计算桥梁结构的动力。 2) 采用车、桥平面模型计算车桥动力特性 3) 采用车、桥空间模型计算车桥动力特性特别说明：40m及以下跨度的简支梁，当自振频率n01.5V/L时，不会出现共振或振动过大4、纵向力传递4.1、桥上无缝线路钢轨受力与路基上不同，由于桥梁自身的变形和位移会使桥上钢轨承受额外的附加应力为了保证桥上行车安全，设计应考虑梁轨共同作用引起的钢轨附加力，并采取措施将其限制在安全范围内 钢轨附加应力的分类： 1） 制动力 列车制动使桥墩纵向位移产生的钢轨附加力 2） 伸缩力 梁体随气温变化纵向伸缩产生的钢轨附加力 3） 挠曲力 梁体受荷挠曲变形产生的钢轨附加力4.2、根据轨道的位移阻力关系建立的轨道桥梁共同受力的力学计算模型可以分析墩台纵向刚度、跨度、跨数、列车位置与钢轨附加力的关系4.3、为了保证桥上无缝线路稳定和安全，要求： 1） 桥上无缝线路钢轨附加压应力不大于 61MPa 2） 桥上无缝线路钢轨附加拉应力不大于 81MPa 3） 制动时，梁轨相对快速位移不大于 4mm4.4、主要结论 1） 客运专线桥梁刚度大、钢轨挠曲力不大，且最大值与制动力、伸缩力不在同一位置，挠曲力不控制。 2） 最大制动力出现在停车前瞬间。桥梁墩台应有足够的纵向刚度以限制钢轨出现较大的制动力。 3） 当温度跨大于120m时，由于伸缩力过大，应设置钢轨伸缩调节器，释放钢轨附加应力。 4） 对于满足桥墩纵向最小刚度有困难的高墩谷架桥，应采用结构措施，限制钢轨附加力。5、耐久性措施5.1、改善结构耐久性是通过实践中吸取大量经验教训得来的，世界各国总结的经验是： a结构物使用寿命75100年只有在设计、施工以及使用中检查、养护十分精心的条件下才能实现 b造成结构病害的主要原因是结构构造上的缺陷，以往的设计过分重视计算，忽视了构造细节的处理 c 桥梁的养护重点是及时检查。病害早发现、早整治，不仅费用少，而且能保证耐久性 d 桥梁的经济性应体现为一次建造费用和使用中养护维修费用之和最低5.2、提高耐久性的原则 1） 采用上承式结构和整体桥面 2） 高质量的桥面防排水体系和梁端接缝防水，不让桥面污水流经梁体 3）结构构造简洁，常用跨度桥梁标准化、规格品种少 4）结构便于检查，可方便地到任何部位察看 5）足够的保护层厚度，普通钢筋最小保护层厚度3cm，预应力管道最小保护层管道直径 6） 截面尺寸拟定首先应保证混凝土的灌筑质量，应力不宜过大 7） 严格执行养护规程以减少混凝土表面的裂缝 8） 采用高品质混凝土5.3、我国客运专线桥梁设计暂规以及设计图纸中比较充分地考虑了耐久性措施 1） 采用整体、密闭的桥面 2） 提高了保护层厚度 3） 预留检查通道 4） 简化常用跨度标准梁的品种 5） 采用高性能混凝土6） 优化构造细节6、桥面布置1）桥面布置直接影响结构耐久性和桥梁使用方便 2) 用挡碴墙（防撞墙）替代护轨，以便于线路维修养护3) 桥上有碴轨道采用大型养路机械养护，线路中心至挡碴墙内侧净距2.2m4）接触网支柱设在桥面，线路中心至支柱内侧净距2.9m5) 接触网支柱外侧至人行道栏杆内侧净距0.8m，作为检查车通道6）桥面应密闭防水。主要采用：a整体桥面 b优质防、排水体系 c防水伸缩缝d防水层保护层为纤维混凝土7) 两侧各有三个电缆槽分别存放通信光缆、信号电缆和低压电力电缆8) 电缆槽盖板采用活性粉末混凝土（RPC），以降低厚度、减轻自重9) 设置人行道遮板10)桥面宽度 7、支座与墩台7.1、支座 1) 客运专线桥梁对支座的要求 2) 应明确区分固定和活动支座，保证桥上无缝线路的安全 3) 支座应纵、横向均能转动，并能使结构在支点处可横向自由伸缩 4) 支座应便于更换 5) 盆式橡胶支座能符合上述要求，被广泛应用于各国高速铁路桥梁 6) 每孔简支箱梁的四个支座采用四种型号 7) 有碴桥梁的坡道梁支座应垂直设置（无碴桥梁另作考虑） 8) 采用架桥机架设箱形梁，要保证四支点在同一平面上7.2、墩台 1) 墩台基础的纵向刚度应满足纵向力安全传递的要求，横向刚度应保证上部结构水平折角在规定的限值以内 2） 保证桥墩具有足够的刚度，除矮墩采用实体墩外，一般为空心墩，禁止使用轻型墩 3）为便于养护、外观简洁，取消墩帽、并在墩顶设有1m深的凹槽，梁底进人孔位于墩顶 4）墩顶预留千斤顶顶梁位置 5) 简支梁墩顶支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至120cm 6) 桥位制梁时，应考虑千斤顶张拉空间7) 无碴轨道建成后，可调整的余量很小，扣件的垫板在高程上最多调整2cm7.3 影响桥上无碴轨道平顺性和稳定性的主要因素： a 墩台基础工后沉降 b 预应力混凝土梁在运营期间的残余徐变上拱 c 梁端竖向转角 e 桥面高程施工误差 f 梁端接缝两侧钢轨支点的相对位移 g 日照引起的梁体挠曲和旁弯 h 相邻不等高桥墩台的横向位移差7.4墩台基础工后沉降应满足以下要求（必要时可采用调高支座）： a均匀沉降20mmb相邻墩台不均匀沉降5cm。c由于梁端竖向转角会引起钢轨的局部隆起，造成梁端接缝两侧钢轨支点承受附加拉力和压力。所以应限制转角使附加拉力小于扣件的扣压力、附加压力不超过垫板允许的疲劳压应力；轨道板上抬的稳定安全系数小于1.3。当梁端悬出长度过大时，宜采用平衡板构造措施d无碴轨道铺设后，预应力混凝土梁残余徐变上拱应不大于1cm，大跨度桥梁应不大于2cm7.5控制徐变上拱的措施有： a 增大梁高 b 优化预应力筋布置 c 采用部分预应力结构 d 延长预施应力至铺设无碴轨道的时间间隔，一般不少于60天e 桥面高程施工误差应控制在0、-30mm。以保证有足够的无碴轨道建筑高度。施工应根据梁高偏差、架梁时支座与垫石间灌浆层厚度确定支承垫石顶面的高程f 梁端接缝两侧钢轨支点在活载及横向力作用下的竖向和横向相对位移不大于1mm。应考虑支座弹性压缩变形、梁端转角、坡道梁伸缩、支座横向间隙等影响g 日照引起梁体挠曲或桥墩横向位移应与其它因素组合满足竖向与水平折角的要求，必要时需进行动力检算五、桥梁设计暂规要点六、桥结构型式1) 客运专线桥梁一般均选择刚度大的结构，如：简支梁、连续梁、刚架、拱、系杆拱等，并选用双线整孔箱形截面。较小的跨度也有采用由多片T梁组成的双线整孔简支梁以及板梁等2) 桥梁结构以预应力混凝土梁为主，钢筋混凝土梁、钢-混结合梁以及小跨度型钢混凝土梁也常有使用。需要使用钢梁时，应考虑降噪措施3) 简支梁和连续梁的应用应视桥梁数量、工期、地质情况、钢轨伸缩调节器布置数量而定。简支梁跨度一般不宜超过50m4) 各国高速铁路选用大跨度桥梁较为慎重，主要考虑如何保证桥上线路的平顺性要求。目前，高速铁路跨度超过100m的桥梁不是很多七、施工技术1) 客运专线要求一次铺设无缝线路，桥梁必须在铺轨前建成。同时，桥梁数量多、梁体重、质量控制严格，普通铁路桥梁的施工方法和经验已不再适用2) 混凝土桥梁施工方法 预制架设整孔预制（先张法、后张法）、架桥机架设 分段预制、造桥机拼装联成整体（湿接缝或干接缝） 分片预制、架设后联成整体 预制节段、悬臂拼装 整孔预制、浮运架设 桥位制梁膺架法 移动模架法 悬臂灌筑法 顶推法 转体施工法 3) 结合我国客运专线特点桥梁数量大、工期短，宜以整孔预制、架桥机架设为主，并结合具体情况，辅以其它多种施工方法a 系统总体筹划 b 预制梁场和架桥机数量配置 c 控制工程附近的桥梁及山区桥梁，可能需要桥位制梁合理八、施工方案 预应力混凝土梁施工质量控制要点 (1) 标段划分（上、下部工程应由同一个施工单位承包） (2) 路基施工与运梁的相互关系 (3) 大跨度无碴桥梁变形控制可能推迟工期1、采用高性能混凝土 1) 通过混凝土材料中掺加活性矿物掺合料（级粉煤灰、磨细矿粉）和其它改善混凝土性能的外加剂，改善混凝土的耐久性和施工性能。对混凝土采用的各种材料提出了严格要求和规定2) 混凝土质量应达到以下要求： a 强度及弹性模量不得低于设计值 b 冻融循环200次后，试件重量损失不大于5%,相对动弹性模量不低于60% c 抗渗等级不小于P20 d 氯离子渗透值不大于1000C e 护筋性试件中钢筋不应出现锈蚀2、预制梁的养护与拆模 1) 蒸汽养护 a 静停时，棚温不低于5，灌筑完保持4小时；升温速度不应大于10/h；恒温蒸汽温度不宜超过45 ；降温速度不大于10/h b 蒸养过程中，梁体芯部混凝土温度不应超过60，芯部与表层、表层与环境温差不超过15 c 蒸养结束后，立即进入自然养护，时间不少于10天 2) 自然养护 a 保持混凝土表面充分潮湿 b 相对湿度在60%以上时，不应少于14天；否则不应少于28天 c 拆模条件混凝土强度达到设计强度的60%以上 d 梁体混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层与环境的温差不大于153、后张梁预施应力 1) 采用三阶段张拉 a 带模预张拉（大型预应力混凝土结构）a. 防止早期混凝土温差及收缩裂缝 b. 松开模板，不能让模板阻碍梁体压缩变形 b 初张拉（提供顶梁、移梁所需的预应力）需达到80%混凝土设计强度 c 终张拉 2) 梁