既有線提速200公里橋梁技術(shù)條件

1、 我國自廣深線提速改造以來，進(jìn)行了5 次大提速，客車速度達(dá)到160km/h ，貨車速度達(dá)80km/h 。從前5 次的提速實(shí)踐來看，由于我國鐵路設(shè)計(jì)長期受經(jīng)濟(jì)條件的制約，標(biāo)準(zhǔn)偏低，提速的主要問題表現(xiàn)為先天不足，尤其在橋梁上比較突出，如橋梁的剛度問題、整體性和橫向振動(dòng)問題等。目前實(shí)施的提速目標(biāo)值客車200km/h 、貨車120km/h ，與德國聯(lián)邦鐵路改建或擴(kuò)建線路及莫斯科一列寧格勒鐵路線一致。因此在制定技術(shù)條件時(shí)，主要吸收了廣深線5 次大提速的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考了德國最新發(fā)行的鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和前蘇聯(lián)的相關(guān)研究。 2. 1 一般規(guī)定一般規(guī)定 2.1.1 新建橋梁宜按 新建時(shí)速200 公里客貨共線鐵路

2、設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 執(zhí)行。 2.1.2 既有橋梁應(yīng)符合 鐵路橋隧建筑物大修維修規(guī)則 和 鐵路橋梁檢定規(guī)范的規(guī)定，并對既有橋梁進(jìn)行檢算，對檢算難以得出明確結(jié)論的橋梁，應(yīng)采用試驗(yàn)方法進(jìn)行評定；檢算、試驗(yàn)結(jié)果不滿足使用狀態(tài)要求，在進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后，采用加固、改造或改建。 2.1.3 既有橋梁的改造或加固方案應(yīng)根據(jù)橋梁的實(shí)際狀況、評估結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性，并考慮今后橋梁和橋上軌道的養(yǎng)護(hù)維修綜合確定。 2.1.4線間距：350km/h線間距5.0m、300km/h線間距4.8m、250km/h線間距4.6m、200km/h線間距4.4m、160km/h線間距4.2m、120km/h線間距4.0m。 2.2.1 混

3、凝土并置梁及橫向聯(lián)結(jié)弱的混凝土梁應(yīng)增設(shè)或加強(qiáng)橫向聯(lián)結(jié)，對加固確有困難或加固難以達(dá)到使用狀態(tài)要求的梁應(yīng)更換。2.2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范檢算及加固，滿足抗裂性和強(qiáng)度要求。2.2.3 跨度不大于40m 的鋼板梁宜更換。2.2.4 鋼桁梁橋應(yīng)進(jìn)行靜、動(dòng)力檢算或試驗(yàn)，并考慮限界要求、改造的可能性和經(jīng)濟(jì)性，綜合確定加固、改造措施或改建。2.2.5 鋼橋的明橋面可保留，但應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。2.2.6 既有斜橋應(yīng)進(jìn)行橋面扭曲變形檢算，并滿足扭曲變形要求。 2.2.7 墩臺(tái) 1）.線間距由4.0m 改為4.4m的雙線橋梁，由于支座位置發(fā)生變化，應(yīng)對墩臺(tái)和基礎(chǔ)的強(qiáng)度進(jìn)行檢算，必要時(shí)進(jìn)行加固。 2）.既

4、有橋梁墩臺(tái)縱向應(yīng)按 新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 進(jìn)行檢算，并滿足相關(guān)要求，必要時(shí)進(jìn)行加固。 3）.既有橋梁墩臺(tái)橫向變形應(yīng)滿足橫向折角的要求。 2.2.8 支座應(yīng)在梁端設(shè)置橫向限位裝置，梁端的橫向變位不得大于2mm。 2.2.9 涵洞頂至軌底的填土厚度不宜小于1.2m 。2.2.10 梁體每一種加固措施必須經(jīng)過試驗(yàn)和鑒定，確定加固效果后方可推廣采用；改造加固后的橋梁應(yīng)采用靜、動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行抽檢。 2.2.11作業(yè)通道 橋面兩側(cè)應(yīng)設(shè)置作業(yè)通道，寬度宜為1.0m。作業(yè)通道欄桿的高度為1.0m。欄桿扶手內(nèi)側(cè)與毗鄰線路中心的凈距不應(yīng)小于3.75m。 2.3 使用狀態(tài)要求 2.3.1 豎向撓度要求 在

5、考慮動(dòng)力系數(shù)的中一活載作用下，梁體的計(jì)算豎向撓度不應(yīng)大于表3 . 3 . 1 的限值。該限值與 新建時(shí)速200 公里客貨共線設(shè)計(jì)暫規(guī) 相比，有一定的差別，主要因?yàn)樾戮€更多地考慮了留有發(fā)展空問和運(yùn)營的高舒適性：而既有線改造主要考慮充分地利用既有結(jié)構(gòu)，相對犧牲一定的舒適性，并且既有線提速200 公里基本上達(dá)到了最大限度。 梁體豎向撓度限值 跨度L40撓度限值：單跨L/900；多跨L/1100(20m18.2mm、32m29.1mm）。 2 .3.2 自振頻率要求 簡支梁除應(yīng)滿足豎向自振頻率要求外，為保證列車運(yùn)行的安全性和舒適性，梁體的橫向一階彎曲自振頻率還應(yīng)滿足表3. 3 .2 的要求。表3 .

6、3 . 2 梁體橫向彎曲自振頻率f的規(guī)定：鋼板梁、預(yù)應(yīng)力混凝土梁：f60/L0.8(20m5.46次/s、32m3.75次/s) 2.3.3 由墩臺(tái)橫向水平位移差引起的相鄰結(jié)構(gòu)物軸線間的水平折角不得超過l。 我國既有鐵路橋梁的設(shè)計(jì)，由于當(dāng)時(shí)條件和認(rèn)識(shí)上的限制，通常都偏重于一次建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性考慮和便于快速施工。常用跨度混凝土橋梁均采用工廠預(yù)制、火車運(yùn)輸、架橋機(jī)架設(shè)的雙片式T 梁標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)以滿足承載力要求，節(jié)省材料為主，對橋梁的剛度、長期變形、動(dòng)力性能和耐久性則考慮不足。因此在長期運(yùn)營中和提速中出現(xiàn)一些問題，制約了鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。主要可歸納為橋梁長期使用狀態(tài)問題和提速問題兩大類。 混

7、凝土梁的設(shè)計(jì)主要由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理不當(dāng)以及對耐久性和混凝土材料性能認(rèn)識(shí)不足，造成： 橫隔板斷裂； 預(yù)應(yīng)力梁上拱度過大； 混凝土堿骨料反應(yīng)造成部分橋梁嚴(yán)重的縱向水平裂紋； 混凝土保護(hù)層過薄，放排水系統(tǒng)失效，污水流經(jīng)梁體表面，造成鋼筋嚴(yán)重銹蝕。 鋼梁均采用明橋面，明橋面的木枕用鉤頭螺栓固定于縱梁上，但鉤頭螺栓的緊固作用差，木枕易變位，橋上軌道維修量大。 支座：鋼支座銹蝕嚴(yán)重，縱向活動(dòng)支座不活動(dòng)；板式橡膠支座橫向沒有約束。 涵洞：主要是石砌邊墻破損嚴(yán)重。 為避免新建時(shí)速200 公里客貨共線鐵路橋梁設(shè)計(jì)出現(xiàn)同樣的問題，保證新建橋梁的良好使用狀態(tài)和耐久性，并盡量減少橋梁在運(yùn)營期間的維修量，有必要對新建橋梁

8、的設(shè)計(jì)和構(gòu)造作出規(guī)定。 廣深準(zhǔn)高速鐵路改造是將客車速度提高到160k/h；四次大提速將三大干線的客車速度由原來的100km/h提高到140km/h，貨車速度由60km/h以下提高到70-80km/h。鐵科院和一些鐵路局橋檢隊(duì)對提速后橋梁的動(dòng)力性能進(jìn)行了大量測試和分析，發(fā)現(xiàn)提速后既有橋梁存在的一些問題，主要包括： （l）既有混凝土雙片式T 梁的橋面不成整體、橫向聯(lián)結(jié)弱造成一些跨度的橫向自振頻率偏低，當(dāng)提速貨車通過橋上時(shí)，由于貨物列車的橫向激振頻率與梁體的橫向有載自振頻率接近，從而產(chǎn)生劇烈的橫向振動(dòng)現(xiàn)象。如32m 梁，貨物列車提速至70一80 km/h時(shí)，實(shí)測32m 梁的橫向振幅一般達(dá)到9-13m

9、m。大大超出當(dāng)時(shí)橋梁檢定規(guī)范的限值L /16.5=1.94mm。從國外情況來看，前蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院院士鮑達(dá)爾教授研究了客車200km/h 、貨車120km/ h運(yùn)行條件下梁體的振動(dòng)問題，認(rèn)為梁體橫向振幅的限值一般可取客車0.2L ( mm ）、貨車0 . 3L ( mm )（其中L 以m 計(jì)）， 可見我國32m 梁橫向振動(dòng)己超出這個(gè)限值。32m 預(yù)應(yīng)力混凝土梁，因此貨車提速后，梁體橫向振動(dòng)偏大。所以，既有標(biāo)準(zhǔn)梁的橫向聯(lián)結(jié)方式應(yīng)改變，必須采用整體橋面，加強(qiáng)橫向聯(lián)結(jié)，提高橫向自振頻率。表l 混凝土標(biāo)準(zhǔn)梁實(shí)測橫向自振頻率及標(biāo)準(zhǔn)限值（單位：Hz ) （2）在前幾次提速試驗(yàn)中分別對10-40m 6種不同

10、跨度的鋼板梁進(jìn)行過動(dòng)載試驗(yàn)，當(dāng)客車達(dá)到160km/h 時(shí)，梁體橫向振幅在一些跨度接近新橋檢規(guī)和前蘇聯(lián)的限值標(biāo)準(zhǔn)；貨車提速到80-90km/h時(shí)，大部分跨度的梁體橫向振幅超出限值標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)劇烈，危及行車安全?？?、貨車進(jìn)一步提速后，梁體振動(dòng)還會(huì)增大。因此在新橋設(shè)計(jì)中，40m 以下的跨度不宜采用鋼板梁。 （3）我國過去的鋼橋都采用明橋面，廣深準(zhǔn)高速鐵路跨度64.0m 雙線鋼桁梁也是明橋面，只是將明橋面用的鉤頭螺栓改為在縱梁上打孔的螺栓連接，列車在160km/h速度條件下已經(jīng)安全運(yùn)營了四年，整個(gè)結(jié)構(gòu)和橋面系均處在良好的狀態(tài)。日本東海道新干線（運(yùn)行速度210km/h）上也使用明橋面。明橋面直接承受列車的

11、沖擊作用，一是縱橫梁容易出現(xiàn)疲勞裂紋，日本東海道新干線在運(yùn)營10 年后明橋面出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象顯著增多；二是軌枕易變位，使得明橋面的軌道結(jié)構(gòu)的維護(hù)量大；三是明橋面噪聲大，為此日本東海道新干線明橋面的木枕己逐步改造成樹脂軌枕。貨車提速至120km/h后，由于其軸重和簧下質(zhì)量都比客車大，沖擊作用會(huì)顯著增加，明橋面能否長期適用120km/h貨車的動(dòng)力作用及噪聲污染都是突出的問題。 在德國新建鐵路線上鋼橋一般都采用正交異性板及鋼筋混凝土板的道碴橋面。因此綜合考慮結(jié)構(gòu)的長期使用性能和減少橋上軌道的維修量，在新建客車200 km/h、貨車120/kmh的客貨共線鐵路上不宜采用明橋面。 （4）我國既有鐵路線上曾

12、采用一些柔性橋墩，當(dāng)貨車速度提高到60 一80km/h時(shí)，柔性橋墩普遍存在橫向振動(dòng)急劇增大的現(xiàn)象，目前有這類橋墩的線路區(qū)段提速貨車不得不限速60km/h運(yùn)行。因此，在貨車120km/h的新建鐵路上一般不應(yīng)采用剛度較小的柔性墩臺(tái)，以滿足行車舒適性與安全性要求。 （5）板式橡膠支座橫向變位沒有約束，列車通過時(shí)梁體橫向呈整體剛體振動(dòng)形態(tài)，當(dāng)速度提高后，列車的橫向激勵(lì)頻率與梁體橫向整體剛體振動(dòng)頻率很容易接近，從而使梁體產(chǎn)生劇烈的橫向振動(dòng)。因此，必須采取措施，約束其橫向變位。 4.1、技術(shù)設(shè)備概況、技術(shù)設(shè)備概況 4.1.1既有橋涵運(yùn)營狀況 本次京廣線提速目標(biāo)200Km/h的區(qū)段范圍內(nèi)橋涵主要為蓋板箱涵、

13、圓涵、拱涵、框架立交橋（涵）、鋼筋（預(yù)應(yīng)力）砼梁、T梁、板梁橋以及鋼梁橋。在現(xiàn)狀列車速度下多數(shù)橋涵運(yùn)營狀況良好。 4.1.2技術(shù)設(shè)備狀況 （1）竇店保定（K30K132.500） 改造區(qū)段共涉及到既有橋涵136座。 其中：橋梁48座（含大橋3座），涵洞32座，框架橋（涵）56座。 4.2、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)原則 4.2.1橋梁主要技術(shù)參數(shù)及控制指標(biāo) 本段提速改造橋梁的主要技術(shù)參數(shù)參照新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（以下簡稱暫規(guī)）、鐵道部科學(xué)技術(shù)司既有線提速200KM/h技術(shù)條件（試行）（征求意見修改稿）辦理。 1）設(shè)計(jì)荷載：“中活載”。 2）建筑限界：建筑限界應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界

14、有關(guān)電氣化凈空的規(guī)定。 3）豎向剛度：技術(shù)條件規(guī)定跨度小于等于40m時(shí)，單跨最大豎向撓度不大于L/900，多跨最大豎向撓度不大于L/1100。 4）梁體橫向剛度：在列車搖擺力、離心力、風(fēng)力和溫度力的作用下，梁體的水平撓度應(yīng)不大于梁體計(jì)算跨度的1/4000。 5）搖擺力、離心力按暫規(guī)規(guī)定計(jì)算。 4.2.2一般橋涵主要設(shè)計(jì)原則 1）橋涵洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)：按現(xiàn)行橋規(guī)TBJ1000299，級鐵路干線辦理。 2）既有橋涵設(shè)施應(yīng)結(jié)合所處速度區(qū)段檢算動(dòng)力特性，來確定加固改建措施。本次研究參照京秦提速試驗(yàn)中同類型橋梁仿真計(jì)算結(jié)果，本段200KM/h條件下要求舒適度指標(biāo)滿足合格。 3）橋梁孔跨式樣：新建、改建橋涵一

15、般采用混凝土結(jié)構(gòu)，要滿足動(dòng)力特性要求，盡量不采用鋼梁。 4）新建、改建橋涵采用道碴橋面，枕底道碴厚度不小于30cm，困難條件下不小于25cm，橋涵道碴加厚區(qū)段增設(shè)擋碴塊。 5）新建涵洞軌底至涵頂填土厚度不宜小于1.2米。 6）考慮無縫線路縱向力對橋梁墩臺(tái)的作用。 7）跨度大于等于8m的T梁，其橫隔板進(jìn)行橫向加固，本次研究考慮采取加固措施。 8）既有線涵洞，涵頂至軌底的高度小于1.2m時(shí)，計(jì)入動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行檢算，驗(yàn)算不合格的涵洞應(yīng)進(jìn)行加固、換板或改建。 9）跨度小于4.5m以下的橋梁如撥道偏距（相對于原位置）大于0.05m以上時(shí)，本次研究采用移梁或?qū)⒘焊鼡Q為箱涵蓋板，再以板涵接長。 10）跨度大于

16、4.5m的小橋，如撥道偏距大于0.05m時(shí)，應(yīng)對橋梁進(jìn)行檢算。檢算偏載超限的橋梁本次研究采用將梁體移位，墩臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸不滿足時(shí)將既有墩臺(tái)幫寬，其基礎(chǔ)采取必要的加固措施。有條件的改建為框架橋。 11）既有線橋梁，所有平板橡膠支座或無支座橋梁，均應(yīng)采取橫向限位加固措施，新建橋梁也需采取具有橫向限位裝置的支座。 12）超低高度T梁更換或加固；小跨度梁改造為框架橋。 13）雙線橋一線移梁，保持線間距最小為4.4米，由于支座位置發(fā)生變化，應(yīng)對墩臺(tái)和基礎(chǔ)的強(qiáng)度進(jìn)行檢算，必要時(shí)進(jìn)行加固。 14）鋼梁橋采用更換混凝土梁設(shè)計(jì)，并對基礎(chǔ)和墩臺(tái)進(jìn)行檢算，必要時(shí)進(jìn)行廢除，重新設(shè)計(jì)新橋。 15）對木樁基礎(chǔ)、石質(zhì)墩臺(tái)身進(jìn)行加固處理。 4.3、建設(shè)方案、建設(shè)方案 4.3.1橋位方案的比選 根據(jù)線路平面設(shè)計(jì)，進(jìn)行改建橋涵的平面位置設(shè)計(jì)。 4.3.2既有重大防護(hù)工程的利用加固 既有橋涵的導(dǎo)流設(shè)備，按照既有現(xiàn)場地形地貌，進(jìn)行優(yōu)化布置，不做的改動(dòng)。 4.3.3橋式方案的比選 接長或新建橋橋式按既有橋式或相關(guān)橋式且不低于原孔徑凈高進(jìn)行設(shè)置。 4.3