浅谈新技术在高速铁路桥梁施工中的应用__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:172

副标题#e#摘要：我国铁路客运专线近几年来已成为世界快速发展中国家之一，具有在建规模大、营运里程长、开通速度快等主要特点。已建成投入运营的京津城际、武广、郑西客专等受到世界各国及国内各界的高度重视和广泛赞扬，其中新技术在桥梁设计与施工中的应用和发展功不可没。
　　关键词：高速铁路桥梁新技术应用
　　一、我国高速铁路的现状与发展
　　目前，我国铁路客运专线在建规模已达1万多公里，其中桥梁比重近50%。桥梁比重最高的广珠城际铁路达到90%以上，已经开通运营的京津城际铁路桥梁比重达到88%。在现代高速铁路建设中，桥梁设计与建造技术已成为关键技术之一。桥梁是高速铁路土建工程的重要组成部分，主要功能是为高速列车提供平顺、节约占地面积，稳定的桥上线路，以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适。
　　多年来，我国的高速铁路建设通过借鉴德国、日本等国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的具体实践中，逐步形成了有特色的高速铁路桥梁建设的设计特点与关键技术。探索和积累符合国情的高速铁路桥梁建设的技术标准、设计技术、建造技术，在高速铁路桥梁设计、施工、科研以及建设管理等方面实现了重大跨越。我国铁路在高速铁路桥梁设计、施工、科研以及建设管理等方面实现了重大跨越，在大吨位桥梁建造技术取得重大突破。
　　二、我国高速铁路桥梁建设的关键技术
　　（一）、无缝线路桥梁设计建造技术
　　无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。据有关方面统计，与普通线路相比，无缝线路至少能节省15%的经常维修费用，延长25%的钢轨使用寿命。在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。
　　由于无缝线路中钢轨所承受的温度力的大小和轨温的变化有直接关系，所以我们锁定钢轨时必须正确、合理地选定锁定轨温，以保证无缝线路钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，危及行车安全。就北京地区来说，最高轨温为摄氏62.2℃，最低轨温为零下22℃度，中间轨温为19.9℃。根据无缝线路强度和稳定性计算得出的结果，北京地区最佳锁定轨温为24℃，实际允许锁定轨温为19℃~29℃。
　　无缝线路作为轨道交通的发展方向，在进行轨下桥梁结构设计时就必须树立以人为本，满足高速列车旅客舒适性、轨道平顺性、安全性要求的设计理念。京沪高速铁路南京大胜关长江大桥孔跨布置设计与该桥无缝线路设计方案专题研究，实践表明在无缝线路轨道下合理的桥梁孔跨布置，能提供无缝线路较好的轨道受力条件。
　　桥上无缝线路钢轨受力与路基上钢轨受力不同，由于桥梁自身变形和位移将使桥上钢轨承受额外的附加应力。为了保证列车在桥上行车安全，设计时充分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。钢轨附加应力包括制动力、伸缩力和挠曲力。主要设计院所经过多年的专题研究，目前我国系统建立了无缝线路梁—轨作用的力学模型，通过相应的模型试验和实桥测试验证了分析模型和理论的可靠性，制定了相应的技术控制指标。
　　无缝线路桥梁的设计要点
　　桥上无缝线路设计要求合理选择轨道结构型式，长轨条布置和锁定方式，恰当确定中和温度，使墩台、轨道受力及钢轨折断的断缝不超过允许值，并保证轨道有足够的稳定性和防爬能力。
　　物质不灭定律告诉我们，任何一种物质都不会消失，只不过从一种形式转化为另一种形式。钢轨的温度力也同样如此，它不可能消失，是人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制钢轨的自由伸缩。我国是采用高强螺栓、扣件等对钢轨进行约束。试验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。扣#p#副标题#e#件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。
　　桥上无缝线路中和温度的确定与普通无缝线路无较大特殊差异，只是在强度和稳定条件中均要考虑伸缩力或挠曲力的影响。对扣件的布置等问题前面均已涉及，下面仅就轨条布置，断缝计算等问题做一简要说明。
　　首先进行调查和收集有关资料：桥梁全长、孔数、桥跨结构、支座布置、墩台类型及状态；桥上及桥头两端线路的平面、纵断面、轨道结构的类型、状态及绝缘接头设置位置；收集桥梁的设计资料、竣工资料：如墩台检算计算单、桥梁弦杆影响线图、设计中所采用的各项参数、有关规程、规范和技术条件的规定等，并了解运营有关部门对设计铺设无缝线路的要求等。
　　无缝线路桥梁线路轨条布置
　　桥上长轨条的布置应根据桥梁的设备情况、自动闭塞区段绝缘接头设置的要求、施工条件和维修条件来确定。
　　一般说来，设计整根轨条通过全桥，使桥梁位于无缝线路固定区，伸缩区离桥头最好不小于10m。这样就有结构简单、桥上不需要特殊设备、完全消除桥上的钢轨接头、减少冲击力、维修方便等优点。缓冲区的轨缝应按计算来设置并严格控制。伸缩调节器的基本轨、尖轨与长轨条焊接。在连续钢桁梁上轨条长度与一联梁长相同或轨条可跨越固定端处延伸到路基上或相邻的桥上。
　　无缝线路桥梁的断缝检算
　　为了保证低温断轨时不危及行车安全，应选择钢轨受拉力最大和扣件阻力最小的断面进行断缝检算。假定钢轨在A点折断，则A点处的钢轨拉力降为零，两端按扣件阻力梯度放散温度力，A点处的断缝为λ=ω/EF≤[λ]，ω温度力的放散面积，[λ]为容许断缝值。我国规定，无碴桥[λ]≤10cm，有碴桥[λ]≤8cm。如超过容许值，需要重新布置扣件，调整阻力分布。
　　无缝线路桥梁的桥梁墩台及支座检算
　　1．墩台检算。在桥上铺设无缝线路后，由于伸缩力、挠曲力或断轨力的反作用，会使桥梁墩台受到额外的纵向水平力，其大小为梁两端纵向作用力的代数差。曲线墩台还要受到钢轨中温度力的径向分力。在这些力的作用下，墩台和基础的强度是否足够，应当按《铁路工程技术规范》中的规定进行必要的检算。
　　2．支座螺栓的检算。按作用于桥梁的最大组合纵向力，检算支座螺栓的剪力强度。
　　（二）、桥梁预应力孔道真空辅助压浆
　　真空辅助压浆是在孔道的一端采用真空泵对孔道进行真空处理，使孔道内的真空度达到80％以上，产生-0.06至0.1Mpa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以≥0.7Mpa的正压力。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡；由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度；由于减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的收缩，从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。因此真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。
　　主要技术特点及要求
　　（1）减少孔道中阻力，加速了浆液的流动，形成一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间，提高了生产工效；（2）强化了浆液的惯性流动与冲击及对孔道的充盈。在真空状态下，孔道内的空气、水分以及混在水泥浆中的气泡被消除，减少孔隙、泌水现象，确保了孔道灌注的密实性和浆体的强度，以及预防和克服对预应力筋的腐蚀，从而最大限度地提高了结构的耐久性和安全性；（3）孔道的密封性提高，保证了浆液充满孔道。
　　主要技术要求
　　（1）孔道及两端必须密封，且孔道内无杂物，孔道畅通；（2）抽真空时真空度（负压）控制在-0.06～-0.1Mpa之间；（3）水灰比控制在0.3～0.4之间；（4）浆体流动度30～50秒；（5）浆体沁水性小于水泥浆初始体积的2%；（6）浆体初凝时间至少6小时；（7）浆体体积收缩率＜2%；（#p#副标题#e#8）浆体强度指标满足规范要求；（9）浆体对钢绞线无腐蚀作用。
　　真空辅助压浆的优越性
　　可以消除普通压浆法引起的气泡，同时，孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度。
　　（1）消除混在浆体中的气泡，这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。
　　（2）浆体中的微末浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器，待稠浆流出后，孔道中浆体的稠度即能保持一致，使浆体密实度和强度得到保证。
　　（3）孔道在真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而使浆体形成的压头差，便于浆体充盈整个孔道，尤其是一些异形关键部位，对于弯形、U型、竖向预应力筋更能体现真空灌浆的优越性。
　　（4）作为一种全新的技术，真空辅助压浆要求施工现场具有高水平的质量，包括高水平的管理人员和操作队伍，这样由于这种方法本身的性质决定了它具有高水平的质量控制。
　　（三）、900t级整孔简支梁制造运输架设技术
　　国内自主研发具有知识产权的客运专线900吨架桥机和运梁车，解决了大吨位整孔箱梁架设问题，从建场、制梁、移运、架设等方面摸索出整套制梁技术，具有较好的施工效率、安全性与可靠性。
　　如：京津城际铁路途经北京、天津两大直辖市，沿线经济发达，道路纵横交错，土地资源极其宝贵，为最大限度地减少铁路线路对城市的切割，节省宝贵的土地资源，经过综合技术经济比选，京津城际铁路广泛采用了桥梁替代传统路基，桥梁长度占线路总长度的87％，每公里桥梁平均节省土地44亩，仅此就节约土地1600余亩。
　　经过大量技术经济比选，京津城际铁路选用了900吨级重的32米简支整孔箱梁。这是我国自主研发并首次应用于无渣轨道工程的铁路桥梁，具有稳定性好，单孔梁长度为32.6米，宽为13.4米，梁体总面积为440平方米，总重量达到了900吨，无论是体积还是重量都比过传统的铁路T型桥梁多出七八倍。这种桥梁抗震、抗压的技术参数也比过去生产的桥梁有很大的提高。
　　京津城际轨道交通工程采用高架桥梁运输模式，115公里的路段全部用桥墩支撑。其中由中铁22局中承担的4号制梁场，共要生产双线箱梁719孔，生产量占全线总任务的近30%，是全线6家制梁场中规模最大的一个，通过采用客运专线900吨架桥机和运梁车有效地解决了桥梁架设及运输问题。设计中京津城际铁路的所有桥梁都做了耐久性设计和景观设计，桥梁主体结构使用寿命为100年。
　　此外还有高速铁路桥梁支座应用技术、无砟轨道桥梁设计建造技术、车站桥梁设计建造技术、高架长桥快速施工技术、高性能混凝土材料应用技术、岔区桥梁结构设计建造技术等，这些关键技术，在我国的高速铁路桥梁建设中，发挥了重要的作用。