大秦線2萬噸貨車條件下線橋加固對策和方案實施
2011-05-18 來源：中國鐵路工程建設(shè)網(wǎng)
獲獎等級
二等獎
主要獲獎單位
北京鐵路局
太原鐵路局
鐵道科學(xué)研究院
主要獲獎人員
康高亮、劉樹旺、閆平、馬林、侯暢、閆志強、柯在田、趙洪雁、楊宜謙、姚冬、馬永紅、張玉玲、邢建鑫、王曉奎、牛斌
一、項目簡介
項目名稱：大秦線2萬噸貨車條件下線橋設(shè)備強化對策和橋梁結(jié)構(gòu)加固、壽命評估的試驗研究
技術(shù)領(lǐng)域：重載鐵路
主要內(nèi)容：針對在大秦線開行2萬噸長大重載列車、實現(xiàn)2億噸年運量對既有線橋設(shè)備的影響，進(jìn)行了“大秦線2萬噸貨車條件下線橋設(shè)備強化對策的試驗研究”。本項目通過研究，提出了基礎(chǔ)設(shè)施的強化技術(shù)對策。首先組織對大秦線基礎(chǔ)設(shè)施的基本狀況進(jìn)行充分調(diào)研，選取典型的軌道、橋梁和路基測試工點，分別測試了2萬噸、l萬噸（25噸軸重）和9500噸、5000噸（21噸軸重）列車運行條件下線、橋、路基的實際動力性能以及2萬噸、l萬噸和5000噸列車制動對長大坡道和橋梁的縱向作用。（1）在線路和軌道方面，分析了2萬噸長大列車通過小半徑曲線時的運行安全性以及對線路橫向穩(wěn)定性的動力影響，以及2萬噸長大重載列車在長大坡道制動的安全性及對無縫線路軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。通過隧道內(nèi)軌枕板的動力試驗及隧道內(nèi)軌枕板的縱、橫向阻力測試分析，評估隧道軌枕板線路對2萬噸長大重載列車運行的適應(yīng)性。測試分析和評定了2萬噸長大重載（25噸軸重）列車通過道岔時的安全性及對道岔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及道岔部件強度的影響。（2）選取典型特大橋2座，進(jìn)行2萬噸長大重載列車在橋上制動試驗，研究2萬噸長大重載列車在長大橋梁上制動的安全性和對橋梁縱向受力的影響，測試了9座典型的橋涵結(jié)構(gòu)在2萬噸長大重載列車運行條件下的動力響應(yīng)，綜合分析和評估2萬噸長大重載列車通過橋涵和在橋上制動時的安全性以及對橋梁的影響，提出對大秦線橋涵處理對策。（3）對路基的現(xiàn)狀進(jìn)行全面與系統(tǒng)的調(diào)查與分析。選擇典型路基l處進(jìn)行動載測試。采用探地雷達(dá)探測、深層核子密度測試、聲波檢測和動力觸探試驗等方法，結(jié)合室內(nèi)試驗對路基狀態(tài)等進(jìn)行了檢測和綜合評估，對存在或可能出現(xiàn)問題的路基提出處理對策。
根據(jù)研究結(jié)論，大秦線既有橋梁還不能完全適應(yīng)重載的需要，在2萬噸列車運行條件下，橋梁、橋墩存在不同程度的結(jié)構(gòu)缺陷和病害。長期運營會導(dǎo)致橋梁的損傷甚至疲勞破壞，結(jié)構(gòu)病害會呈逐步惡化趨勢，影響重載列車的運營安全。因此，又進(jìn)行了“大秦年運量2億噸條件下橋梁結(jié)構(gòu)加固和壽命評估試驗研究”項目。
本項目針對上述橋梁、橋墩進(jìn)行了深入的理論分析和試驗研究，主要研究內(nèi)容包括三個部分，第一部分為跨度8米鋼筋混凝土梁疲勞性能試驗研究和壽命評估；第二部分為跨度32米預(yù)應(yīng)力混凝土染的橫向加固方法和20米及以下雙片式并置梁的橫向聯(lián)結(jié)方法研究；第三部分為圓形中高墩的狀態(tài)評定及加固方法研究。
項目研究依據(jù)大秦線的列車軸重、運量等特點，明確提出橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命，為鐵道部制定大秦鐵路運輸方案提供技術(shù)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，同時根據(jù)理論計算、總結(jié)既有經(jīng)驗，提出橋梁、橋墩的相應(yīng)加固改造方案，并通過現(xiàn)場2座橋加固前后的動載運行試驗來驗證加固的效果。
特點及應(yīng)用情況：本項目研究根據(jù)大秦線基礎(chǔ)設(shè)施的具體情況，通過典型線路和路基地段及橋涵的試驗分析，分析2萬噸列車對既有基礎(chǔ)設(shè)施的影響，論證開行2萬噸列車的安全性和可行性。本項目成果已應(yīng)用到大秦線的改造和橋梁加固，并在神華集團的神朔線和大準(zhǔn)線得到應(yīng)用。
二、技術(shù)創(chuàng)新點
1.系統(tǒng)研究分析了2萬噸貨物列車通過小半徑曲線地段、長大下坡地段、隧道內(nèi)軌枕板地段、道岔區(qū)段、典型橋涵和路基地段的運行安全性，以及對軌道結(jié)構(gòu)、橋梁和路基的動力作用，論證了在大秦線開行2萬噸列車的可行性，提出了基礎(chǔ)設(shè)施的強化技術(shù)對策。
2.系統(tǒng)測試了2萬噸長大重載列車在長大橋梁制動作用下橋墩、支座、軌道結(jié)構(gòu)的受力和變形.掌握了2萬噸長大重載列車制動對長大橋梁的作用規(guī)律，提出了重載鐵路橋梁制動力的計算原則。
3.采用動載試驗和探地雷達(dá)探測、深層核子密度測試、聲波檢測和動力觸探試驗等方法，結(jié)合室內(nèi)試驗對路基狀態(tài)等進(jìn)行綜合評估。
4.對國內(nèi)外規(guī)范中關(guān)于鋼筋混凝土梁疲勞驗算的規(guī)定進(jìn)行研究總結(jié)，提出對大秦線不利跨度8米鋼筋混凝土梁進(jìn)行疲勞性能研究及壽命評估的方法，其對類似混凝土橋梁具有借鑒意義。
5.首次對8米混凝土實橋進(jìn)行等效實際荷載作用下2000萬次的疲勞試驗，以及損傷過的鋼筋的S-N曲線疲勞試驗，得出疲勞抗力。
6.針對大秦線運營特征，依據(jù)Miner疲勞線性累積損傷理論，對大秦線8米混凝土梁進(jìn)行疲勞損傷分析和疲勞壽命評估，得出其疲勞性能能夠滿足年運量4億噸的結(jié)論。
7.跨度32米預(yù)應(yīng)力混凝土梁加固方案采用組合結(jié)構(gòu)型式，包括跨中范圍頂部增設(shè)水平板、加厚兩側(cè)梁端及相鄰兩個橫隔板、梁端變截面前部設(shè)置水平板，梁體橫向自振頻率可提高30%，豎向自振頻率降低在1%以內(nèi)。
8.與以往采用水平板平均布置的加固方法相比，新增混凝土的重量較小且集中在梁端，梁體恒載彎矩增加僅1%。
9.加固后的圓形中高墩橫向自振頻率提高70%以上。加固效果良好，其思路和方法可應(yīng)用于其它橋梁。
三、應(yīng)用情況
1.神朔線和大準(zhǔn)線開行軸重25噸的萬噸列車的試驗和評估。
2.30噸軸重重載線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。
3.本項研究已應(yīng)用到大秦線的線路改造和橋梁加固中。
（1）2006年年初我局安排專項資金根據(jù)研究方案對大秦線2孔32米預(yù)應(yīng)力混凝土梁、1孔20米并置梁和3個中高墩進(jìn)行了加固，年底進(jìn)行了動力特性測試，結(jié)果表明，梁體和橋墩的橫向剛度顯著提高，大大改善了結(jié)構(gòu)的整體工作性能，滿足了重載和大運量運營安全的需要。
（2）2007年對狀態(tài)較差的叁標(biāo)橋2019 32米預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行橫向加固，共計910孔，并要求于9月底前完成，2011年完成全部4165孔混凝土梁體的加固。
（3）2007年太原局安排專項費用對大秦線高度為12~28米中高橋墩進(jìn)行加固，其中并行式橋墩采用墩帽聯(lián)結(jié)的方式，其它橋墩采用包打墩身、擴大截面的方式。共計18座/168個。要求于2007年年底前全部完成。
（4）對當(dāng)前未安排加固的梁體和橋墩，安排有關(guān)工務(wù)段加強檢查力度，加大觀測頻率，詳細(xì)記錄設(shè)備狀態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時采取措施。
