大秦線2萬噸貨車條件下線橋加固對(duì)策和方案實(shí)施
2011-05-18 來源：中國鐵路工程建設(shè)網(wǎng)
獲獎(jiǎng)等級(jí)
二等獎(jiǎng)
主要獲獎(jiǎng)單位
北京鐵路局
太原鐵路局
鐵道科學(xué)研究院
主要獲獎(jiǎng)人員
康高亮、劉樹旺、閆平、馬林、侯暢、閆志強(qiáng)、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(xiàng)目簡介
項(xiàng)目名稱：大秦線2萬噸貨車條件下線橋設(shè)備強(qiáng)化對(duì)策和橋梁結(jié)構(gòu)加固、壽命評(píng)估的試驗(yàn)研究
技術(shù)領(lǐng)域：重載鐵路
主要內(nèi)容：針對(duì)在大秦線開行2萬噸長大重載列車、實(shí)現(xiàn)2億噸年運(yùn)量對(duì)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(qiáng)化對(duì)策的試驗(yàn)研究”。本項(xiàng)目通過研究，提出了基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)化技術(shù)對(duì)策。首先組織對(duì)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(cè)試工點(diǎn)，分別測(cè)試了2萬噸、l萬噸（25噸軸重）和9500噸、5000噸（21噸軸重）列車運(yùn)行條件下線、橋、路基的實(shí)際動(dòng)力性能以及2萬噸、l萬噸和5000噸列車制動(dòng)對(duì)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(shí)的運(yùn)行安全性以及對(duì)線路橫向穩(wěn)定性的動(dòng)力影響，以及2萬噸長大重載列車在長大坡道制動(dòng)的安全性及對(duì)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(dòng)力試驗(yàn)及隧道內(nèi)軌枕板的縱、橫向阻力測(cè)試分析，評(píng)估隧道軌枕板線路對(duì)2萬噸長大重載列車運(yùn)行的適應(yīng)性。測(cè)試分析和評(píng)定了2萬噸長大重載（25噸軸重）列車通過道岔時(shí)的安全性及對(duì)道岔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及道岔部件強(qiáng)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(dòng)試驗(yàn)，研究2萬噸長大重載列車在長大橋梁上制動(dòng)的安全性和對(duì)橋梁縱向受力的影響，測(cè)試了9座典型的橋涵結(jié)構(gòu)在2萬噸長大重載列車運(yùn)行條件下的動(dòng)力響應(yīng)，綜合分析和評(píng)估2萬噸長大重載列車通過橋涵和在橋上制動(dòng)時(shí)的安全性以及對(duì)橋梁的影響，提出對(duì)大秦線橋涵處理對(duì)策。（3）對(duì)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(dòng)載測(cè)試。采用探地雷達(dá)探測(cè)、深層核子密度測(cè)試、聲波檢測(cè)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)等方法，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)路基狀態(tài)等進(jìn)行了檢測(cè)和綜合評(píng)估，對(duì)存在或可能出現(xiàn)問題的路基提出處理對(duì)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(yùn)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(yùn)營會(huì)導(dǎo)致橋梁的損傷甚至疲勞破壞，結(jié)構(gòu)病害會(huì)呈逐步惡化趨勢(shì)，影響重載列車的運(yùn)營安全。因此，又進(jìn)行了“大秦年運(yùn)量2億噸條件下橋梁結(jié)構(gòu)加固和壽命評(píng)估試驗(yàn)研究”項(xiàng)目。
本項(xiàng)目針對(duì)上述橋梁、橋墩進(jìn)行了深入的理論分析和試驗(yàn)研究，主要研究內(nèi)容包括三個(gè)部分，第一部分為跨度8米鋼筋混凝土梁疲勞性能試驗(yàn)研究和壽命評(píng)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(píng)定及加固方法研究。
項(xiàng)目研究依據(jù)大秦線的列車軸重、運(yùn)量等特點(diǎn)，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(yùn)輸方案提供技術(shù)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，同時(shí)根據(jù)理論計(jì)算、總結(jié)既有經(jīng)驗(yàn)，提出橋梁、橋墩的相應(yīng)加固改造方案，并通過現(xiàn)場(chǎng)2座橋加固前后的動(dòng)載運(yùn)行試驗(yàn)來驗(yàn)證加固的效果。
特點(diǎn)及應(yīng)用情況：本項(xiàng)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(yàn)分析，分析2萬噸列車對(duì)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(xiàng)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(tuán)的神朔線和大準(zhǔn)線得到應(yīng)用。
二、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
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(yùn)行安全性，以及對(duì)軌道結(jié)構(gòu)、橋梁和路基的動(dòng)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(qiáng)化技術(shù)對(duì)策。
2.系統(tǒng)測(cè)試了2萬噸長大重載列車在長大橋梁制動(dòng)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(dòng)對(duì)長大橋梁的作用規(guī)律，提出了重載鐵路橋梁制動(dòng)力的計(jì)算原則。
3.采用動(dòng)載試驗(yàn)和探地雷達(dá)探測(cè)、深層核子密度測(cè)試、聲波檢測(cè)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)等方法，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)路基狀態(tài)等進(jìn)行綜合評(píng)估。
4.對(duì)國內(nèi)外規(guī)范中關(guān)于鋼筋混凝土梁疲勞驗(yàn)算的規(guī)定進(jìn)行研究總結(jié)，提出對(duì)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(píng)估的方法，其對(duì)類似混凝土橋梁具有借鑒意義。
5.首次對(duì)8米混凝土實(shí)橋進(jìn)行等效實(shí)際荷載作用下2000萬次的疲勞試驗(yàn)，以及損傷過的鋼筋的S-N曲線疲勞試驗(yàn)，得出疲勞抗力。
6.針對(duì)大秦線運(yùn)營特征，依據(jù)Miner疲勞線性累積損傷理論，對(duì)大秦線8米混凝土梁進(jìn)行疲勞損傷分析和疲勞壽命評(píng)估，得出其疲勞性能能夠滿足年運(yùn)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(gè)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(yàn)和評(píng)估。
2.30噸軸重重載線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。
3.本項(xiàng)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(xiàng)資金根據(jù)研究方案對(duì)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(gè)中高墩進(jìn)行了加固，年底進(jìn)行了動(dòng)力特性測(cè)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(yùn)量運(yùn)營安全的需要。
（2）2007年對(duì)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(jì)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(xiàng)費(fèi)用對(duì)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(kuò)大截面的方式。共計(jì)18座/168個(gè)。要求于2007年年底前全部完成。
（4）對(duì)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(qiáng)檢查力度，加大觀測(cè)頻率，詳細(xì)記錄設(shè)備狀態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施。
