大秦线2万吨货车条件下线桥加固对策和方案实施
2011-05-18 来源：中国铁路工程建设网
获奖等级
二等奖
主要获奖单位
北京铁路局
太原铁路局
铁道科学研究院
主要获奖人员
康高亮、刘树旺、闫平、马林、侯畅、闫志强、柯在田、赵洪雁、杨宜谦、姚冬、马永红、张玉玲、邢建鑫、王晓奎、牛斌
一、项目简介
项目名称：大秦线2万吨货车条件下线桥设备强化对策和桥梁结构加固、寿命评估的试验研究
技术领域：重载铁路
主要内容：针对在大秦线开行2万吨长大重载列车、实现2亿吨年运量对既有线桥设备的影响，进行了“大秦线2万吨货车条件下线桥设备强化对策的试验研究”。本项目通过研究，提出了基础设施的强化技术对策。首先组织对大秦线基础设施的基本状况进行充分调研，选取典型的轨道、桥梁和路基测试工点，分别测试了2万吨、l万吨（25吨轴重）和9500吨、5000吨（21吨轴重）列车运行条件下线、桥、路基的实际动力性能以及2万吨、l万吨和5000吨列车制动对长大坡道和桥梁的纵向作用。（1）在线路和轨道方面，分析了2万吨长大列车通过小半径曲线时的运行安全性以及对线路横向稳定性的动力影响，以及2万吨长大重载列车在长大坡道制动的安全性及对无缝线路轨道结构稳定性的影响。通过隧道内轨枕板的动力试验及隧道内轨枕板的纵、横向阻力测试分析，评估隧道轨枕板线路对2万吨长大重载列车运行的适应性。测试分析和评定了2万吨长大重载（25吨轴重）列车通过道岔时的安全性及对道岔结构稳定性及道岔部件强度的影响。（2）选取典型特大桥2座，进行2万吨长大重载列车在桥上制动试验，研究2万吨长大重载列车在长大桥梁上制动的安全性和对桥梁纵向受力的影响，测试了9座典型的桥涵结构在2万吨长大重载列车运行条件下的动力响应，综合分析和评估2万吨长大重载列车通过桥涵和在桥上制动时的安全性以及对桥梁的影响，提出对大秦线桥涵处理对策。（3）对路基的现状进行全面与系统的调查与分析。选择典型路基l处进行动载测试。采用探地雷达探测、深层核子密度测试、声波检测和动力触探试验等方法，结合室内试验对路基状态等进行了检测和综合评估，对存在或可能出现问题的路基提出处理对策。
根据研究结论，大秦线既有桥梁还不能完全适应重载的需要，在2万吨列车运行条件下，桥梁、桥墩存在不同程度的结构缺陷和病害。长期运营会导致桥梁的损伤甚至疲劳破坏，结构病害会呈逐步恶化趋势，影响重载列车的运营安全。因此，又进行了“大秦年运量2亿吨条件下桥梁结构加固和寿命评估试验研究”项目。
本项目针对上述桥梁、桥墩进行了深入的理论分析和试验研究，主要研究内容包括三个部分，第一部分为跨度8米钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究和寿命评估；第二部分为跨度32米预应力混凝土染的横向加固方法和20米及以下双片式并置梁的横向联结方法研究；第三部分为圆形中高墩的状态评定及加固方法研究。
项目研究依据大秦线的列车轴重、运量等特点，明确提出桥梁结构的使用寿命，为铁道部制定大秦铁路运输方案提供技术数据和科学依据，同时根据理论计算、总结既有经验，提出桥梁、桥墩的相应加固改造方案，并通过现场2座桥加固前后的动载运行试验来验证加固的效果。
特点及应用情况：本项目研究根据大秦线基础设施的具体情况，通过典型线路和路基地段及桥涵的试验分析，分析2万吨列车对既有基础设施的影响，论证开行2万吨列车的安全性和可行性。本项目成果已应用到大秦线的改造和桥梁加固，并在神华集团的神朔线和大准线得到应用。
二、技术创新点
1.系统研究分析了2万吨货物列车通过小半径曲线地段、长大下坡地段、隧道内轨枕板地段、道岔区段、典型桥涵和路基地段的运行安全性，以及对轨道结构、桥梁和路基的动力作用，论证了在大秦线开行2万吨列车的可行性，提出了基础设施的强化技术对策。
2.系统测试了2万吨长大重载列车在长大桥梁制动作用下桥墩、支座、轨道结构的受力和变形.掌握了2万吨长大重载列车制动对长大桥梁的作用规律，提出了重载铁路桥梁制动力的计算原则。
3.采用动载试验和探地雷达探测、深层核子密度测试、声波检测和动力触探试验等方法，结合室内试验对路基状态等进行综合评估。
4.对国内外规范中关于钢筋混凝土梁疲劳验算的规定进行研究总结，提出对大秦线不利跨度8米钢筋混凝土梁进行疲劳性能研究及寿命评估的方法，其对类似混凝土桥梁具有借鉴意义。
5.首次对8米混凝土实桥进行等效实际荷载作用下2000万次的疲劳试验，以及损伤过的钢筋的S-N曲线疲劳试验，得出疲劳抗力。
6.针对大秦线运营特征，依据Miner疲劳线性累积损伤理论，对大秦线8米混凝土梁进行疲劳损伤分析和疲劳寿命评估，得出其疲劳性能能够满足年运量4亿吨的结论。
7.跨度32米预应力混凝土梁加固方案采用组合结构型式，包括跨中范围顶部增设水平板、加厚两侧梁端及相邻两个横隔板、梁端变截面前部设置水平板，梁体横向自振频率可提高30%，竖向自振频率降低在1%以内。
8.与以往采用水平板平均布置的加固方法相比，新增混凝土的重量较小且集中在梁端，梁体恒载弯矩增加仅1%。
9.加固后的圆形中高墩横向自振频率提高70%以上。加固效果良好，其思路和方法可应用于其它桥梁。
三、应用情况
1.神朔线和大准线开行轴重25吨的万吨列车的试验和评估。
2.30吨轴重重载线路技术标准研究。
3.本项研究已应用到大秦线的线路改造和桥梁加固中。
（1）2006年年初我局安排专项资金根据研究方案对大秦线2孔32米预应力混凝土梁、1孔20米并置梁和3个中高墩进行了加固，年底进行了动力特性测试，结果表明，梁体和桥墩的横向刚度显著提高，大大改善了结构的整体工作性能，满足了重载和大运量运营安全的需要。
（2）2007年对状态较差的叁标桥2019 32米预应力混凝土梁进行横向加固，共计910孔，并要求于9月底前完成，2011年完成全部4165孔混凝土梁体的加固。
（3）2007年太原局安排专项费用对大秦线高度为12~28米中高桥墩进行加固，其中并行式桥墩采用墩帽联结的方式，其它桥墩采用包打墩身、扩大截面的方式。共计18座/168个。要求于2007年年底前全部完成。
（4）对当前未安排加固的梁体和桥墩，安排有关工务段加强检查力度，加大观测频率，详细记录设备状态变化，发现异常及时采取措施。
