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为积极配合中国工程院“实施《国家标准化发展纲要》若干重大问题研究”项目——“团体标准支撑高质量发展研究”课题调研,协会向各分支机构和各有关单位发出《关于征集协会标准实施应用案例的紧急通知》(建标协函〔2024〕47号),各分支机构和有关单位高度重视、积极响应,迅速组织开展协会标准案例总结编写工作,并按要求及时报送给协会。协会从已收到的数百份中国工程建设标准化协会标准实施案例中,精选了技术水平高、创新性强,在促进科技创新与科技成果转化、引领行业发展等方面,经济效益、社会效益、生态效益显著的代表性协会标准,汇总编纂了《中国工程建设标准化协会标准实施应用案例》,呈送给中国工程院、国家市场监督管理总局调研组。入选案例,既有工程建设新技术、新材料、新设备推广使用的标准项目,也有工程建设领域的前瞻性、先导性技术理论和科研成果推广应用等方面的案例,标准项目涵盖了建筑工程、市政工程、公路工程、铁路工程、信息通信工程等领域,涉及“双碳”、绿色建筑、绿色建材、振震双控、检测、防水、城市交通、村镇建设、项目管理等方面的工程标准、标准图集等。
一、编制背景
(一)编制背景
无砟轨道相比有砟轨道稳定性、平顺性及耐久性好,运营维护工作量少,我国时速350km高速铁路均采用无砟轨道。2015年以前,国内外铺设无砟轨道的时速350km高速铁路桥梁最大跨度为180m,更大跨度桥梁受技术限制只能铺设有砟轨道,成为全线无砟轨道的断点,导致列车运行速度需降至250km/h及以下,且无砟轨道线路局部铺设有砟轨道,维修养护工作量大、成本高。
(二)编制目的和意义
(1)填补相关标准体系的空白,指导大跨度无砟轨道桥梁设计、施工及验收,保障高铁行车的安全性和舒适性。
(2)合理经济的大跨度桥梁变形技术标准能提升高铁建设水平,节约社会资源,推动高速铁路无砟轨道大跨度桥梁的发展及无砟轨道的适用范围。
(3)完善我国高速铁路无砟轨道桥梁技术标准和体系,服务高铁走出去战略。
二、技术内容
《高速铁路无砟轨道大跨度斜拉桥技术规程》T/CECS 1364-2023(以下简称《规程》)由中铁第四勘察设计院集团有限公司牵头主编,共分为9章,主要技术内容包括:总则、术语和符号、材料、基本规定、桥梁结构、轨道结构、无砟轨道铺设、施工监控、运营维护等。
三、创新性
(1)首次在无砟轨道与桥梁间设置合理刚度的弹性隔离缓冲垫层。构建了大跨度桥上道床设置弹性隔离缓冲垫层、轨道单元不跨索布置的新型无砟轨道结构体系,提出了弹性垫层材料(橡胶)、厚度(14mm)及刚度(0.07N/mm3~0.11N/mm3)等关键技术指标,实现了桥轨层间均布弹性支承、隔而不离,基于桥轨组合刚度的轨道长短波变形满足高速行车要求。
图1 新型无砟轨道结构及隔离层技术指标
隔离缓冲层可分为橡胶和骨架材料,成品性能应符合表1的规定。
表1 成品性能
序号 | 项目 | 单位 | 技术要求 |
1 | 静力地基模量 | N/mm3 | 设计值±10% |
2 | 动静模量比 | — | <1.3 |
3 | 吸水率 | % | <5 |
4 | 疲劳后厚度变化 | mm | <3 |
5 | 疲劳后静刚度变化率 | % | ≤15 |
(2)研发了受实时环境影响桥面线形动态变化条件下CPⅢ精测网测点布设及坐标实时修正技术。
基于大跨度桥梁结构变形和环境因素变化相互关系,建立了考虑环境因素影响的桥上CPⅢ点三维坐标实时修正模型,预测模型平面及高程坐标与实测值偏差在2mm以内,为桥上无砟轨道铺设提供了实时准确坐标,解决了动态变形大跨桥上无砟轨道铺设期间高频次、高精度测量的技术难题。
图2 CPⅢ精测网测点布设及坐标实时修正
(3)形成了大跨桥上无砟轨道高精度铺设工法。构建了大跨度铁路桥梁多点、多级预加载刚度高精度测定技术,无砟轨道多层分级调控、逐级修正,自密实层等载预压重、精调。创立了桥面动态线形下轨道铺设精准调控技术,编制了无砟轨道铺设工艺流程,赣江桥轨道成桥实测线形与理论线形偏差在2mm以内,实现了大跨桥上无砟轨道毫米级精度铺设。
图3 大跨度桥梁轨道动态线形高精度铺设方法
(4)基于车-线-桥耦合动力响应分析及实测数据,揭示了桥梁变形曲率半径与车辆动力学指标强相关性,提出了大跨桥梁变形换算曲率半径竖向R≥0.4v2、横向R≥0.8v2的设计控制标准。
图4 荷载作用下桥梁竖、横向挠度控制标准
(5)基于桥上车体动力学指标分析与大量实测数据统计分析,揭示了长波不平顺输出与车体加速度相关规律,提出了采用60m弦长中点弦测法验收大跨桥上轨道线形长波不平顺的标准,解决了此前大跨度桥梁无砟轨道验收的难题。
图5 桥梁变形分频段控制方法
基于曲率半径与挠跨比关联特性,形成了300m~500m跨桥梁挠跨比不大于1/700~1/800的控制标准,突破了传统要求桥梁挠跨比不大于1/1500的技术限制。
图6 桥梁变形分频段控制方法
四、实施效果
(一)应用推广情况
本技术标准自2023年发布实施以来,已推广应用于巢马铁路马鞍山长江副汊斜拉桥(主跨392m)、沪渝蓉高铁崇启公铁长江大桥(主跨400m)、通甬高铁杭州湾跨海大桥(主跨450m)等十余座桥梁(如下表)多座大跨度无砟轨道大跨度斜拉桥设计、施工及运维,取得了显著的经济效益与社会效益,推动了高速铁路高质量发展。
表2 本项目技术应用的主要工点
序号 | 线路名称 | 桥梁名称 | 主跨跨度(m) | 结构形式 |
1 | 郑济铁路 | 长清黄河特大桥 | 4×216 | 预应力混凝土部分斜拉桥 |
2 | 合肥至新沂铁路 | 淮河特大桥 | 228 | 混凝土部分斜拉桥 |
3 | 淮宿蚌城际铁路 | 京台高速特大桥 | 228 | 矮塔斜拉桥 |
4 | 杭州至衢州铁路 | 常山江特大桥 | 240 | 部分斜拉桥 |
5 | 渝昆高铁 | 泸州沱江特大桥 | 240 | 矮塔斜拉桥 |
6 | 淮宿蚌城际铁路 | 淮河特大桥 | 248 | 矮塔斜拉桥 |
7 | 池黄高铁 | 太平湖特大桥 | 2×228 | 矮塔斜拉桥 |
8 | 渝湘高铁 | 太子坪乌江特大桥 | 300 | 钢混混合梁斜拉桥 |
9 | 南玉铁路 | 六律邕江特大桥 | 320 | 钢-混凝土部分斜拉桥 |
10 | 南玉铁路 | 六景郁江特大桥 | 320 | 钢-混凝土部分斜拉桥 |
11 | 南玉铁路 | 百合郁江特大桥 | 330 | 钢-混凝土混合梁斜拉桥 |
12 | 广湛高铁 | 东平水道主桥 | 350 | 钢箱混合梁斜拉桥 |
13 | 巢马铁路 | 马鞍山长江公铁大桥副汊航道桥 | 392 | 两塔钢桁梁斜拉桥 |
14 | 潍宿高铁 | 京杭运河特大桥 | 300 | 钢桁梁柔性拱桥 |
(二)效果情况
(1)标准实施后的经济效益
标准实施后将有利于规范高速铁路无砟轨道大跨度斜拉桥技术应用,实现安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理、环境协调。本规程聚焦原始创新技术、集成创新技术或重大瓶颈问题,创新性突出,标准实施后将在工程建设、运营维护、提质增效等方向取得显著的经济效益。
(2)标准实施后的社会效益
1)解决技术难题,完善高速铁路大跨度桥梁技术体系。
随着国家综合立体交通网逐渐加密,高速铁路建设条件日益复杂、桥梁服役性能不断提升,现有设计、建造、运维技术不能满足350km/h路段大跨度桥梁高质量设计和高精度施工的要求。本技术规程的编制完善了高速铁路大跨度桥梁技术体系,为交通运输业的发展和国家基础设施的建设提供保障。
2)完善交通布局,提升高速铁路服务质量。
自本技术规程研制工作以来,部分研究成果已在实际工程中得到应用,比如主跨300m湖杭铁路富春江特大桥、主跨260m沪苏湖铁路斜塘特大桥、主跨450m通甬高铁杭州湾跨海大桥等。多座高速铁路无砟轨道大跨度桥梁的开工建设,将进一步完善国家综合立体交通网,对推动国家经济发展和改善人民生活水平起到重要的作用。相关研究成果的应用,实现了全线铺设无砟轨道,消除大跨桥上铺设有砟轨道形成的限速点,提高了铁路运营和旅客出行效率。全线轨道类型统一,能够减少维修工作量和养护维修设备种类,节省了工程投资和运维费用。
五、特点与亮点
(1)我国第一部大跨度无砟轨道桥梁技术标准
该技术标准是在总结国内外高速铁路无砟轨道大跨度斜拉桥建设经验的基础上编制而成。高速铁路无砟轨道大跨度斜拉桥应采用桥梁与轨道协同设计的理念,并注重桥梁-轨道协调变形。设计需要考虑施工的便利性,还要注重运营养护的便利性,以实现桥梁—轨道系统“可视、可达、可检、可修”。
(2)提出了大跨度桥梁轨道平顺性验收及运维标准
结合理论分析及试验检测数据,提出了大跨度桥梁轨道平顺性铺设、运维标准,以适应高速铁路大跨度桥梁建设需要,推动了铁路科学技术进步和铁路建设运营迈向更高水平。结合赣江特大桥提出了轨道长波静态高低不平顺采用60m弦容许偏差7mm,进行验收的标准,并开展了试验监测工作。监测数据表明,轨道服役状态满足要求,结构动力性能各项指标均满足相关标准要求。
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