铁路桥梁养护维修

铁路桥梁养护维修

设计题目：高速铁路桥梁维修养护

院系：土木工程

专业：铁道工程

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引言

随着人类社会和知识紷济突飞猛进的发展，铁路维修养护的技术也在日新月异的变化。铁路已成为现在社会飞速发展的基石，人类社会正大跨步地向信息社会、知识社会、文明社会演进，随着铁路大提速的步伐，过去的紧路维修养护的体制已越来越不适应新型、高速铁路发展的需要，为尽快改变以往的传统养路模式，适应现代铁路的发展要求，针对高速铁路的发展及需要，对紧路的养护维修模式及管理模式进行探糾，以适应铁路跨越式发展的需要。

高速铁路最早出现于二十世纪，是世界交通运输的重大成果，也是铁路现代化的重要标志。自1964年日本东海道新干线开通以来，目前，世界上投入运营的高速铁路总长约达6300公里，主要分布在德国、日本、法国、西班牙等国家。正在修建高速铁路的有10个国家和地区，累计约为2660公里；同时，国外铁路既有线通过改造达到时速200公里及以上的营业里程有2万余公里。

我国于1994年12月将广深线改建成时速160km/h的准高速铁路。1997年至2007年间，铁道部在京广、京沪等主要干线先后进行了六次大提速，基本掌握了200km/h等级线路的修建技术和既有线改造技术。2006年，《铁路“十一五”规划》开始实施，京津、武广、郑西等多条客运专线开工建设，按照规划要求，到2010年，中国铁路的营业里程将达到九万公里以上，新建客运专线10条，快速客运网将达到两万公里以上。中国高速铁路发展的春天已经到来。

一、高速铁路桥梁主要特点

高速铁路桥梁主要承重结构要满足100年使用寿命的要求；桥梁上部结构优先采用预应力混凝土结构；在适宜的条件下，优先采用连续结构。

尽管高速铁路桥梁实际承受的活载小于普通铁路，但高速铁路具有高速度、高舒适性、高安全性、高密度连续运营等特点，至使桥梁结构所受到的动力作用远大于普通铁路桥梁，实际应用的高速铁路桥梁，在梁高、梁重上，均超过普速铁路桥梁。

高速铁路桥梁设计主要由刚度控制。对于桥梁的挠度、预应力徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形、梁端转角、扭转变形、横向变形、结构自振频率和车辆竖向加速度等必须严格限制，以保证桥上轨道的平顺性，避免结构物承受很大的冲击力，造成旅客舒适性和列车运行安全性受到影响。

无缝线路钢轨在桥上的受力状态与在路基上不同。桥梁结构的温度变化、列车制动、桥梁挠曲等，使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上钢轨产生附加应力。过大的附加应力会造成桥上无缝线路失稳，影响行车安全。因此，墩台基础要有足够的纵向刚度，以尽量减小钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。

机车车辆高速过桥时，由于振动的影响，上部结构会产生更大的应力及挠度，同时会使桥上轨道的几何形状发生变化，从而影响行车安全和乘坐舒适的要求。因此，高速铁路要求桥梁结构具有足够的强度、抗挠和抗扭刚度，并要求桥上轨道几何形状保持良好状态。近

30 年来，德国、法国、西班牙及日本等国家结合发展高速铁路的需要，对高速行车条件下桥梁的动力响应采用模型、模拟、现场等各种试验，进行理论分析和计算工作，总结分析后应用于高速铁路桥梁设计中，并在实践中改进。现将国内外有关高速铁路桥梁的主要技术标准、结构类型及其它有关研究成果简介如下，以便有针对性地开展维修养护工作。

(1) 桥梁数量多、所占比例大。所以高速铁路中桥梁总延米在线路总长中所占比例比普通铁路大。德国高速铁路桥梁总延长约占线路总长8％左右，日本的高速铁路桥梁平均达到48%，我国京沪高速铁路全长1318km，桥梁比例占81.5%，达到1075km，

(2) 以中小跨度为主。

(3 )刚度大、整体性好。尽量选用刚度大的结构体系如连续梁、刚架等，大量采用混凝土桥梁。采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体联结。双线桥梁一方面提供很大的横向刚度，同时在经常出现的单线荷载下，竖向刚度比单线桥增大了一倍；除了小跨度桥梁外，都采用双线单室箱形截面；加大简支梁的梁高，如欧洲各国高速铁路预应力简支梁高跨比一般选择1/9～1/10，而普通铁路的预应力混凝土简支梁的高跨比约为1/10～1/11（除了跨度32m梁因运输净空限制梁高定为2.5m）；通过加强上部结构的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，使其满足刚度限值的要求，同时加强结构的整体性，以提高结构的动力特性，保证列车运行安全和旅客乘坐舒适。

(4) 限制纵向力作用下的结构产生的位移，避免桥上无缝线路的

受力出现过大的附加应力。

(5) 重视改善结构耐久性，桥梁要便于检查、维修。设计时将改善结构物耐久性作为主要设计原则、统一考虑合理的结构布局和构造细节并在施工中严格控制，保证质量。国外部分国家规定高速铁路桥梁在结构耐久性方面要求的设计基准期，一般以50年不需维修为目标；在正常检查、养护前提下，期待能达到100年的耐用期。我国新建铁路的设计使用年限现已经提高到100年。由于高速铁路运营繁忙、列车速度高，造成桥梁维修、养护难度大、费用高。因此，桥梁结构构造应易于检查和维修。

(6) 全面采用无碴轨道是客运专线发展趋势。

(7) 强调结构环境的协调。

二、国外高速铁路桥梁养护维修经验

2．1 日本高速桥梁养护维修经验。

日本是最早进行高速铁路运营的国家，现介绍日本最早投入运营的东海道新干线的桥梁养护。

（一）桥梁现状

设备数量桥梁总延长 484.7 公里，其中一般桥梁 203 .9 公里，高架桥 280.8 公里。高架桥除特殊情况外一般为双线两柱式钢筋混凝土柱板式刚构，东海道新干线的高架桥为跨度 6 米两边伸出 3 米的三跨连续刚构的标准建筑。一般桥梁则根据河流与线路等不同情况，以混凝土梁为多。

（二）病害的种类现在发生的桥梁病害有以下八种。

(1) 高架桥不均匀下沉与横向变位；

(2) 预应力梁横向连接钢筋露出；

(3) 桥墩台支座垫石破损；

(4) 支座破损；

(5) 明桥面下承式板梁与析梁的桥面系发生细裂纹；

(6) 箱型梁端部加强隔板与内部横肋的裂纹；

(7) 下承式桁梁的下部连接系铆钉松动；

(8) 下承式桁梁纵、横梁腹板加劲板材端部开裂。

（三）病害原因与整治措施。

(1) 高架桥通车以后在 1965 年 8 月，京都一新大阪间 504 公里附近三岛高架桥与跨线桥发生不均匀下沉，同时基础混凝土发生裂纹，以后继续下沉，最大下沉量达到 25 毫米，列车通过时发生摇晃。病害原因经调查认为是支承力不足， 1968 年采取加打混凝土桩与托梁为主要的加固办法。另外，东京一新横滨间、京都一新大阪间在软弱地基上的高架桥，发生不均匀下沉，最大下沉量达到 140 毫米，由于各部上、下、左、右变位不等，因而发生大小不同下沉。

高架桥的病害由于地质条件复杂及个别基础施工的质造控制不良，因而同类建筑物均有类似的病害。发生上述病害的建筑物均采用打棍凝土桩与托梁的方法加固。

(2) 预应力混凝土梁。预应力混凝土梁在东海道线有 78孔，病害的大致情况为横向连接钢筋断损、主梁裂纹、补打的混凝土质量不良等。关于这类桥梁的典型情况是锚定部的包裹混凝土周边裂开与混