高速铁路大跨桥梁铺设无砟轨道关键技术与应用

中国铁路经济规划研究院有限公司

 

    相比有砟轨道，无砟轨道稳定性、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，需要两套维修设备，有砟轨道清筛、捣固维修养护工作量大、成本高。大跨桥梁刚度小、变形大，受温度、风、徐变的影响，成桥线形动态变化，铺设无砟轨道并通行时速350km列车面临的突出难题有：刚性无砟轨道与柔性桥梁结构变形耦合机理不明；传统桥、轨结构间静、动态变形协同性不足；动态变形条件下轨道线形高精度控制不易；缺乏设计、施工、验收及运维标准。在大跨度桥上铺设无砟轨道，是我国高速铁路发展亟需突破的技术瓶颈。

    一、主要科技创新

    依托国铁集团科研项目，以昌赣高铁赣州赣江特大桥主跨300m无砟轨道斜拉桥为背景，项目组开展了高速铁路大跨桥梁铺设无砟轨道关键技术研究，主要创新成果如下：

 创建大跨度桥上铺设无砟轨道设计理论及结构体系。建立了桥梁-无砟轨道协同受力与变形理论分析方法，探明了桥梁-轨道共同受力与变形机理；研发了多维高刚度的主梁结构以及与主梁具有良好跟随性的新型无砟轨道结构。实现了无砟轨道-大跨桥梁间受力协同与变形协调。

 研发大跨度桥上无砟轨道高精度铺设成套技术。发明了桥梁线形动态变化下的精测控制网布设及坐标实时修正技术；构建了基于太阳辐射、环境温度、风速等因变量的斜拉索温度精准计算方法；创建了无砟轨道多层分级调控铺设工法。实现了大跨度柔性桥上无砟轨道毫米级精度铺设。

 构建了大跨桥梁-轨道设计与验收变形控制技术标准。创建了以曲率半径评价大跨度桥梁刚度的设计标准，突破了传统桥梁挠跨比的限制；创建了“60m弦测法”轨道形位长波不平顺验收方法，首次制定了“矢度值高低7mm、轨向6mm”的验收标准，解决了大跨桥上无砟轨道线形验收的难题，并为运营维护标准的修订提供技术支撑。

    创新了全寿命周期桥-轨一体化智能监测体系。发明了精确测量无砟轨道层间变形装置及伸缩调节器非接触式监测系统；研发了“GIS+BIM”桥轨综合监测及预警平台，解决了复杂环境下桥轨服役性能的智能化监测、交叉融合评估及多层次安全预警的技术难题。

昌赣高铁赣州赣江特大桥主跨300m无砟轨道斜拉桥

    二、项目评价

    本项目采用“产-学-研-用”模式，建成了世界首座大跨度无砟轨道斜拉桥—昌赣高铁赣州赣江特大桥，首次实现了主跨200m以上桥上列车以时速350km不降速通行。该项目核心成果达到国际领先水平，推动了高速铁路大跨度无砟轨道桥梁建造技术的跨越式进步。

    三、成果及效益

    项目成果获授权发明专利28项、软件著作权3项、省部级工法4项，制（修）订规范4部，发表论文80余篇，获中国土木工程詹天佑奖2项、中铁建科学技术奖特等奖2项，入选国家铁路局“铁路重大科技创新成果”。

    成果已推广应用于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80余座大跨无砟轨道桥梁，将时速350km铺设无砟轨道的桥梁跨度由180m提升至400m级，近三年创经济效益19.58亿元。在高速铁路提质增效、环境保护、安全运营、技术进步和人才培养等5方面效益显著。