超千米跨度高速铁路悬索桥设计建造关键技术研究与工程应用

中铁大桥勘测设计院集团有限公司

 

    一、主要科技创新

    项目依托连云港至镇江铁路五峰山长江大桥工程，建设团队面临缺少设计方法与工程建造经验的技术挑战，开展了超千米跨度高速铁路悬索桥设计建造关键技术研究，取得的主要科技创新如下：

    首次系统建立了超千米跨度高速铁路悬索桥设计方法。五峰山长江大桥为世界首座高速铁路悬索桥、中国首座公铁两用悬索桥及首座铁路悬索桥，列车设计速度高达250km/h，远超国外已建普速铁路悬索桥运营速度；首次提出了高速铁路悬索桥刚度标准与设计荷载模式，研发了高速铁路悬索桥车桥稳定和轨道几何形位控制技术，制定了铁路悬索桥60m弦轨道平顺性验收标准，满足高速铁路悬索桥工程设计与验收需要，在世界范围内首次建立了高速铁路悬索桥设计方法，填补了技术空白。

    首创超千米跨度高速铁路悬索桥合理结构体系与关键结构设计。大桥按照4线铁路+8车道高速公路标准设计，为世界上公路铁路车道数最多、荷载重量最大的铁路悬索桥，荷载重量为国外已建最大铁路悬索桥的2.54倍；与国外悬索桥铁路桥面多采用纵横梁明桥面结构体系不同，首创板桁结合新型钢桁梁整体桥面悬索桥有砟轨道结构体系，为世界上首座采用板桁结合新型加劲梁结构的公铁两用悬索桥，精准把握“刚”“柔”平衡点，解决了大跨柔性悬索桥结构制约列车高速安全平稳运行的技术难题；单根主缆设计内力8.9万t，主缆直径达1.3m，为目前世界上最大直径主缆，创新采用超大直径主缆体系，形成重载铁路主缆承重体系耐久使用技术；首次在铁路道砟桥面采用轧制不锈钢复合钢板新材料，解决了长期困惑铁路桥面列车停运的养护技术难题；首次在正交异性板U肋与顶板之间采用全熔透焊接技术，研发U肋双面埋弧全熔透焊接成套技术，有效缓解正交异性钢桥面板疲劳问题。

    研发超千米跨度高速铁路悬索桥建造控制技术和验收规范。大桥北锚碇沉井基础面积超过一个标准足球场，是世界上平面面积最大的陆地沉井基础，提出“十字开挖下沉法”沉井施工控制技术；创新主缆索股混编设计与误差控制技术，研发索夹螺杆群同步张拉及内力实时检测技术；创新采用加劲梁“先铰后刚、铰刚协同”节段连接及姿态调整技术；研发世界最大起重量2×900t缆载吊机和适应1.3m超大直径的紧缆及缠丝悬索桥施工成套装备，工程建造实现了制造加工和施工安装的高精度控制，编制了验收规范。

    首次形成了超千米跨度高速铁路悬索桥静动力和运营安全性能检验成套技术。综合应用高速检测列车、移动式线路动态加载试验车等检测装备，首次通过实桥获取高速铁路悬索桥静动力性能指标，验证了全桥整体和关键部位的工作状态与设计的吻合度，为高速铁路悬索桥工程验收、养护维修和运营管理提供了技术支撑。

    二、项目评价

    五峰山长江大桥设计速度250km/h，实桥检验速度275km/h，按照国际高铁联盟定义的标准划分，是世界首座高速铁路悬索桥，也是中国首座一跨越过长江天堑的铁路桥梁。其代表的大跨度桥梁技术在国内外均具有开创意义，在世界铁路悬索桥技术发展史上具有重要地位和里程碑意义。大桥的建成刷新了8项世界纪录，实现中国桥梁建设由“中国制造”向“中国创造”的历史性跨越和飞跃性变革，成果达到国际领先水平。

    三、成果及效益

    项目获得发明专利32项、实用新型专利31项、工法7项，专著5部、论文66篇、规范1部、软件著作权2项。五峰山长江大桥采用创新设计及施工技术节约成本6.45亿元，经济效益和社会效益显著。

    研究成果除应用于五峰山长江大桥外，已推广应用于高原铁路大渡河大桥、怒江大桥、色曲大桥及广东狮子洋通道、深中通道等工程，推广前景广阔。