铁路桥梁基础知识

铁路桥梁基础知识第一章桥梁第一节基本知识一、概述桥梁是跨越河流、山谷、线路及各种障碍物的架空结构，按照不同的分类方法，桥梁可分为很多种类：按照桥梁长度分有特大桥、大桥、中桥、小桥；按使用材料分主要有木桥、钢桥、圬工桥、石桥、混合桥、结合梁桥；按梁跨结构分主要有梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥；按按桥面位置分有上承式桥、下承式桥、中承式桥。桥梁由上部的梁或（和）拱、支座、墩（台）、基础组成。也有把桥梁分为上部结构和下部结构两部分。上部结构：包括梁或（和）拱、桥面、支座等跨越桥孔的结构。下部结构：包括桥墩、桥台及下面的基础。桥梁附属建筑物：包括护锥、护坡、护底、护岸等防护建筑物；有时还需修建导流堤、拦沙坝等调节河流建筑物。桥梁的特点：造价高，构造复杂，技术性强，一旦遭受损坏加固或修复比较困难。二、高速铁路桥梁基本知识高速铁路桥梁的总体要求是简洁、耐久、美观，便于施工和养护维修，具有较大的竖向、横向、纵向和抗扭刚度，小的工后沉降，具有良好的高速行车动力性能，并满足限界、通航、立交净空、渡洪、抗震要求。高速铁路桥梁设计使用年限规定为100年，设计洪水频率百年一遇。设计活载采用ZK活载。对高速铁路桥梁首次提出在预定作用和预定的维修和使用条件下，主要承力结构要有100年使用年限的耐久性要求。设计者应据此进行耐久性设计。高速铁路桥梁主要形式有梁桥、拱桥、连续刚构桥、刚构连续梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。桥梁主型为预应力混凝土简支箱梁。ZK标准活载图式ZK特种活载图式钢桁拱桥钢桁梁斜拉桥预应力混凝土连续钢构—钢管拱组合桥预应力混凝土连续刚构桥预应力混凝土连续梁—钢管拱组合桥预应力混凝土连续梁钢箱梁系杆拱钢箱叠合拱桥预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土简支梁桥和桥上CRTSⅡ型板式轨道基本组成第二节高速铁路桥涵技术特点1.墩台基础以桩基础为主为确保高速铁路正常行车和减少维修量，墩台大量采用桩基础，以严格控制墩台基础工后沉降。常用跨度简支梁，根据墩高及地质条件采用直径1.0m或1.25m桩基础；大跨度连续梁及其它特殊形式的采用直径1.5~3.4m桩基础。2.一字型桥台高速铁路的设计活载ZK活载较中—活载小很多，在结构受力上，桥台力学指标不控制桥台设计，无需采用大体积重力式桥台，而大量采用一字型桥台，一字型桥台较好地适用于台后路基填土高度10m以下桥梁。双线一字型桥台（单位：cm）3.墩台帽构造为方便日常检查维修，高速铁路桥梁墩台顶支撑垫石高度一般为35cm墩顶在横向支撑垫石之间对应于梁底进入孔位置设置深0.5m、横向宽1.5m、纵向与顶帽等宽的凹槽。在6度及以上地震设防区段，梁底与墩台顶之间的制作内侧设置防落梁装置。墩台身施工时，预埋测量观测标，是精密工程控制测量网测点的组成部分，运营后用于桥墩台沉降观测。350km/h双线整孔简支箱梁桥桥墩顶帽结构示意图（单位：cm）防落梁装置4.桥梁支座高速铁路桥梁支座多采用盆式橡胶支座，也采用球型钢支座。高速铁路桥梁主要采用双线整孔箱梁，因横向宽度大，故桥梁支座分为固定支座、横向活动支座、纵向活动支座和多项活动支座，以解决纵、横向受力变位和温度位移、转动。对支座架梁时临时连接件，使用中应解开或拆除。同一座桥梁中，支座布置应避免相邻梁端横向反方向温度位移。对于区域性地面沉降地段，桥梁采用可调高支座，以补偿区域性沉降盆式橡胶支座基本构造图球型钢支座基本构造图简支箱梁桥墩顶支座布置图压注式可调盆式橡胶支座调高示意图简支箱梁支座布置图和不均匀沉降的影响。对于机械式可调高支座，通过加设钢垫板，可实现最大调高60mm；对压注式可调高盆式橡胶支座，加设钢垫板，可调高20mm，再通过压注聚氨酯橡胶，可再调高40mm，总调高量也可达60mm。5.整体箱梁高速铁路桥梁以32m预应力混凝土整孔简支箱梁为主。当跨越较宽道路、大型河流、山谷时，采用预应力混凝土连续梁或其它特殊结构。常用跨度预应力混凝土连续梁有等高度（32+48+32）m和抛物线变高度梁（40+56+40）m、（40+64+40）m、（48+80+48）m、（60+100+60）m。常用跨度箱梁无砟桥面布置示意图（350km/h，桥面宽度13.4m，设人行道检查车通道）常用跨度箱梁无砟桥面布置示意图（350km/h，桥面宽度12m，不设人行道检查车通道）常用跨度箱梁有砟桥面布置示意图（250km/h，桥面宽度13m，设人行道检查车通道）常用跨度箱梁有砟桥面布置示意图（350km/h，桥面宽度12.2m，不设人行道检查车通道）6.桥面防水层及排水系统高速铁路根据轨道形式的要求及桥面特点选用桥面防水层。无砟桥面、轨道底座板与桥面有隔离层时，全桥面设防水层；轨道底座板与桥面直接连接，底座板范围以外的桥面铺设防水层和保护层。对于有砟轨道，全桥铺设防水层和保护层。为保证桥面排水畅通，桥面设置2%排水坡，在防护墙（挡砟墙）内侧桥面板沿纵向每隔4m设置外径为160mm的泄水管。当梁体设于平坡上时，可根据泄水孔位置沿纵向设置3‰左右的流水坡.在箱梁底板沿纵向设置间距不大于4m、外径为90mm的孔洞，用于排两线间流水，以免箱内积水。7.梁端止水带为防止雨水从梁缝漫流到梁体端面、墩台顶面、支座、箱梁内，引起梁端混凝土、封锚混凝土、支座、墩台顶面的病害，在梁端设置止水带。梁端止水带沿梁缝全长设置。无砟轨道桥面梁端止水带结构图（单位：mm）有砟轨道桥面梁端止水带结构图（单位：mm）8.梁轨纵向力传递桥上无缝线路钢轨受力与路基上不同，由于桥梁自身的变形和位移会使桥上钢轨承受额外的附加应力。为了保证桥上行车安全，设计应考虑梁轨共同作用引起的钢轨附加力，并采取措施将其限制在安全范围内。钢轨附加应力的分类：制动力列车制动使桥墩纵向位移产生的钢轨附加力伸缩力梁体随气温变化纵向伸缩产生的钢轨附加力挠曲力梁体受荷挠曲变形产生的钢轨附加力9.紧急疏散通道高速铁路大量采用高架桥，单座桥梁长度数公里以上以为常见。运营中，为应对列车在桥上可能发生的诸如火灾、电力中断、设备故障等突发事件，安全、快速疏散旅客，以及方便桥上固定设备养护维修，每隔3km（单侧6km）左右设置一处上下桥的救援疏散通道。疏散通道有旋转式、折向式和顺坡式。旋转式救援疏散通道顺坡式救援疏散通道折向式救援疏散通道10.框架箱涵高速铁路涵洞以整体性好的钢筋混凝土框架箱涵为主，主要形式有单孔或双孔，孔径一般在2~6m之间，为降低路基刚度突变，涵洞顶至轨底填土厚度一般不小于1.5m。第二章隧道第一节基本知识一、概述铁路隧道是修建在地层中供列车通行的建筑物，用于降低线路标高，缩短线路长度，减缓线路纵向坡度，避开不良地质地段，提高列车运行速度和牵引重量，改善运营质量。隧道按所处位置分山岭隧道、水（海）底隧道、和城市隧道，按洞内线路数目不同分为单线隧道、双线隧道、多线隧道。高速铁路隧道与普速铁路隧道最大的区别，在于列车高速通过隧道时产生的空气动力学效应，对运行、旅客舒适度、车体变形和密闭性、洞口环境的不利影响十分明显，同时对于防排水标准、防灾救援和耐久性等方面也有较高的要求。高速铁路隧道的总体要求是：洞口“早进晚出”且美观，满足环保和防护要求；洞内空间满足建筑限界和救援疏散要求；洞内空气动力学效应应满足旅客舒适度要求，衬砌结构满足受力和沉降要求，防水符合国家一级防水标准要求，排水满足当地环保要求，便于施工和养护维修。隧道设计使用年限规定为100年。第二节高速铁路隧道结构及技术特点高速铁路隧道的主要技术特点可概括为：无仰坡进出洞、大净空隧道断面、新型洞门、洞口缓冲结构、长大隧道、强化防排水、提高隧道防灾救援能力。1.洞口处理和结构高速铁路隧道严格重视洞口位置的选择，严格贯穿隧道“早进晚出”的原则，避免洞口边仰坡的大范围刷坡和对原有地貌、植被的过多破坏，最大限度地降低施工对洞口山体的扰动和塌方、落石的危害，保持洞口山体稳定和环境保护，并与周边环境协调。当两座隧道洞口距离小于30m时，一般采用明洞形式将两座隧道连接。与铁路传统的端墙、翼墙挡土式洞门结构不同，高速铁路隧道以不刷破或少刷坡的突出山体的切削式洞口为主要建筑形式，大量采用了斜切式和帽檐式新型洞门结构，体现了简洁大方、美观实用、保护环境的原则。高速列车通过隧道时，在隧道出口产生微气压波，发出强烈爆破音，产生噪声污染，影响洞口环境以及人员身体健康。为减缓高速列车通过隧道产生的空气动力学效应，在洞口设置缓冲结构，降低压缩波，以缓解隧道出口端的冲击压力波强度。洞口缓冲结构结合洞口附近的地形条件、环境保护要求设置，一般采用与隧道衬砌内轮廓形状相似的开孔结构。在我局的石太客运专线就有。斜切式新型洞门帽檐式新型洞门洞门缓冲结构2.衬砌内轮廓和结构隧道衬砌内轮廓的确定应结合隧道建筑限界、股道数及间距、隧道内设备空间、空气动力学效应、运营方式、轨道结构形式等因素综合考虑。高速铁路隧道衬砌内轮廓高速列车主要受空气动力学效应控制。为减缓高速列车通过隧道时产生的空气动力学效应对旅客舒适度和车厢变形的影响，350km/h双线隧道和单线隧道净空面积分别达到了100m2和70m2,250km/h双线隧道和单线隧道净空面积分别达到了90m2和58m2。与受建筑限界控制的既有铁路双线和单线隧道有效净空面积76～80m2和31～42m2相比明显增大。暗挖隧道采用复合式衬砌，明挖隧道采用整体式衬砌，掘进机施工圆形隧道采用管片单层衬砌。Ⅱ级围岩设置局部锚杆，Ⅲ级及以上围岩拱部、边墙设置锚杆。Ⅰ、Ⅱ级围岩隧道一般采用曲墙、底板的结构形式，底板厚度不小于30cm，并配置双层钢筋；Ⅲ～Ⅳ级围岩隧道衬砌采用曲墙、仰拱的结构形式，二次衬砌曲墙厚度35～60cm,仰拱厚度45～70cm。衬砌混凝土强度等级不低于C30，钢筋混凝土的混凝土强度等级不低于C35，仰拱填充混凝土强度等级不低于C20。350km/h双线隧道复合式衬砌断面图（单位：cm）3.防排水高速铁路隧道提高了防排水等级，加强了排水措施，采用耐久性好、可靠性高的防排水材料，提高防排水系统的使用。采用现行《地下工程防水技术规范》规定的一级防水等级。单线隧道隧底布置每侧一沟一槽，双线隧道每侧一沟两槽加中心水沟，衬砌设置纵、环向盲管。4.防灾救援疏散高速铁路隧道内设置救援通道和安全空间。救援通道贯穿设置，单线隧道单侧设置，双线隧道双侧设置，尺寸一般为1.2m×2.2m（宽度×高度），距线中心不小于2.3m；安全空间设在距线路中线3.0m以外，单线隧道单侧设置，双线隧道双侧设置，尺寸一般为0.8m×2.2m（宽度×高度）。救援通道和安全空间在宽度上可重叠0.5m。长度3～10km之间的隧道利用施工辅助坑道设置紧急出口；10～20km之间的隧道设避难所；长度20km及以上的隧道设紧急救援站，紧急救援站长450～500m，站内每隔50m左右设疏散横通道，横通道两端设防护密闭门。我局石太客运专线太行山隧道中部5号斜井处和隧道进出口设置了两个紧急救援站，紧急救援站间距为15.5km，南梁2号隧道施工斜井作为紧急出口。第三章检查及保养高速铁路桥隧检查既有与普通铁路类似之处，包括：周期性检查、临时检查、水文观测、专项检查、检定试验等，又有其特殊性，主要是：采用动态、静态检查相结合的方法，根据动态检查结果指导静态检查；增加长波不不平顺的检查（可能与桥梁变形或沉降相关）；缩短静态检查周期，延长静态检查周期。第一节周期性检查对特殊结构和重要桥隧设备每季度检查一遍；对桥面及以上部位、隧道出入口、涵渠排水、桥涵限高防护架每半年检查一遍；桥面以下结构、支座、隧道、涵渠每年检查一遍；桥隧周边环境每年检查一遍。汛期，对桥隧防洪设施进行专门检查。第二节临时检查当设备遭受地震、洪水、台风、火灾及车船撞击等紧急情况或发生突发性严重病害时，应进行临时检查，及时掌握结构物状态。第三节专项检查1.桥梁基础沉降观测对象的选择，可通过以下条件确定：调查设计、施工文件、沉降评估资料，根据设计情况和施工质量，选择有代表性的孔跨；根据桥上轨道状态的变化幅度和整修频率；根据可能影响桥梁基础沉降的周边环境变化（如抽水、堆载、开挖等）。2.选择沉降量大的