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既有线200km/h提速技术讲座桥梁中国铁道科学研究院讲座内容1概述2既有线提速存在的问题3既有线200km/h提速的技术要求4桥梁的振动问题5混凝土梁的加固6钢梁的加固7涵洞填土高度问题8提速综合试验总结9提速桥梁检定10总结一、概述1世界铁路发展趋势高速铁路既有线提速重载运输1.1高速铁路列车速度是一个国家现代化的重要标致之一，自上世纪60年代日本修建第一条高速铁路以来，欧洲的德国、法国、西班牙，亚洲的韩国和台湾等国家和地区相继修建了高速铁路。我国自本世纪初开始大规模建设阶段。国外高速铁路的建设线路名全长（km）开工——开业年份线路名全长（km）开工——开业年份日本东海道51558~64德国汉诺威——维尔茨堡32773~91山阳东段161西段39367~7270~75曼海姆——斯图加特10776~91东北53571~82汉诺威——柏林26492~98上越30471~82科隆——法兰克福21995~02北陆11889~97法国东南线41776~83西班牙马德里——塞维利亚47187~92大西洋线28284~90意大利罗马——佛罗伦萨25470~92北方线33389~93地中海线29595~011.2提速技术（1）德国联邦铁路提速高速线路改建或扩建线路普通线路城际旅客列车(IC)200200160高速旅客列车(ICE)300240160普通货物列车(ICG)120120100轻快货物列车160160140（2）日本提速技术日本既有线为1067mm窄轨，原设计速度100km/h。既有线改造提速目标：1993年速度达到160km/h；1994年达到200km/h；2010年在窄轨上提速到250km/h。（3）俄罗斯“2010年俄罗斯铁路快速列车发展纲要”计划：既有线旅客列车的运行速度逐步提高到200～250km/h。（4）美国美国1992年启动铁路提速计划，重点是华盛顿—纽约—波士顿之间，动车组最高速度达到240km/h。（5）瑞典瑞典提速的策略一方面对既有线改造，另一方面开行摆式列车X2000，使既有线旅客列车提高到160～200km/h，最高达到210km/h，货车速度提高到120km/h。（6）英国1997年英国铁路推出基础设施改造10年计划，西海岸提速至250km/h，其它干线将能够运行200km/h快速列车和250km/h摆式列车。（6）国外铁路提速经验提速目标值的选择：旅客列车160、200、250km/h；货车100～140km/h；提速模式选择：①按照高等级标准改造线路，采用传统结构列车；②利用现有线路，进行局部改造，采用摆式列车；分步提速：140—160—200—250km/h；货物列车提速。1.3重载铁路近30年来，在高速铁路发展的同时，重载铁路运输有了很大的发展，重载铁路是大宗货物（煤碳、粮食、矿石）最有效的运输方式。目前国际上重载铁路运输比较发达的国家和地区有北美、南非、澳大利亚和巴西，欧盟也在积极发展重载铁路运输。重载铁路的发展模式：增加列车编组，提高车辆轴重。国际铁路的发展趋势：客运高速：210250280300350km/h据欧洲专家预测Vmax=500km/h既有线提速：旅客列车160—200—250km/h；货车100～140km/h；轻快货运160km/h（18t轴重）重载运输：长大列车（1～4万吨）、25～40t轴重。2中国铁路的发展我国铁路发展与国际铁路的发展趋势基本一致。新线建设：高速客运专线；200km/h客货共线；既有线的提速；重载铁路。2.1我国客运专线规划和建设概况2020年规划目标：以北京、上海、广州、武汉为中心，连接所有省会城市和城市人口在50万及其以上的大城市；繁忙干线修建客运专线，实现客货分线；中心城市与所有大城市间1000公里范围内朝发夕归，2000公里范围内夕发朝至，4000公里范围内一日到达（5h、12h、24h）。城市密集地区发展城际轨道交通。形成由客运专线高速网为核心，客货混跑快速铁路为基础、城际轨道交通为补充的高效的快速铁路运输网络。141.我国客运专线规划和建设概况2020年客运专线布局客运专线网除增加长沙—昆明和京哈、沈大联络线外，基本维持原《中长期铁路网规划》“四纵四横”格局。客运专线网规模1.2万公里以上。151.我国客运专线规划和建设概况2020年快速网络布局在建设客运专线、城际轨道交通的同时，结合相关新线建设和既有线改造，形成快速客运网络，规模5万公里。161.我国客运专线规划和建设概况2020年城际轨道布局依据城际轨道交通建设条件，结合相关城镇群发展，布局城际轨道交通规模7000公里。京津冀城际长三角城际珠三角城际•根据上述布局，至2020年，我国客运专线网布局规模为12000公里以上，城际轨道交通7000公里左右。•铁路网总布局规模为147000公里以上。2.2既有线五次大提速的回顾铁路提速工作起步于九十年代初开始的广深线准高速铁路建设，1994年12月，我国第一条时速160公里的广深准高速铁路建成,为后来铁路普遍提速奠定了基础，随后开始在既有繁忙干线进行提速试验。（1）五次大提速1997年4月1日，第一次大提速；1998年10月1日，第二次大提速；2000年10月21日，第三次大提速；2001年10月21日，第四次大提速；2004年4月18日，第五次大提速。(2)五次大提速总结全面掌握了既有线160km/h提速技术，形成了《既有线提速技术条件》，以较小的投入使得旅客列车速度整体提高，实现以北京、上海、广州为中心，2000～2500公里的城市间实现“一日到达”，1200～1500公里的城市间实现“夕发至朝”，500公里的城市间实现“朝发夕归”。受货车状态和基础设施的影响，货车速度没有显著提高。2.3第六次提速（1）第六次提速的内涵开行200km/h动车组，部分区段达到250km/h；主要提速干线开行25吨轴重、速度120km/h双层集装箱；对转8A转向架货车进行改造，货物列车速度提高120km/h；列车追踪间隔客车达到5min、货车达到7min；货车牵引质量达到5000吨；固定设备、移动设备和列控系统的精度、可靠性和耐久性水平显著提高。（2）第六次提速的技术支撑系统试验研究解决了200km/h提速的关键技术线桥设备评估和改造技术研究；200km/h等级动车组列控系统技术和试验研究；机车车辆试验研究接触网试验研究；轨道不平顺管理值和养护技术。进行了四次200km/h等级提速综合试验完善了200km/h等级提速技术规范提速200km/h技术条件；200km/h等级提速技术政策和技术管理规程；铁路200～250km/h既有线提速技术管理暂行办法；列控系统车载和地面设备配备及运用技术原则。进行了提速线路的技术改造3小结（1）从国内外情况来看，铁路都朝着高速、重载的方向发展，并对既有线进行提速改造。（2）近年来，国外的高速铁路和重载铁路都有了很大的发展，并出现了新的发展动向。（3）与国外相比，我国铁路的现代化建设尽管相对落后，但情况更为复杂、难度更大。经过六次提速，我国既有线提速从目标值到实际效果都达到国际领先水平。二、既有线提速桥梁的主要问题从广深准高速和前5次的提速实践来看，由于我国铁路设计长期受经济条件的制约，标准偏低，提速的主要问题表现为先天不足，尤其在桥梁上比较突出，如桥梁的刚度问题、整体性问题和横向振动问题，还暴露了一些耐久性问题。1既有线桥梁的基本情况1.1桥梁结构状况我国既有铁路桥涵大量采用标准设计，常用跨度桥梁一般采用单线钢筋混凝土及预应力混凝土双片式T梁桥，两片T梁通常用横隔板联结，部分20m以下的双片式T梁无横向联结；钢桥跨度小于等于40m时多采用简支钢板梁，大于40m跨度多采用半穿式或穿式桁梁桥，桥面系采用明桥面；桥墩一般采用实体墩，为节省圬工，也采用了一些轻型墩台和柔性桥墩。1.2运营状况既有线桥梁列车设计速度较低，客车一般按120km/h，货车在规范中没有明确规定，但实际运营速度一般只能达到60km/h，因此桥梁设计主要满足承载能力和节省材料，而对桥梁的结构构造、刚度、长期变形、动力性能和耐久性考虑不足，造成了在长期运营中桥梁存在整体性和耐久性差、养护维修投入大等问题，并在提速试验中发现一些跨度和结构形式的桥梁（包括梁体和桥墩）刚度不足和动力性能差等问题。2桥梁存在的主要问题使用状态问题提速问题2.1使用状态问题（1）混凝土梁的设计主要由于结构构造处理不当以及对耐久性和混凝土材料性能认识不足，造成：横隔板断裂；预应力梁上拱度过大；混凝土碱骨料反应造成部分桥梁严重的纵向水平裂纹；混凝土保护层过薄，防排水系统失效，污水流经梁体表面，造成钢筋锈蚀和混凝土腐蚀。（2）钢梁均采用明桥面，明桥面的木枕用钩头螺栓固定于纵梁上，但钩头螺栓的紧固作用差，木枕易变位，桥上轨道维修量大。桥面纵横梁裂纹。（3)支座：钢支座锈蚀严重，纵向活动支座不活动；板式橡胶支座横向没有约束。(4)涵洞为调节涵洞和路基沉降差进行落道，使得涵洞顶填方厚度降低；涵顶开裂，石砌边墙破损。2.2、提速问题（1）既有混凝土双片式T梁的桥面不成整体、横向联结弱，造成一些跨度的横向自振频率偏低，当提速货车通过桥上时，由于货物列车的横向激振频率与梁体的横向有载自振频率接近，从而产生剧烈的横向振动现象。（2）钢板梁当客车达到160km/h时，梁体横向振幅在一些跨度接近新桥检规；货车提速到70～80km/h时，大部分跨度的梁体横向振幅超出限值标准，振动剧烈，危及行车安全。(3)跨度不大于64m的单线钢桁梁在货车提速到70～80km/h时，也不同程度存在横向振幅超限现象。明桥面直接承受列车的冲击作用，一是纵横梁容易出现疲劳裂纹;二是轨枕易变位，使得明桥面的轨道结构的维护量大。(4)柔性桥墩，当货车速度提高到60-80km/h时，柔性桥墩普遍存在横向振动急剧增大的现象。(5)板式橡胶支座横向变位没有约束，列车通过时梁体横向呈整体刚体振动形态，当速度提高后，列车的横向激励频率与梁体横向整体刚体振动频率很容易接近，从而使梁体产生剧烈的横向振动。(6)涵洞填土高度问题，既有线相当数量的涵洞填土高度小于1.0m，有些除了道岔基本没有填土，使得路涵处轨道支撑刚度差别增大，形成较大的刚度不平顺，影响列车运行的平稳性和乘坐舒适度，并且增大列车对涵顶的冲击。三、200km/h速度对桥梁的要求1200km/h及以上速度铁路桥梁2使用状态要求3既有桥梁的加固改造原则1200km/h及以上速度铁路桥梁（1）桥梁特点桥梁的主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，确保列车运营安全和乘坐舒适，并尽量减少使用期间结构的维修工作量。梁体具有足够大的竖向刚度，限制温差和混凝土徐变产生的上拱变形，以保证线路的高平顺性和避免不良的车桥动力响应；桥梁墩台有足够大的纵向刚度，以限制桥上无缝线路轨道的附加应力和制动时的梁轨相对位移，保证线路的稳定；桥梁墩台有足够的横向刚度，保证线路的方向平顺性，避免车桥产生过大的横向振动。桥梁结构及构造设计充分考虑耐久性要求。（2）桥梁结构形式德国和法国一般采用箱梁。日本和西班牙大量采用了整体式桥面的多片式T形梁。长大高架桥以简支梁为主，法国采用连续梁较多，跨度小于20m的小型桥梁采用超静定结构。大跨度桥梁一般采用预应力混凝土连续梁、连续刚构、拱桥、钢桁梁桥、结合梁桥等刚度较大的桥梁。日本有几座斜拉桥。我国20m及以上一般采用箱形梁，20m以下采用整体桥面的多片式T梁及刚构。意大利桥梁结构型式西班牙桥梁结构型式日本钢筋混凝土连续刚架高架桥日本四片式预应力混凝土简支T梁德国阿乌谷架桥24×44m简支梁德国索尔姆富尔达谷架桥，全长1628m，37孔44m简支梁德国纳登巴赫美因河桥（83.2+208+83.2m）顶底板钢-混结合桁架桥德国科隆-莱茵/美因河拉恩特尔桥（438m）主跨116m混凝土拱法国地中海线预应力混凝土曲线连续箱梁桥秦沈线跨度16m四片式整