《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）—第一部分桥梁工程篇《高速铁路400ｍ 级混凝土拱桥建造关键技术》

本期项目简介

完成单位: 中铁二院工程集团有限责任公司、 云桂铁路云南有限责任公司、 中铁十八局集团有限公司、 中铁十八局集团第二工程有限公司、 广西大学、 西南交通大学、 株洲时代新材料科技股份有限公司

主要完成人: 陈克坚、 黄智、 任伟、 尹黔、 林春姣、 何庭国、 徐勇、 胡玉珠、 于长彬、胡京涛、 张平、 杨继明、 尹学平、 邵长江、 梅仕伟、 贺常松、 刘利、 谢海清、 韩国庆、 杨志勇、黄毅、 赵天翔、 徐建华、 余浪、 潘成松

项目简介

      随着我国高速铁路网向艰险山区腹地延伸，采用大跨桥梁跨越山区深切峡谷的需求大幅增加。混凝土拱桥结构刚度大、 受温度影响小、 维护工作需求少、 经济性能好， 是高速铁路跨越 Ｖ 型峡谷桥梁方案的首选。受拱圈外包混凝土工序繁杂、施工风险大等因素影响， 近十年来， 我国铁路大跨度混凝土拱桥发展基本处于停滞状态。我国最大跨度铁路混凝土拱桥为宜万铁路落步溪大桥，主跨 １７８ｍ；国外最大跨度铁路混凝土拱桥为西班牙马丁吉尔高架桥， 主跨 ２１０ｍ。本项目依托工程为世界最大跨度客货共线铁路混凝土拱桥———主跨 ４１６ｍ 的 云 桂 铁 路 南 盘 江 大 桥， 设 计 时 速２５０ｋｍ， 工程总投资约 ４.５ 亿元。与南盘江大桥同期建设的德国福西格莱斯高架桥， 主跨 ２７０ｍ。

      建设高速铁路 ４００ｍ 级混凝土拱桥在技术上是非常大的跨越， 面临诸多难题和挑战。

(１) 变形控制标准: 大跨度混凝土拱桥变形控制无相关标准规范要求。如采用传统竖向挠跨比和横向自振周期控制法， 桥梁结构体量巨大。

(２) 拱圈成拱方法: 混凝土拱桥成拱工序多、工期长， 大体量拱圈成拱困难。

(３) 结构防裂措施: 分环分段浇筑的混凝土拱圈、 大体积混凝土拱座易出现收缩徐变开裂。

(４) 拱圈检查装置: 目前检查车不能正常使用的情况较多， 研制安全、 平稳、 可靠运行的拱圈大坡度检查装置是一个难题。

      为了解决上述设计和施工难题， 我们联合建设和施工等单位开展 “高速铁路 ４００ｍ 级混凝土拱桥建造关键技术” 研究， 经十余年科技攻关， 取得了系列研究成果， 攻克了高速铁路大跨度混凝土拱桥的设计施工难题， 建成了世界最大跨度客货共线铁路混凝土拱桥———云桂铁路南盘江大桥。

      项目获 ８ 项国家发明专利、 １ 项国家级工法、５ 项省部级工法；依托项目发表高水平论文 ３８ 篇。

      项目获 ２０２１ 年中国交通运输协会科学技术特等奖， 获 ２０１７ 年中国铁建科学技术特等奖。２０１９年获第十七届中国土木工程詹天佑奖， ２０２０ 年获四川省优秀工程设计一等奖、 国家铁路局优秀工程设计一等奖。

项目创新点

(１) 首次提出竖向 １２.５ｍ 弦平均曲率、横向梁端转角＋平曲线半径的桥面变形控制标准，研究采用 “刚构＋连续梁” 拱上结构体系，为高速铁路混凝土拱桥经济合理的变形控制提供了理论依据和技术支撑。

(２) 首创了 “斜拉扣索调整骨架内力的大节段平衡加载”混凝土拱圈施工方法，研发了劲性骨架整体节段预拼安装和缆索吊二级提升平台施工技术，大幅简化了拱圈施工工序，降低了施工风险，缩短了工期， 节省了投资。拱圈成桥线型最大误差仅为 ２１ｍｍ，验证了该施工方法和技术的可靠性。

(３) 提出了混凝土拱圈和拱座基础系统防裂技术。拱圈采用大节段浇筑、9０天龄期混凝土强度评定、配合比优化和横向预应力施加等措施，拱座基础采用分块组合结构，有效减小了拱圈混凝土徐变变形， 提高了混凝土的防裂性能。

(４) 研制了大跨度拱桥拱圈检查车，首创复合轨道驱动、电磁和液压组合制动、单点悬挂和阻尼平衡等技术，具有大坡度同步爬升、即时驻车以及防摇摆等功能，为大跨度混凝土拱桥拱圈养护维修提供了一种安全、 可靠、 平稳的检查装备。

应用案例

(一) 云桂铁路南盘江大桥

南盘江大桥是云桂铁路的重点桥梁，大桥位于云南省弥勒市和丘北县之间，为跨越南盘江而设，最 高 时 速 ２５０ｋｍ / ｈ。南 盘 江 大 桥 全 长８５２. ４３０ｍ，桥高 ２７０ｍ，主跨采用 ４１６ｍ 上承式钢筋混凝土拱桥，为目前世界跨度最大的客货共线铁路混凝土拱桥。于 ２０１１ 年 １ 月开工建设，２０１６年 １２ 月建成通车，目前运营状态良好。

(二) 郑万高铁梅溪河大桥

梅溪河大桥 (见图 １４) 为郑万铁路的重点桥梁工程, 位于重庆市奉节县境内, 为跨越梅溪河而设, 设 计 行 车 速 度 为 ３５０ｋｍ / ｈ, 大 桥 主 跨 为３４０ｍ 上承式钢筋混凝土拱桥。

(三) 大宁河大桥

大宁河大桥 (见图 １５) 为郑万铁路的重点桥梁工程,位于重庆市巫山县境内,为跨越大宁河而设,设 计 行 车 速 度 为 ３５０ｋｍ / ｈ,大 桥 主 跨 为２８２ｍ 中承式钢筋混凝土拱桥。

社会效益与经济效益

(一) 社会效益

项目成果指导建成了世界最大跨度客货共线铁路混凝土拱桥———南盘江大桥，大桥的投入运营，打通了我国西部省份与华南发达地区的高铁通道，使得沿线各省的旅游更为便捷、投资环境更具优势， 成为地方经济和社会发展的一大助推剂。项目研究成果填补了铁路大跨度混凝土拱桥变形控制标准的空白，实现了铁路混凝土拱桥跨度从２００ｍ 级到４００ｍ 级的飞跃，引领了世界铁路大跨度混凝土拱桥建造技术的进步，社会效益显著。

(二) 经济效益

本项目研究成果已成功应用于云桂铁路南盘江大桥;推广应用于郑万高铁梅溪河大桥 (３４０ｍ上承式混凝土拱桥,国内铺设无砟轨道最大跨度桥梁) 和大宁河大桥 (２８２ｍ 中承式混凝土拱桥)，共节省投资约 ４.４９亿元。同时,项目拱圈成拱方法等成果已纳入国铁集团 «川藏铁路拱桥设计指南»,指导川藏铁路拱桥建设。