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太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计

2022-08-10 来源:乌哈旅游
2014年4月 第5卷第2期 高速铁路 技术 No.5,Vo1.2 Apr.2014 SPEED RAILWAY TECHN0L0GY 文章编号:1674m8247(2014)02—0057—05 太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计 左家强 (铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津300142) 摘要:太原至中卫至银川铁路文水至靖边段位于吕梁山脉及陕北黄土高原,设计速度200 km/h,铺设跨区 间无缝线路有砟轨道。为适应复杂的地形,共有3个车站的4座桥上设置了道岔。桥梁设计时结合具体情 况,采用了不同的桥式方案及施工方法。各桥的孔跨布置满足无缝线路道岔的布设原则;对道岔梁采用结构 设计软件进行分析,各项指标能满足无缝线路道岔的变形要求。并解决了预应力混凝土箱梁顶板大悬臂剪 力滞效应、道岔梁桥墩及基础纵向总刚度与无缝线路道岔受力适应性、桥面及底板变宽连续箱梁支座横向布 置等技术难题。经实际运营检验,能保证列车通过时的安全性、舒适性和平稳性。 关键词:太中银铁路;无缝线路;道岔梁;布设原则 中图分类号:U213.6;U442 文献标志码:A Design of Welded Turnout Bridge on Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan Railway ZUO Jia-qiang (Bridge Design Department of the Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300 142,China) 200 km/h,goes through Luliang Mountains and northern Shanxi Loess Plateau.In order to adapt to the complex terrain, 口 Abstract:Wenshui—Jingbian line of Taiyuan-Zhongwei—Yinchuan railway,a ballast jointless track with designed speed of turnouts were installed on four bridges near three stations.Combined with the specific circumstances of each project site, the bridges were designed using different structures and construction methods.The arrangement of spans for each bridge meets the laying principles of welded turnout.MIDAS and BSAS software is employed to ensure analysis for each turnout girder.All indexes met the requirements of the deformation of welded turnout while addressing the shear lag effect on top plate large cantilever of pre-stressed concrete box,adaptability of turnout girder piers and the total longitudinal stiffness of base to welded turnout stress,lateral arrangement of bridge floor and continuous box girders with widened baseboard as well as other technical problems.The actual operation indicates the bridges can ensure a safe,comfortable and smooth unning.r Key words:Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan railway;jointless track;turnout girder;laying principle 1 概述 太原至中卫至银川铁路是位于京包铁路以南、陇 海铁路以北的一条东西向铁路干线 。山西文水至 河特大桥、子洲站子洲大理河特大桥。当时国内尚无 桥上铺设无缝线路道岔的实践经验,设计中根据无缝 线路道岔对桥梁结构的要求及各工点的道岔布置,并 结合水文、地形、行车速度等具体情况,设置了简支梁、 高墩大跨连续梁、等高度等截面连续梁、等高度变宽连 续梁等多种形式的道岔粱,同时采用了原位现浇、分段 现浇、挂篮悬浇、预制架设等多种施工方案。 陕西靖边段线路走行于吕梁山脉及陕北黄土高原,受 线路方案整体走向以及地形等因素控制,本段共3个 车站的4座桥设置道岔梁,分别为吴堡站前王家山l 号大桥、绥德站五里店无定河特大桥及二十里铺无定 收稿日期:2013.12-06 2主要技术标准 铁路等级:I级;正线数目:双线;旅客列车速度 200 km/h;牵引种类:电力;有砟轨道,60 kg/m重型 作者简介:左家强(1973-),男,高级工程师。 第2期 左家强:太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计 2014年4月 轨,一次铺设跨区间无缝线路。 3道岔梁布设原则及变形要求 桥上无缝线路道岔需满足列车安全、高速、平顺通 过的要求 J。应具备安全性、稳定可靠性和舒适性, 根据无缝线路道岔计算成果,并参考国外桥梁设置无 缝线路道岔的条件,道岔梁桥设计时满足下列要求。 (1)设计速度200 km/h区段,道岔前、后一定区 域应布设在整联连续梁上;道岔设置于连续梁上时,尖 轨尖端及心轨跟端距离梁缝不小于18 rn。如受地形 及站场平面布置等因素无法满足时应满足轨道检算 要求。 (2)限速160 km/h区段,道岔可设于简支梁上, 桥梁截面型式宜采用抗弯刚度较大的整体箱梁结构; 道岔设置于简支梁上时,道岔活动部分(尖轨、心轨) 不应跨梁缝布置,且尽量远离梁缝。 (3)道岔前后不宜设置钢轨伸缩调节器,对于需 要设置伸缩调节器的连续梁,伸缩调节器与道岔应位 于同一联梁上。 (4)中一活载作用下,梁体最大扭转角小于1%。; 梁体竖向挠度要求如表1所示。 D 表l道岔梁挠跨比限值表 桥梁跨度 时速16o km 时速200 km 一般值 困难值 一般值 困难值 20 m简支梁 1/12 000 1/5 800 1/16 0o0 1/12 000 32m简支梁 1/5 0o0 l/3 300 1/6 8o0 l/5 o00 连续梁(中跨) 1/3 5oo 1/2 oo0 1/5 000 1/3 ooO (5)墩身最小刚度应保证在制动和加速度力的作 用下,梁轨问的快速移动最大允许值为4 mm,桥面最 大允许绝对水平位移为5 mm。 4道岔梁设计 4.1 吴堡站前王家山1号大桥 吴堡站线路太原方向受黄河桥位控制,中卫方向 受义合镇隧道控制。车站中卫端为跨越50 m深沟设 置前王家山1号大桥。由于受夹直线长度以及道岔不 应设置于路桥连接处等因素限制,中卫端咽喉区的八 字渡线共4组l2号道岔设置于前王家山1号大桥上。 桥型布置及桥上道岔布置如图1、图2所示。 该桥桥址处地形起伏较大、冲沟发育。为跨越深 沟并满足轨道的平顺性,本桥采用(32+3×55+32)lq'l 预应力混凝土道岔连续箱梁。 梁体为单箱单室等宽度直腹板箱形截面,中支点 梁高6 m,边支点梁高3.5 m。顶板厚度除支点附近外 均为45 em,腹板厚55~100 em,底板由跨中的50 cln 图1 前王家山1号大桥桥型布置图(cm) 图2前王家山1号大桥道岔布置图(cm) 按二次抛物线变化至根部的80 em。顶板宽度为 14.06 m,底板宽度为7.0 m,悬臂为3.53 m。梁体端 部、支点处和跨中处共设置9道横隔板,端部横隔板厚 度1.3 m,中支点横隔板厚度2.0 m,跨中横隔板厚度 0.6 m。横隔板及梁端底板设有孔洞,供检查人员 通过。 薄壁箱梁在纵向弯曲时,发生“剪力滞后”现 象 J,使得翼板内弯曲正应力沿梁宽方向分布不均 匀,同时翼板内弯曲正应力沿厚度方向分布也不均。 箱梁的剪力滞效应不能忽略,否则会低估箱梁实际结 构产生的应力,造成结构不安全。为设置道岔转辙机, 本桥桥面加宽至1 406 cm,悬臂宽度达353 cm,剪力 滞效应更加明显,本桥设计时采用实体元分析充分考 虑了由此引起的翼缘有效宽折减,保证桥梁结构安全。 主梁横截面如图3所示。 图3前王家山1号大桥主梁横截面图(cm) 4.2绥德站 既有绥德站为包西铁路上的中问站,座落于无定 第2期 左家强:太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计 2014年4月 河的漫滩上。太中银铁路将绥德站向远离无定河方向 改建后,车站中卫方向咽喉区前为一半径2 200 nl的曲 线,无定河成“S”形环绕改建后的绥德站。车站太原 端设置五里店无定河特大桥,中卫端设置二十里铺无 定河特大桥。为保证太原与延安间的客车通路,在绥 德站太原端咽喉区外预留了太中银线与包西线间的客 的前提下降低工程造价。 32 1TI道岔边梁自重209.5 t、中梁自重195.8 t。 因梁体较重,无法采用架桥机架设,需在原位支架现浇 施工。20 1TI道岔边梁自重107 t、中梁自重96.9 t,采 用预制架设施工。第1、第3孑L分别布置5片、8片 32 ITI道岔梁,本着主梁及桥面受力合理,设计、制造方 便的原则 ,梁肋问距采用1.7 m、2.0 m,梁高3 In,梁 肋宽度跨中44 cm,支点64(3m,下翼缘宽度98(3m,中 梁上翼缘宽度150(3m,边梁上翼缘宽度242(3m(含 25 cm宽防撞墙),湿接缝宽度20 cm,主梁上每隔4 m 设置一道横隔板。第2孔布置6片20 in道岔梁,梁肋 间距1.7 1TI、2.0 m,梁高2.3 nl,梁肋宽度跨中36 cm, 支点56 cm,下翼缘宽度98 cm,中梁上翼缘宽度 130 cm,边梁上翼缘宽度233 cm(含25 cm宽防撞 车联络线,由于受绥德隧道限制,太中银铁路的2组 18号道岔位于五里店无定河特大桥上。在中卫端,由 于受地形和无定河控制,太中银车场的八字渡线以及 包西上下行线与太中银线间的渡线共10组l2号道岔 位于二十里铺无定河特大桥上。 4.2.1 五里店无定河特大桥 本桥位于陕西省绥德县五里店村附近,跨越无定 河、210国道、包西铁路。本桥小里程桥台与绥德隧道 出口相邻,太中银铁路与包西铁路客车联络线的上下 行联络线分别由本桥的左右侧通过2组18号道岔引 出,双线桥渐变为四线桥。结合地形和道岔梁布置相 关要求,本桥第1~3孔布置为(32+2O+32)In简支 道岔T梁。五里店无定河特大桥0~3号墩桥型布置 及桥上道岔布置如图4、图5所示。 墙),湿接缝宽度40(3m,主梁上每隔4 1TI设置一道横 隔板。第3孔道岔梁横截面如图6所示。 217 2O 150 20 150 20 150 20 150 20 150 20 150 2O 217 口 图6五里店无定河特大桥第3孔道岔梁横截面图(cm) 梁体采用C55混凝土,纵横向预应力筋采用钢绞 线。梁部设计时梁体挠度按速度160 km/h的困难值 图4五里店无定河特大桥0~3号墩桥型布置图(cm) 控制。对于桥上道岔,桥墩的刚度增大,可以显著降低 岔区内钢轨的受力与位移 J,但增加墩台刚度会增大 道岔传给墩台的纵向力,同时对墩台的受力也不 利 ,所以应综合考虑相互影响。本桥起始段,线路 顺沟心走行,为避免阻水,第2~第5号墩采用多圆柱 墩,桥墩直径2.8 in,根据桥宽分别布置2~4根圆柱。 结合地质资料,桥墩基础采用明挖或挖井基础,以适当 增强圆柱墩的结构总刚度。 下行联络线 上行联络线 图5五里店无定河特大桥道岔布置图(elT1) 4.2.2二十里铺无定河特大桥 受外部条件控制,本桥线路位于R=1 600的曲线 上,最大行车速度160 km/h,属于太中银铁路限速区 段之一。同时上下行客车联络线的曲线半径分别为 本桥位于绥德县二十里铺村附近,无定河百年一 遇设计流量6 180 1TI /s。本桥第3一第8号墩、第9一 450 ITI、500 1TI,列车时速更低。考虑到上述条件,本桥 道岔梁采用简支T梁,在保证无缝线路道岔安全使用 第13号墩、第14~第18号墩采用四线连续道岔梁, 三圆柱墩。二十里铺无定河特大桥第3~第18号墩 桥型布置及桥上道岔布置如图7、图8所示。 图7二十里铺无定河特大桥第3~第18号墩桥型布置图(m) 第2期 左家强:太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计 2014年4月 图8二十里铺无定河特大桥道岔布置图(cm) 为了能适应高速行车的要求,无缝线路道岔的变 形受到严格限制 。简支T型梁由于纵、横向的变形 鉴于梁体混凝土体积较大,采取混凝土在支架上分段 浇筑,分段浇筑完成2~4 d后经检测混凝土强度达到 30 MPa时,对布置在本段的施工过程钢束进行初张 均较大,很难满足速度200 km/h行车的平顺性及安全 性要求,故本桥道岔梁采用连续箱梁,以适应无缝线路 道岔的使用要求。本桥道岔梁采用单箱三室等高度桥 面板变宽的斜腹板箱梁结构,梁高3.0 nl,箱梁顶板宽 22.66 nl,局部为满足转辙机安装要求加宽至24.66 in, 底板宽15.89 nl,支点处底板加宽到16.90 1TI,顶板厚 度30 cm,底板厚度由30 cm变化至60 cm,腹板厚度 由50 cm按直线变化至80 cm。梁体在端部、跨中和桥 墩处设置横隔板,梁端横隔板厚度1.5 1TI,跨中横隔板 拉,全梁混凝土浇筑完毕,永久钢束张拉后,一部分施 工过程束拆除,其余施工过程束进行二次张拉,作为永 久钢束利用。预张拉部分钢束主要目的是防止混凝土 收缩裂缝的发生 J。施工按照逐段推进的施工方法, 钢束采用连接器连接,受构造限制采用钢束连接器布 束困难时,可将预张拉钢束采用齿块锚固。 4.3子洲站大理河特大桥 子洲站位于307国道与大理河之间的河滩上。太 D 耻城 中银线在本段沿大理河河谷前行,桥隧相连,在河谷外 难以选到站位。为跨越大理河及青银高速,本站太原 端设子洲大理河特大桥,从而导致太原端整个咽喉区 位于大理河特大桥上。其中包括1组八字渡线、2组 单开共6组12号道岔,另有1组预留50 kg/m轨的12 号道岔。 图9二十里铺无定河特大桥道岔梁横截面图(cm) 本桥第55~第59孔、第6O一第64孔、第64~第 67孔位于道岔区,采用等高度连续箱梁,单(多)圆柱 墩,主梁采用支架现浇施工。本特大桥第54~第68 梁体采用C55混凝土,以纵向预应力体系为主设 计,支点处横隔板配横向预应力。采用支架现浇施工, 号墩桥型布置及桥上道岔布置如图1O、图11所示。 图10子洲大理河特大桥第55一第67号墩桥型布置图(m) 图1 1 子洲大理河特大桥道岔布置图(n1) 第2期 左家强:太中银铁路无缝线路道岔桥梁设计 2014年4月 图12子洲大理河特大桥3—32 m道岔梁横截面图(cm) 为了减少梁体位移对道岔的影响,单箱多室变截 面连续梁的横向支座布置尤其重要 J。横向支座布 置应结合各线的相对位置关系,对因温度变化引起的 梁缝处钢轨可能产生的横向变位进行控制,尽量减小 温度跨度。对于扇形分布的截面来说,斜置腹板下支 座的控制位移方向也是需要注意的问题。当腹板与隔 板斜交法向角较大时,应对顺桥向与固定支座同一连 线上的各支座位移进行综合计算。若其横向位移较难 控制,可考虑将支座纵向活动方向进行调整,使之与固 定支座连线重合,就可抵消支座的扭转效应,对结构安 全有利。 5 结束语 太中银铁路是西北地区通往东部最便捷的铁路通 道,一次铺设跨区间无缝线路,桥梁设计速度为 200 km/h。受地形等外部条件限制,桥梁设计因地制 宜,采用了多种结构形式、不同施工方案的道岔梁。在 设计过程中,充分考虑了无缝线路道岔、轨道、桥梁之 间的相互作用,考虑了轨道力对桥梁的影响,同时也考 虑了桥梁平面布置、桥梁结构形式、道岔梁及桥墩的刚 度等对轨道和道岔的影响¨ 。几年来的运营检验表 明,各桥工作状态良好,满足无缝线路道岔的使用要 求。太中银铁路道岔梁的使用,完善了桥上无缝线路 道岔设计理论,对指导道岔和桥梁的设计,具有重大的 意义,同时极大丰富了国内山区铁路无缝线路道岔梁 的设计施工经验,对提升修建山区铁路的综合技术水 平起了一定的作用,也给山区铁路选线提供了较大的 空间。 参考文献: [1]左家强.太中银铁路桥梁设计综述[J].铁道标准设计,2009,52 (12):33—41. 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