艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用

“艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用”

拟申报2016年国家科技进步奖公示材料

一、项目名称

艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用

二、推荐单位及意见

2016年度国家科技进步奖一等奖项目“艰险山区铁路高墩大跨桥梁关键技术及应用”中国铁路工程总公司推荐意见：

我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。

按照要求，我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示，目前无异议。

该项目属于交通运输业领域，该成果具有五项创新技术：（1）首次科学论证并提出了铁路钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值；（2）首创了分段设置导流板抑制桁梁涡振的新技术与相应的轻型抑振装置；（3）发明了A型及人字型混凝土高墩结构型式；（4）首次提出了混凝土厚壁空心结构的温度场计算参数。（5）提出了高墩大跨混凝土连续结构桥纵、横向刚度限值标准和适用于山区高墩大跨桥梁的收缩徐变预测模型。

该项技术获得了14项国家专利，其中发明专利7项，经专家评审，认定该技术成果达到国际领先水平。

该项技术在渝利铁路韩家沱、蔡家沟及新桥大桥，襄渝铁路牛角坪大桥等重点项目中得到应用，节约直接工程投资3.63亿元；并推广应用到安庆长江大桥、新白沙沱长江大桥等10余座大跨斜拉桥及贵广、成贵等多条铁路的高墩大跨桥梁建设中，对推动我国艰险山区铁路高墩大跨桥梁的技术进步具有重要意义。

对照国家科学技术进步奖授奖条件，推荐该项目申报2016年度国家科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介

我国山区面积广阔，占全国总面积的三分之二。山区铁路建设条件大多艰险，山高谷深，地形陡峻，地质复杂，交通不便。为适应高标准铁路选线的技术要求，必须依靠修建高墩大跨桥梁，解决艰险山区铁路的修建难题。

本项目依托渝利、襄渝铁路的四座大桥，渝利、襄渝铁路均为西南干线铁路大通道，分别为设计时速200、160公里的客货共线双线铁路。其中渝利铁路韩家沱长江大桥主桥为（81+135+432+135+81）m钢桁梁斜拉桥，最大墩高70m，建设时世界铁路斜拉桥最大跨度仅为254m，与武汉天兴洲等公铁两用斜拉桥相比，大跨度铁路斜拉桥桥面窄，风载影响大，活载比重大，行车动力效应更加突出并控制设计，业界一直认为其属于柔性结构，难以满足铁路安全运行的刚度要求，工程实践一直处于空白，如何确定铁路斜拉桥合理的安全刚度取值是大桥建设面临的重大技术挑战。渝利铁路蔡家沟大桥主桥采用（80+3×144+80）m混凝土刚构—连续组合结构，最大墩高139m，为世界之最，新桥大桥主桥采用（52+7×96+52）m混凝土刚构—连续组合结构，最大墩高116m，超百米高墩4个，联长777.6m，如何控制和解决大桥横向刚度是一个难题。襄渝铁路牛角坪大桥主桥采用（100+192+100）m混凝土刚构桥，为同类桥梁世界第二、亚洲最大跨度，最大墩高98m，其箱梁与墩身的壁厚远大于常规桥梁，温度对其影响远超出规范适用范围。

因此，依托工程建设面临安全行车刚度标准、风致振动、超百米高墩合理型式、厚壁空心结构温度影响等技术挑战，开展了近十年研究，取得主要创新技术成果如下：

1、首次科学论证并提出了铁路钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值，将国内铁路桥梁横向自振周期常用的1.7秒限值提升至3.87秒，成功将世界铁路斜拉桥跨度由254m突破至432m，建成了当时世界最大跨度的铁路斜拉桥。

2、提出了高墩大跨混凝土连续结构桥纵、横向刚度限值标准和适用山区高墩大跨桥梁的收缩徐变预测模型，建成了世界墩高最高的铁路连续结构桥。

3、针对整体桥面钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动问题，首创了分段设置导流板抑制桁梁涡振的新技术与相应的轻型抑振装置，为同类桥梁提供了解决涡激振动问题的成功范例。

4、发明了A型及人字型混凝土高墩结构型式，有效地解决了艰险山区高墩、大跨、长联铁路混凝土桥梁的安全行车刚度控制难题。

5、系统地研究了温度对混凝土厚壁空心墩和厚壁箱梁的影响，揭示了日照和寒潮对其的影响规律和温度应力分布，首次提出了混凝土厚壁空心结构的温度场计算参数,填补了该领域的空白，为相关规范修订提供了依据。

本项目获得了14项国家专利，其中发明专利7项，软件著作权、施工工法各2项，发表论文70余篇。成果成功应用于依托工程，节约工程投资约3.63亿元，推广应用到贵广、成贵等10多条铁路的桥梁建设，经济、社会及环境效益显著，经四川省科技厅组织专家鉴定，总体达到国际领先水平。

本项目成果系统解决了我国艰险山区铁路高墩大跨桥梁的修建难题，为艰险山区高标准铁路的修建提供了重大技术支撑，大力推动了铁路高墩大跨桥梁的技术进步，可为同类桥梁建设提供指导和借鉴。

四、客观评价

本项目针对艰险山区恶劣建桥条件给铁路桥梁建造带来的技术挑战，以襄渝、渝利铁路高墩大跨桥梁为依托，开展了艰险山区铁路高墩大跨桥梁合理结构体系、安全行车刚度标准、超高墩结构形式、厚壁空心结构温度影响等关键技术研究，获得了7项国家发明专利、7项实用新型专利、2项软件著作权、2项工法。项目成果创新性、先进性客观评价如下:

1、根据四川省科技厅的成果鉴定结论，“研究成果创新性突出，取得了7项授权国家发明专利，已成功应用于本项目的多项依托工程，并推广应用到襄渝、渝利、贵广、湘桂、长昆、柳南等铁路桥梁建设，系统解决了我国艰险山区高墩大跨铁路桥梁的修建难题，社会、经济效益显著，总体达到国际领先水平”。

2、铁路大跨度斜拉桥建造关键技术成果创新性突出，解决了铁路斜拉桥建造难题。成果的应用，建成了世界上跨度最大、延米恒载最轻的铁路斜拉桥—渝利铁路韩家沱长江大桥，将世界铁路斜拉桥的最大跨度由254m飞跃至432m，实现了铁路斜拉桥的重大突破。根据鉴定意见与查新报告，与国内外同类技术对比如下：

（1）国内外仅有常规桥梁的刚度取值规定，本项目“首次科学论证并提出了铁路大跨度钢桁梁斜拉桥竖、横向刚度取值，成功将世界铁路斜拉桥跨度由254m突破至432m，将国内铁路桥梁横向自振周期常用的1.7秒限值提高至3.87秒，建成时为世界最大跨度的铁路斜拉桥”。

（2）“针对整体桥面钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动问题，首创了分段设置导流板抑制桁梁涡振的新技术与相应的轻型抑振装置，为同类桥梁提供了解决涡激振动问题成功范例”，国内外尚未有分断设置导流板抑制主梁涡激振动技术。

（3）研发了带控制开关的锁定装置与粘滞阻尼器相结合的控制新技术，发