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[工程前线] 世界最大跨度钢筋混凝土拱桥-沪昆高铁北盘江特大桥正式投用

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redflag 发表于 2017-1-5 09:53:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

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高铁过北盘江.jpg
航拍高铁列车经过沪昆高铁北盘江特大桥
        2016年12月28日,上海至昆明高速铁路昆明至贵阳段正式通车,这标志着沪昆高铁全线贯通。
        同时,位于贵州西部的世界第一高铁桥——沪昆高铁北盘江特大桥也同步投入使用。

沪昆高速铁路由沪杭客运专线、杭长客运专线以及长昆客运专线组成,途经上海、杭州、南昌、长沙、贵阳、昆明6座省会城市及直辖市,线路全长2252公里,开行旅客列车速度目标值为300公里每小时,是中国东西向线路里程最长、经过省份最多的高速铁路。

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高铁通过这座721米的特大桥仅需要6秒钟,为了这6秒,高铁建设者整整奋斗了6年。

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  沪昆高铁北盘江特大桥效果图
同类型铁路拱桥跨度世界第一
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  北盘江特大桥创下了贵州高铁桥梁建设的两项纪录:世界钢筋混凝土拱桥最大跨度桥梁中国高铁铁路桥最大跨度桥梁
  北盘江特大桥位于关岭布依族苗族自治县与晴隆县交界的光照水电站下游约1.2公里处,为上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥,全长721.25米,主跨为445米,桥梁为双轨道,桥面距谷底约300米,投资4.5亿元。
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大桥建成后,实现了“五大突破”,即
  • 钢筋混凝土拱桥最大跨径
  • 高速铁路桥最大跨度
  • 大跨度桥梁无砟轨道铺设技术
  • 大跨度混凝土拱桥工法
  • 大跨度桥梁刚度控制工艺。

不得不说的这些数据
  北盘江特大桥主体结构设计寿命达100年,主拱采用钢筋混凝土劲性骨架拱圈。全桥混凝土方量约170000立方米,钢筋约16000吨,钢管拱劲性骨架钢材约5300吨,土石方开挖约430000立方米。全桥劲性骨架共40个节段、20组扣背索、120个吊装单元。
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  北盘江特大桥骨架
  北盘江特大桥为上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥,大桥全长721.25米,其445米的拱桥跨度,在目前世界同类型拱桥中跨度最大;为修桥而建的缆索吊单塔双锚跨度827米在国内属第一;钢管拱内首次使用C80混凝土先进技术为国内首创,代表当今世界高速铁路桥梁建造技术最高水平。
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北盘江特大桥劲性骨架
       大桥融汇中国桥梁建设中拱桥、斜拉桥、悬索桥、连续梁桥等特点,集拱座大体积混泥土、 薄壁空心高墩、大跨度的缆索吊机、高空钢管拱架设等先进施工技术于一体。大桥结构新颖,外形美观,是一座集高科技及景观桥梁,代表着钢筋混凝土拱桥建造的最高水平。
  超级难题一:如何承受住时速350公里的高铁列车?
  摆在建设者面前的是一座桥面长度721.25米,主跨度达445米的超级工程,当高铁列车以时速350公里驶过,大桥在承受巨大力量的同时,也要保证不发生超出控制范围的变形,究竟建设者们怎样开动脑筋来保障高铁行驶的安全呢?
  聪明的建设者们创新性地提出了一套高难度设计方案增强大桥的强度!
  主桥是以八根直径750毫米的钢管架设成拱形以后,在钢管内顶升最高强度的混凝土,然后在整个拱圈的外部再包上一层钢筋混凝土拱桥,就相当于在这个地方建了两座桥!
  一座是钢管拱桥,另外一座是钢筋混凝土拱桥,让这两座桥重合在一起合力撑住飞驰而过的高铁列车!
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北盘江大桥施工场景
  超级难题二:面对贵州这柔情的山怎么架起桥?
  众所周知,黔贵大地上喀斯特地形地貌美景诱人,可这广布的特殊地质给高铁建设带来了巨大挑战。在北盘江特大桥动工时,施工方便遇到了支撑桥拱的山体硬度不够这样一个大问题。桥拱若架不起来撑不住,桥还怎么修?
  建设者们继续开动脑筋,最终决定人为的来帮两岸山体一把,他们在两岸做了两个总方量达到7万方的大体积混凝土拱柱......等等?这7万方混凝土是个什么概念?小编歪着头粗略的换算了下,这可是相当于将一栋10多层的楼房分嵌进了两岸!再让桥梁主体从“楼房”上“生长”。
  而当整个桥成型以后,它所受的力将会传到两个拱柱,再通过这拱柱把力分散到整个山体。这样的我们的大桥就可以“任尔东西南北风,我自岿然不动”啦!
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北盘江特大桥

  
 楼主| redflag 发表于 2017-1-5 10:39:59 | 显示全部楼层

沪昆高铁北盘江特大桥桥梁概况

桥梁概况:
北盘江特大桥全长721.2m,主桥为445m上承式钢筋混凝土拱桥,为世界最大跨度的钢筋混凝土拱桥。桥梁中心里程:D1K881+943.0,引桥及拱上孔跨布置为:1×32m混凝土简支梁十2×65m预应力混凝上T构+2联4×42m预应力混凝土连续梁+2×65m预应力混凝土T构+2×37m预应力混凝土连续梁,桥跨总体布置如图1所示。
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主要技术标准:
铁路等级:客运专线、双线:
最高设计行车速度:250km/h,线下工程预留350/h提速条件,
设计活载:ZK活载;
桥上线路:线间距5m,直线、平坡。
拱圈构造:
主桥拱圈拱轴线采用悬链线,跨度445m,矢高100m,矢跨比1/4,45,拱轴系数采用1.6:拱圈为单箱三室、等高、变宽箱型截面,拱圈高度9.0m,拱圈中间315m范围为18m等宽,拱脚65m范围为28~18m线性变宽,拱圈变宽由左右两个边室的宽度变化来实现。拱箱中间箱室为980cm等宽,左右两个边箱室为350cm~850cm变宽。甴拱顶至拱脚,边室顶板厚度为65~90cm变化,边室底板厚度为85~110cm变化:边腹板厚度为50~65cm变化,中腹板采用50cm等厚;中室顶底板厚度采用60cm等厚,拱圈截面及拱圈平面如图1-3和图1-4所示。拱圈材料为C60混凝土,采用钢管混凝土劲性骨架法施工。
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劲性骨架构造:
钢管混凝土桁架净跨445m,纵向分成40个节段进行吊装,每个节段纵向12m。钢管桁架上下弦一共8根钢管,钢管直径为750mm,壁厚24mm。钢管桁架的腹杆和联接系杆件采用热轧角钢组合构件,所有节点连接全部采用焊接(临时组拼时采用普通螺栓栓接),节段之间钢管采用外法兰临时连接。钢材材质分三种,主弦管采用Q370D钢材,腹杆和连接系杆件的L110×110×14和L90×90×12角钢采用Q345D,L90×90×10角钢采用Q235D。骨架典型断面见下图所示:
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设计创新:

首创拱座大体积混凝土“品”字形基础结构形式,可以有效解决超大体积拱座受力问题,并对水化热、拱脚局部受力等有明显改善。

首创预应力混凝土“T”形刚构-连续梁组合的拱上连续结构体系,解决交界墩T构与拱上梁部结构的体系问题,可以增强全桥的平顺度、对轨道形式带来利好。

首创钢筋混凝土拱桥“分环浇筑+斜拉全断面浇筑”相组合的混合施工方法,克服了以往同类拱桥拱圈分环浇筑次数多、施工周期长、施工难度大的缺点,同时能够有效控制拱脚段拱圈控制截面的混凝土应力有效控制施工阶段的应力分布,降低施工风险,确保施工质量。

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施工中的拱上连续梁部

在构造细节上,独特的拱圈和交界墩断面,如刀刻斧凿般,让雄劲混凝土构件显得纤细流畅、匀称挺拔。拱上门式墩的墩顶牛腿,是横向防落梁装置,取材于当地布依族的银质头饰,既富有民族特色又满足使用功能的要求。

通过前后近3年施工图阶段的研究和设计,北盘江特大桥无论从桥型选择和跨度布置上,还是从施工工法和构造细节上,都是桥梁设计师精雕细琢、反复推敲的结果,是奉献给时代的一个精品工程。


历时6年,沪昆高铁北盘江特大桥建成,大桥在结构形式、施工工艺、轨道结构等方面均有较大创新,许多工程指标达到国内领先和世界先进水平。

科技创新:

       沪昆高铁北盘江特大桥代表了当前世界混凝土拱桥的最高水平,技术标准高,设计和施工难度极大。为确保北盘江特大桥设计和施工质量和桥梁建成后满足使用条件的要求,2010年中铁二院联合西南交通大学、铁科院、福州大学、中南大学、中铁大桥局等单位,申请获批了《高速铁路大跨度钢筋混凝土拱桥关键技术研究》的科研项目,含11个子课题,涵盖了合理结构形式、动力仿真、轨道形式、温度作用、抗风抗震、徐变、施工监控、风险评估等方面。该科研针对沪昆高铁北盘江特大桥设计和施工的关键技术难点,除进行单一的计算仿真分析外,还调动大量资源,开展了多项室内试验、现场模型试验和实桥测试。为设计优化和施工控制服务,为关键技术决策提供科学依据。
       通过模拟施工过程的风洞试验,验证拱圈在劲性骨架最大悬臂及外包混凝土过程中的抗风性能,确保了在桥位现场无法设置缆风索的条件下,劲性骨架吊装施工阶段的主拱安全。通过导风栏杆风洞试验,为导风栏杆风-车-桥仿真计算提供可靠的参数。

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进行中的风洞试验

        在桥址旁,开展了施工过程及成桥阶段的现场缩尺(1:7.5)模型试验研究。通过与理论计算、模型试验研究成果的比对,大桥施工过程及成桥的受力、变形情况均得到充分验证。另外,为了更加准确地模拟原桥由混凝土收缩徐变效应引起的时变应力和变形,在施工现场开展了“钢管混凝土”和“外包混凝土”收缩徐变试验,试验包括管内混凝土、外包混凝土以及钢管混凝土的收缩徐变。
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现场缩尺试验模型
       该桥完成桥面聚氨酯固化道床、导风栏杆、拱圈检查车和桥梁外表面涂装的施工,均是桥梁建设收官阶段的亮点。
       对于445m的超大跨度桥梁,结构后期变形大,如何满足时速350km高速行车下的轨道要求成为一个技术难题。经过5年多的反复比选及推敲,最终选定了国内首创的新型聚氨酯固化道床的有砟轨道方案,其构造及细节由中铁二院与铁科院联合研发完成。
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新型聚氨酯固化道床

针对北盘江峡谷高桥地形,结合抗风科研成果,设计研发了一种新型导风栏杆,并通过一系列的风洞试验和风车桥计算确定其主要结构参数。解决了峡谷地形横风对列车运营的影响,保证了列车全天候的运行。该导风栏杆已申报国家发明专利,并已推广至其它类似的峡谷高桥进行使用。


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新型导风栏杆
为满足北盘江桥后期运营维修的要求,设计研发了一种适用于大跨度拱桥的新型拱圈检查车,实现了大跨度拱桥运送检查人员及工具从拱圈底部沿拱圈自动行走,检查拱圈的底部及两侧面,并能在任意位置驻车定点检查及维护。该检查车已申报多项国家发明专利,提升了我国桥梁管养维护的水平,具有显著的社会和经济效益。
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新型拱圈检查车
      依据北盘江特大桥的结构特点及所处干湿循环、温差变化、酸雨等环境特点,提出了对全桥外表面进行新型柔性氟碳面漆涂装,确保桥梁在100年的设计寿命内的使用功能。同时针对本桥为高速铁路拱桥对温度变形相对敏感的特点,结合现场试验和桥梁美观,最后选择了吸热性小的乳白色。
       2016年9月24日,和谐号CRH380AJ-0202高速综合检测列车以333km/h的速度在北盘江特大桥上成功试跑,状态良好。
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“黄医生”奔驰在北盘江大桥上

 楼主| redflag 发表于 2017-1-5 12:05:07 | 显示全部楼层

沪昆高铁北盘江特大桥建设历程

北盘江特大桥施工过程演示

建设历程:

2010年10月1日,开工。

2012年5月1日,昆明岸拱座第一次混凝土浇筑成功。

2013年5月11日,首次吊装架设钢管混凝土劲性骨架。

2014年1月12日,骨架合拢,灌注管内混凝土。

2015年3月,拱圈外包混凝土施工完毕。

2015年11月19日,拱上梁施工完成,全桥合拢。

2016年8月10日,完成所有主体工程。


2010年10月1日开工建设。
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2012年底,北盘江特大桥钢管拱劲性骨架安装做准备工作。
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2013年5月15日,沪昆客运专线贵州段北盘江特大桥开始架设钢管拱劲性骨架。
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  2013年8月,沪昆北盘江特大桥主塔墩盖梁整体吊装成功。
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  2013年10月,特大桥两座102米的空心薄壁交界墩完成混凝土浇筑,桥墩顶端进行箱梁施工和拼装扣塔。特大桥40节劲性骨架在晴隆、关岭两岸已各吊装6个节段。
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  2014年1月12日,北盘江特大桥实现钢筋主体结构顺利合龙。
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  2014年5月3日,北盘江特大桥顺利完成了第一节劲性骨架5米实心段的混凝土浇筑,标志着大桥施工进入钢结构拱圈外包混凝土新阶段。
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  2015年11月19日凌晨2时,随着最后一方混凝土灌注完毕,同类型桥跨度世界第一的沪昆高铁北盘江特大桥顺利合龙。
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  2016年4月1日,500米长轨铺设安全顺利通过北盘江特大桥。
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  2016年7月21日,北盘江特大桥建成。为沪昆高铁8月中旬开展联调联试和今年12月底通车奠定基础。

 楼主| redflag 发表于 2017-1-5 12:55:11 | 显示全部楼层
沪昆高铁北盘江大桥 (6).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (1).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (2).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (4).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (3).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (9).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (7).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (5).jpg 沪昆高铁北盘江大桥 (8).jpg
老猫 发表于 2017-1-6 08:12:07 | 显示全部楼层
现在的特大桥基本都集中在云贵交界处了!超级工程的集结地。
fhxgxcmlwx... 发表于 2017-1-6 09:01:44 | 显示全部楼层
令人震撼,太厉害了!
cq_qg 发表于 2017-1-9 12:12:27 | 显示全部楼层
现在技术不是问题,钱也不是问题
心水清明 发表于 2017-1-23 13:05:18 | 显示全部楼层
太震撼了,中国人的骄傲。向路桥人致敬!!!
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