第一节　自主创新的高速铁路工程建造技术

一、350km/h高速铁路技术标准

首创我国高速铁路的技术标准，编写了高速铁路的设计暂行规定。1999年发布的《京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定》（建技〔1999〕1号），2003年2月完成的《京沪高速铁路设计暂行规定》（上、下册）（铁建设〔2003〕13号），2004年12月修编完成的《京沪高速铁路设计暂行规定》（上、下册）（铁建设〔2004〕157号）等，为铁道部《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下册）（铁建设〔2007〕47号）和《高速铁路设计规范（试行）》的制定奠定了基础，也使中国成为世界时速350km高速铁路标准的制定者。

通过国际咨询和工程实践，构建了中国特色350km/h高速铁路技术体系。

二、南京大胜关长江大桥设计建造技术

南京大胜关长江大桥主桥采用（108+192+2×336+192+108）m三片主桁双连拱整体桥面钢桁连续梁，具有“大跨（主跨2×336m）、高速（设计速度300km/h）、重载（六线铁路）”的特点。通过设计技术、新材料、新设备以及施工工艺的创新，开创性地解决了深水、大跨、多线高速铁路桥梁设计、制造、施工中的系列技术难题。

（一）三主桁双连拱结构与八边形吊杆应用

南京大胜关长江大桥主桥在世界上首次采用三片主桁承重的双连拱多跨连续钢桁梁（拱）结构，合理解决了多线、大跨度铁路桥梁主桁杆件规模过大及横向构件受力难题。

三片主桁空间桁架结构设计的关键是合理地进行主桁、平联、横向联结系、桥面结构的布置与设计，尽量做到三片主桁受力均匀。桥梁主通航孔跨度2×336m、拱高84m，施工时钢桁拱最大单、双悬臂长达168m，需要采用适当的施工工艺和控制措施，确保施工加载过程与结构受力状态一致。通过对成桥及各施工阶段主要构件受力特性和稳定性的计算分析，确定了影响三片主桁空间效应的主要因素，提出了相应的构件设计与安装措施，使三片桁架主拱杆件在跨中部分的受力不均匀性在1.05以下，支点部位的不均匀程度不超过1.13。

我国已建成的多座铁路钢桁拱桥大都采用H形截面低应力钢吊杆，一般采取吊杆开孔透风和安装阻尼器防止吊杆风致振动。随着铁路钢桁拱桥规模和跨度的增加，吊杆长度随之增大，传统的吊杆设计和抗风振措施已不能解决诸如低风速多风向的涡振、驰振、列车运营引起的振动等问题。南京大胜关长江大桥钢桁拱桥吊杆创造性地采用八边形闭合截面，截面刚度大且具有较好的气动外形，提高了低应力钢吊杆的抗风性能，解决了长吊杆的风致振动难题。

（二）主墩超大型围堰下河、浮运及下沉控制

南京大胜关长江大桥主墩基础工程规模大、工期紧，墩位处水深流急、地质复杂、河床高差大。建设单位提出“钻孔平台与承台围堰合二为一”的快速施工方法，采用在岸边制造围堰、气囊法断缆下水方法解决超大（38×80m）、超重（3100t）型围堰下河难题；采用无导向船重型锚定位方法解决受潮汐影响下围堰的精确定位难题；采用设置围堰升降系统与水平导向装置抵抗围堰不平衡外荷载的重力导向方法解决在河床高差大（11m）的不利条件下围堰下沉的定位控制难题；研制KTY4000型大扭矩动力头钻机解决大直径（2.8m）、深孔（134m）、嵌泥岩深（70m）钻孔施工难题，保证了主墩工期，避免了汛期施工的安全风险。

（三）高强度Q420q结构钢应用

以南京大胜关长江大桥工程为依托，有针对性地开展高强度Q420q结构钢应用试验研究，通过解决以下关键技术，实现了大跨度铁路桥梁钢成套技术的开发及应用：（1）采用超低碳多元微合金化的成分设计，以针状铁素体为主控组织，按TMCP（thermo mechanical control process，热机械控制）工艺生产，获得高强度、高韧性、优良焊接性能与耐候性能的新型桥梁用钢；（2）系统研发了超低碳多元微合金化冶炼技术、厚钢板控制轧制与控制冷却技术和厚钢板板形控制技术；（3）采用连铸机二冷段电磁搅拌，降低中心偏析；加大奥氏体再结晶区压下率，充分细化奥氏体晶粒；较大地扩展了14MnNbq钢的厚度规格范围，突破了最大应用板厚仅为50mm的限制，实际供货最大板厚达64mm；（4）配套开发了超低碳针状铁素体桥梁钢的高强度高韧性焊接材料，研究了大跨度桥梁结构的系列焊接工艺，为桥梁现场制造提供了技术支撑。

高强度Q420q结构钢在南京大胜关长江大桥的成功应用，降低了主桁杆件的重量和整体节点板的厚度，降低了钢料制造和桥梁架设的难度，为南京大胜关长江大桥的建成奠定了坚实的基础。

（四）主桥钢梁架设与合龙

南京大胜关长江大桥主桥钢梁采用从两侧往跨中双向架设、跨中合龙的施工方案，两侧192m边跨及两孔336m主跨各设一个合龙口。南北岸侧边跨钢桁梁采用膺架半悬臂架设施工至边跨合龙口，用70t架梁吊机和浮吊双悬臂架设6号、8号墩钢梁至边跨合龙口，然后合龙边跨。主跨钢桁拱采用三层吊索塔架全伸臂架设6号、8号墩钢梁至主合龙口，采用墩旁托架与钢梁固结辅助三层水平索双悬臂架设7号中墩主跨钢梁至两个主合龙口，通过调整索力与钢梁预先纵移、合龙口顶拉、温差微调及二次合龙的结构措施与方法，实现钢桁拱跨中高精度合龙。与传统合龙方法相比，取消了大型墩顶设备，避免了常规顶落梁调整钢梁的繁琐过程，规避了合龙施工风险，解决了支点反力大的三主桁结构采用常规顶落梁方法难以对合龙口多个位移同时调整到位的技术难题。

（五）板桁组合结构整体钢桥面应用

板桁组合结构的整体钢桥面解决了节点板与桥面板空间交错的连接问题，板桁节点抗疲劳性能得到极大提高。将钢正交异性板道砟整体桥面结构应用于大跨度高速铁路桥梁，创建了强大承压条件下整体受力性能优良的新型结构，实现了列车平稳高速运行及万吨巨轮通行的目标。

三、济南黄河大桥设计建造技术

济南黄河大桥主桥采用（112+3×168+112）m刚性梁柔性拱钢桁连续梁，具有“跨度大、速度高、桁宽大”的特点。建造过程中，有效解决了淤积河道中大跨、多线高速铁路桥梁设计、施工中的诸多技术难题。

（一）带K撑和吊杆的复合横联设计与应用

济南黄河大桥采用两片主桁结构，主桁间距达30m。由于采用正交异性板整体桥面，桥面板与主桁焊接，桥面横梁、竖杆及横联形成了节点完全刚性的横向框架，竖杆须承受较大的面外弯矩，二期恒载和活载作用下横梁承受的面内弯矩也较大。为改善横梁及竖杆的受力状态，横联设计为带K撑和吊杆的复合结构，使K撑吊杆和中吊杆在恒载作用下受拉形成弹性支点，既缩短了横梁有效跨度，改善了横梁的受力，也减小了竖杆的面外弯矩，使竖杆的受力更为合理，同时还减小了桥面的活载变形量，提高了桥梁的行车性能。四线双桁铁路桥采用带K撑和吊杆的复合横联构造在国内属首次应用，为类似的桥梁结构设计提供了有益的借鉴。

（二）主桥钢桁梁悬臂架设及柔性拱拱脚合龙

济南黄河大桥刚性桁梁采用临时支墩和走行在宽度30m主桁顶面轨道上的70t、18m吊臂的360°全回转架梁吊机悬臂单向逐节拼装，然后架梁吊机退行逐节架设三跨柔性拱；采用自主研发的悬臂拼装钢梁起顶装置，竖、横、纵三向同步调整钢桁梁线形和墩顶高程，实现无应力状态下的拱脚精确合龙。创造性的柔性拱拱脚合龙技术，避免了拱顶合龙安全控制难度大、操作空间不足的问题。自主开发的“悬臂拼装钢梁起顶装置”，实现了钢梁三维快速同步调整，加快了架梁速度，创造了月拼装钢桁梁10个节间的施工纪录，取得了实用新型专利。

四、综合交通枢纽与大型客站建造技术

京沪高速铁路大型客运站突破传统的各种交通方式自成系统的设计模式，着重将客运站打造为客运综合交通枢纽，按照“以人为本”的原则创新设计理念，通过科学研究、建模分析，设计与建造了北京南、天津西、济南西、南京南、上海虹桥等五座具有世界先进水平的大型客运站和综合交通枢纽，提高了运输效率和服务质量。

（一）构建综合交通枢纽的建设理念

为满足城市近、远期对内和对外交通需求，京沪高速铁路规划建造的客运综合交通枢纽，在规划上将城市地铁、长途客车、城市公交、出租车、私家车、社会车辆等多种交通方式引入车站，以铁路车站为中心进行区域统一规划，协同建设，实现铁路与城市轨道、城市公交、出租车等交通方式的紧密衔接；在建筑设计方面，建造集高速铁路、城际铁路、普速铁路、城市轨道交通、城市公交及出租车等交通设施于一体的大型综合交通枢纽建筑群，采用多层立体跨线站房结构，将不同交通方式的场地和设施尽可能在空间上立体重叠、通道互联，解决了技术参数不同的结构在同一体系内合理匹配的难题，实现了大型铁路客站内各种交通方式的立体组合，最大可能地节省土地资源，最高效地构建换乘通道，打破了不同交通方式之间的传统行业壁垒，极大地提高了旅客换乘的便捷性。

（二）大型客运站分场设计与进出站线路疏解技术

采用一站多场设计与进出站线路疏解技术，解决了不同线路方向之间列车到发的进路交叉，可以缩短咽喉区长度，降低车场咽喉区结构的复杂性，提高列车进出站的安全性和通过能力，成为具有中国特色的高铁大型客运站站场设计范式。

（三）南京南站“桥建合一”结构高速列车振动专项设计

南京南站采用“桥建合一”的高架平台结构体系，其10.3m结构层既为桥梁的承轨层，也是站房建筑的结构层，同时也相当于上部候车厅和屋顶网架结构的支座基础，桥梁结构和建筑结构结合成一个不可分割的整体结构体系。高速列车从站房中快速通过（300km/h及以上）、进站停车及出站启动等过程会对建筑造成影响，一方面列车会对建筑结构产生动力冲击作用，使结构发生振动，直接影响其结构状态和寿命；另一方面结构的振动又会对列车的运行平稳性和安全性产生影响，影响列车运行安全和旅客的舒适性。经过专项研究、建模分析，取得一批创新成果，为建筑安全和旅客舒适度评估提供了数据支撑，为建筑强度和结构设计提供了依据。经过实践验证，研究分析结论正确。

（四）超限高层复杂结构抗震设计

大型客运站房及大型无站台柱雨棚均为超限高层结构，其抗震效果关系到这些建筑的安全和寿命。对超限高层复杂结构抗震性能的专项研究，包括结构抗震建模分析、结构抗震强化设计、结构抗震效果评估等，为超限高层复杂结构抗震设计提供了技术支撑。

（五）高大建筑防风防雪设计

大型客运站房及大型无站台柱雨棚均为高大建筑，自然界的风、雪等气候均可能对建筑造成灾害。为了提高建筑的安全性及预防灾害发生，在站房设计阶段进行了专项研究，根据历史数据进行了风洞试验和雪灾仿真试验，评估了各种自然条件下建筑的受力状态和安全性，有针对性地进行了大屋面抗风、抗雪、抗冰等防灾设计。

（六）候车大厅屋顶单元拼装与滑移组合建造技术

大型客运站候车大厅采用大跨度钢结构，无法采用传统的吊装方式施工。在施工过程中，采用了单元拼装、滑移到位、组合成型的施工工艺，设计了高精度空间定位设备和滑移控制设备，有效地解决了大型部件高空定位困难和拼装精度难于满足设计要求等工程难题，提高了超大屋面设计与施工技术水平。

五、深厚松软土地基处理、沉降控制技术及基础设施沉降监测技术

京沪高速铁路经过大量研究和试验，形成了成套的深厚软土地基处理及沉降控制技术：

（1）采用CFG桩复合地基综合技术进行深厚层软土地基处理，提出了桩网、桩筏基础确定原则中的沉降计算方法。

（2）大型站场超宽路基采用不同地基处理和沉降控制技术，创新性地首次提出横断面梯次调平设计理念，解决了济南西站（土质地基厚度达60m，路堤高度为5～9m，路基面宽度最宽达175m，正线采用无砟轨道，工后沉降需小于15mm，站线采用有砟轨道，工后沉降应小于200mm）超宽路基沉降控制问题。

（3）采用了管桩桩筏整体结构技术，控制高填方深厚软土（松软土）地基工后沉降（专利号为ZL201220103329.7）。

（4）采用钻孔灌注桩联合连续薄板梁结构设计技术，有效控制了深厚层软土地区低矮路堤的总沉降和工后沉降（专利号为ZL201120034611.x），减小了地基加固范围，降低了对邻近既有线运营的影响。

（5）采用长塑料排水板联合短搅拌桩加固软土新技术，解决了上海虹桥动车所（软土厚度大于30m，填高2～3m）的沉降控制问题。

（6）在基础设施沉降监测方面，沿线建立了以精测网为基础的沉降观测系统，所提出的基于残差分析的高可靠性预测分析方法，不仅可为基础沉降和结构变形控制提供依据，还能用于确定无砟轨道施工时间，使其达到预定的变形控制要求。京沪高速铁路运营至今，路基和桥梁墩台基础沉降得到有效控制，观测得到的工后沉降，路基最大为2mm，墩台最大为1mm（标准为15mm），路桥过渡段沉降差最大为0.5mm（标准为5mm），钢轨折角最大为0.5‰（标准为1‰），与预测结论一致，符合相关要求，说明线下工程稳定可靠，沉降监测技术先进科学。

六、无砟轨道设计与建造成套技术

京沪高速铁路采用以列车与温度影响为荷载主线，以混凝土裂缝限值与耐久性、轨道刚度匹配与动力特性、站前站后接口及技术经济性等为控制条件的无砟轨道设计理论体系，研发形成了无砟轨道不同线下基础条件的轨道理论计算及结构设计、空间几何形位计算、轨道板制造及铺设成套技术，不同轨道结构过渡段设计等成套技术，并实现了原材料、建造工艺及工装的国产化。

（一）桥上岔区纵连板式无砟轨道技术

京沪高速铁路首次采用桥上铺设岔区纵连板式无砟轨道技术，提出了岔区纵连底座板式无砟轨道与桥梁相互作用机理及设计原理和设计标准，填补了桥上铺设大号码无砟无缝道岔的技术空白，确定了纵连岔区板式无砟轨道与桥梁的接口技术要求，包括梁型布置、轨道对桥梁的技术要求及转辙机对桥梁的加宽要求，提出采用极限状态法的连续底座板设计方法，并确定了不同荷载的组合系数。

成功建造了时速350kmⅡ型板式无砟轨道岔区高架连续梁结构，解决了高速无砟道岔与高架结构的合理匹配难题，实现了无砟轨道跨高架车站的连续铺设。

（二）无砟轨道结构设计优化技术

京沪高速铁路无砟轨道结构在京津城际铁路的实践基础上，对桥上侧向挡块结构和桥梁台后锚固体系进行了系统优化设计。

（1）优化挡块类型和布置。桥上无砟轨道采用侧向挡块对轨道结构进行横向和竖向限位，防止轨道结构在轴向温度荷载作用下发生屈曲失稳。京沪高速铁路侧向挡块设计在前期工程实践应用的基础上进行了优化，即取消普通型侧向挡块，全部采用扣压型侧向挡块，简化了侧向挡块类型，在方形侧向挡块基础上，优化设计了圆弧形侧向挡块，同时根据前期工程实践经验，在侧向挡块扣压部分设置2cm的倒直角，优化配筋，避免侧向挡块斜裂纹的产生，提高结构整体耐久性；根据挡块类型的调整，通过结构设计，优化了侧向挡块的间距，减少了侧向挡块设置数量。

（2）完善无砟轨道台后锚固体系结构。针对京沪高速铁路桥梁台后不同工况，研究提出基于有限元计算的纵联无砟轨道锚固结构强度、稳定性计算方法，形成了不同地段纵联轨道锚固结构的设计标准，优化了台后路基填筑地段端刺、摩擦板的设计方案，减少路基开挖量，确保了施工质量，同时设计了隧道内、岩石路堑地段、两桥间短路基地段等不同工况下的端刺、摩擦板方案。

（3）通过“两布一膜”滑动层室内试验、现场实尺模型试验、钢筋混凝土拉杆试验以及京津城际铁路典型工点监测，优化改进了滑动摩擦系数、温度荷载及梁轨相互作用荷载组合等桥上Ⅱ型板式无砟轨道设计技术。

（三）无砟轨道绝缘技术

通过前期的工程实践和现场效果对比分析，优化了轨道板内的绝缘处理方式，同时根据京沪高速铁路无砟轨道底座板绝缘方式现场试验结果，取消了底座板内的绝缘处理，成功解决了Ⅱ型板无砟轨道与ZPW-2000A轨道电路的适应性，有效提高了桥上底座板的耐久性。

（四）轨道与桥梁接口技术

通过在梁面底座范围内设置加高平台，梁端设置高强度挤塑板安装凹槽，底座板等厚通长铺设，使轨道结构纵向刚度更加均匀，加强了底座板的薄弱部位，避免了滑动层被雨水浸泡的可能，提高了轨道结构的安全性和耐久性。

（五）轨道板制造成套技术

通过对轨道板生产工艺改进，自主研发了120m长线台座生产线，提高了轨道板的生产效率。研发了具有自主知识产权的布板、打磨、精调等三大核心软件，解决了三维线路空间几何轨道板精确计算、打磨机数据交互管理、动作操作和电气控制以及轨道板实时调整的精密测量等技术难题，实现了轨道板制造精度为0.3mm、铺设精度为1mm的毫米级工程精度，打破了国外技术与价格垄断。

通过系统的理论研究、室内外试验验证以及工程实践检验，京沪高速铁路形成以普通硅酸盐水泥、普通掺合料和非缓凝型减水剂为原材料的轨道板材料体系，并完成相关技术标准的编制，满足了结构要求，方便了现场施工，降低了工程造价。

（六）轨道板测量精调技术

轨道精调以轨检小车测量数据为依据，首次应用相对和绝对相辅相成的测量精调技术，建立空间曲线向线路波形转换模型，提出空间曲线与线路逐枕对应的数据转换计算方法，直接将相对测量数据用于轨道精调，显著提高精调效率和质量。

研究提出了以标准轨底测量装置和相应精调软件为主的模拟工具轨精调技术，通用性强，应用方便，后期钢轨精调量少。研究开发采用六轴并联机构控制轨道板空间姿态、自动调整轨道板精度的自动精调系统，调整精度高，效率可提高1倍以上。轨道板铺设后的复测表明，轨道板高程和平面偏差在2mm以内，相邻轨道板高程和平面偏差在0.6mm以内。

七、减振降噪、资源节约和环境保护技术

（一）高架车站结构减振降噪技术

在综合国内外振动噪声控制标准和技术规范、典型高架车站振动噪声试验研究、候车厅环境主观调查以及相应振动噪声控制技术等多项研究成果的基础上，首次提出高速铁路高架车站的减振降噪控制目标值，建立减振降噪技术效果评价方法，同时结合京沪高速铁路济南西、苏州北等高架车站站房结构和建筑设计，采取桥梁与建筑基本分离、轨道与正线桥结构分开等技术措施，成功实现高速列车对高架车站噪声振动影响的源头控制。

（二）阳澄湖双排桩分段筑坝围堰施工技术

为防止大桥桥墩施工对阳澄湖水环境产生不良影响，首次采用“双排桩分段筑坝围堰技术”，该技术将施工作业活动完全控制在围堰内的陆地上，彻底实现了与湖体水环境的有效隔离，杜绝了水污染事件的发生。

（三）工业废料再利用技术

在铁路路基地基处理CFG桩技术专项研究基础上，形成了以尾砂、灰渣等工业废料为主要组分的铁路CFG桩桩体材料技术，并在京沪高速铁路多个路基工点投入应用，实现了成本节约和环境保护的双重价值。

（四）泥浆处理新技术

针对桥梁施工泥浆处理技术开展专项试验研究，提出了振动筛+水力旋流除泥器的泥浆处理新工艺，并成功开发出钻渣分离效率高、功率小、价格低的新型泥浆处理设备（型号为TKY-N01），在桥梁施工中取得了良好的应用效果。