高速鐵路支座更換的安全分析

陳鵬

摘 要：我國高速鐵路大量采用常用跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，部分運營高速鐵路橋梁支座存在安裝錯誤的情況，橋梁結(jié)構(gòu)不能按設(shè)計規(guī)定方向變形伸縮，對線路平順性產(chǎn)生了一定影響，給高鐵運營安全帶來了安全隱患。對此，進(jìn)行鐵路橋梁支座更換有其現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；橋梁結(jié)構(gòu)；支座更換

引言：高速鐵路因其運營速度高，對軌道穩(wěn)定性的要求苛刻，為保障橋梁地段的軌道在動、靜荷載共同作用的復(fù)雜運營狀態(tài)下的穩(wěn)定性，橋梁的梁體設(shè)計也需要給予特別關(guān)注。為此，高速鐵路橋梁梁體的設(shè)計幾何尺寸都比較大，以便對在荷載作用下的梁體變形量進(jìn)行嚴(yán)格的限制。同時，較大的梁體幾何尺寸，使梁體圬工增加，進(jìn)而使梁體自重大大增加。目前，新建的公路橋梁幾乎全部選用橡膠支座。特別是高速公路橋梁，橡膠支座的用量大，病害多，事故頻繁發(fā)生，支座病害處治及更換刻不容緩。

1.高速鐵路橋梁工程概述

高速鐵路因其運營速度高，對軌道穩(wěn)定性的要求苛刻。為保障橋梁地段的軌道在動、靜荷載共同作用的復(fù)雜運營狀態(tài)下的穩(wěn)定性，橋梁的梁體設(shè)計也需要給予特別關(guān)注。為此，高速鐵路橋梁梁體的設(shè)計幾何尺寸都比較大，以便對在荷載作用下的梁體變形量進(jìn)行嚴(yán)格的限制。同時，較大的梁體幾何尺寸使梁體圬工增加，進(jìn)而使梁體自重大大增加。就高速鐵路橋梁的32m簡支梁來看，梁體的寬度達(dá)到12m，梁高達(dá)到3.05 m，每孔預(yù)制梁需澆筑混凝土310 m 左右，梁體的自重接近900t?，F(xiàn)澆梁由于受澆筑過程中的內(nèi)模變形等影響，混凝土量更大，梁重甚至超過900 t，每個支座的平均荷載僅梁體自重一項便需要達(dá)到220 kN。而4 mx32m道岔梁的梁寬最大處可達(dá)到21.7 m甚至更寬，混凝土量達(dá)到

2321 m3，梁體自重達(dá)到6500t。2期恒載中軌道部分大約296kN/m，單支座承受的荷載可達(dá)到l5000kN。由于高速鐵路橋梁梁體自重巨大，與普速鐵路相比，高速鐵路橋梁支座及其安裝施工具有以下的特點。

（1）單個支座所承受的荷載大。

（2）支承墊石表面高程差的誤差必須嚴(yán)格控制尤其對于處在對角線上的兩塊支承墊石表面高差的控制，必須更為嚴(yán)格。

（3）支座的安裝施工務(wù)必正確無誤，以免因施工疏忽造成不必要的返工。

（4）一旦支座因某種原因需要更換 則更換施工需要慎重對待，避免對梁體產(chǎn)生破壞。

2.鐵路橋梁支座更換的施工方法

根據(jù)在上述工況和部位的區(qū)別，鐵路支座更換的難度有所不同。其中，連續(xù)梁由于其應(yīng)力體系比簡支梁復(fù)雜，因此連續(xù)梁墩間支座的更換難度較大：而連續(xù)梁在無砟軌道及鋪軌施工完成且軌道已經(jīng)鎖定的情況下，中間墩上支座出現(xiàn)問題 后，由于場地、應(yīng)力計算和對軌道、接觸網(wǎng)的影響不易確定，因此，其更換難度最大。下面以4 mx32 m道岔連續(xù)梁的中間墩的支座更換為例，介紹在該種工況條件下的鐵路支座更換方法。其他工況和位置條件下的支座更換，更易于操作。支座更換的總體方案是將梁端用千斤頂頂起一定高度，鑿除灌漿料及部分墊石，取出支座，更換同型號支座。將更換支座調(diào)整至設(shè)計和鐵路相關(guān)的《驗收標(biāo)準(zhǔn)》要求后，灌注灌漿料并恢復(fù)墊石。

3.不中斷交通更換橋梁支座設(shè)備選擇

鑒于本次實施的項目橋梁整體長度較長，帶有曲線，并且處于不中斷交通的狀態(tài)下，這就要求設(shè)備系統(tǒng)必須具備如下幾個關(guān)鍵功能：

①具有足夠大的頂升噸位，能同時把一聯(lián)的連續(xù)體系整體頂升，且各個頂升點都由一個控制中心進(jìn)行統(tǒng)一控制；

②具備在通車狀態(tài)能正常工作的性能，能抵抗較大的橫向沖擊力；

③精密的同步性，不論在橋梁的縱向或是橫向，各個頂升點相互之間必須保證精密同步，相互之間的相對位移必須滿足連續(xù)梁體系的結(jié)構(gòu)受力要求；

④設(shè)備系統(tǒng)，特別是液壓系統(tǒng)的密封材料應(yīng)能抵抗側(cè)向荷載的沖剪；

⑤設(shè)備本身具備自動監(jiān)測系統(tǒng)，能對設(shè)定的各個指標(biāo)進(jìn)行自動監(jiān)測并隨時調(diào)整；

⑥設(shè)備系統(tǒng)有自動安全保險裝置，能在意外或超負(fù)荷施工時自動報警或停止施工。

全自動控制液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)的頂升設(shè)備系統(tǒng)。該套設(shè)備在計算機控制下能保證整個橋梁體系在足夠大的多點頂升力作用下，能同步頂升，同步回落，且整個設(shè)備裝置配有自動鎖定系統(tǒng)，在油泵的壓力下只能供油，不能回油，能抵抗較大的沖擊力對千斤頂?shù)臎_擊，適合通車狀態(tài)下作業(yè)。油缸進(jìn)行特殊處理，使千斤頂獨特的支撐設(shè)計可承受油缸承載能力 10%的側(cè)向負(fù)載，特別適宜頂升帶有曲線的橋梁。

4.設(shè)計頂升過程

本次采用二次頂升，即先頂升一側(cè)的橋臺和相鄰橋墩，并對其支座進(jìn)行更換；然后再對另一側(cè)的橋臺和相鄰橋墩進(jìn)行頂升和支座更換。

根據(jù)設(shè)計頂升噸位，按 2～3倍的安全系數(shù)確定千斤頂?shù)膫€數(shù)和噸位。

設(shè)置備用千斤頂，噸位按照 4～5倍設(shè)置。

稱重預(yù)壓：在頂升前對橋臺千斤頂和橋墩主千斤頂進(jìn)行預(yù)壓，保證千斤頂與梁（板）的接觸嚴(yán)密。

試頂：頂升前應(yīng)首先進(jìn)行試頂，試頂力達(dá)到頂起力的 80%，目的是保證支墊物與蓋梁、梁板底部的密切接觸，并持續(xù)觀測 2～4 h以上，防止出現(xiàn)翹曲、接觸不嚴(yán)密等現(xiàn)象。

當(dāng)橋墩千斤頂?shù)竭_(dá)行程后，頂升位移設(shè)置為 2 cm，到達(dá)可以更換支座的高度后停止頂升，橋臺千斤頂繼續(xù)頂升 2～3 mm 左右再停止頂升。

到達(dá)頂升高度后，立即安放臨時支座，拆除舊支座，安放新支座。

支座更換完畢后，拆除臨時支座，同步回落千斤頂，將板體緩慢下落就位。檢查支座的就位與承載情況。如果個別支座依舊存在脫空現(xiàn)象，要重新頂升，支墊，找平支座。

支座安裝完成后也要持續(xù)的對軌道的變形進(jìn)行持續(xù)觀測，測量期不得少于3個月，第一周不少于4次，其后每周的觀測次數(shù)可以相應(yīng)遞減，但當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有明顯的異常時，應(yīng)立即組織相關(guān)人員分析數(shù)據(jù)，查找原因，并采取相應(yīng)的措施。通過最終分析觀察數(shù)據(jù)變化，評估因支座更換對接觸網(wǎng)和軌道造成的影響，必要時采取措施對軌道和接觸網(wǎng)進(jìn)行復(fù)位。

結(jié)束語

高速鐵路支座可能因各種原因被破壞，鐵路支座更換的現(xiàn)象在所難免。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹ё鼡Q方案、謹(jǐn)慎的施工和嚴(yán)格的現(xiàn)場監(jiān)理控制，是支座更換成功和梁體安全的保障。通過安全可靠的施工和嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控，完全可以達(dá)到延長梁體壽命.減少運營干擾的目的。

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（作者單位：中車建設(shè)工程有限公司）