襄渝線下行段提速橋梁安全評估與加固措施

劉艷會

(成都鐵路局 工務(wù)檢測所，四川 成都 610031)

1 襄渝線概況

襄渝線全長895.3 km，自1968年4月開始修建，至1979年12月全線建成，并正式交付運營。成都鐵路局管內(nèi)襄渝線共有橋梁82座，橋梁梁體分為普通鋼筋混凝土簡支梁和預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁兩種梁型。16.0 m普通鋼筋混凝土 T梁(圖號為專橋(66)1015)和 23.8 m，31.7 m，32.0 m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁，其中23.8 m 和 31.7 m 預(yù)應(yīng)力梁圖號為大(65)—138，32.0 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁圖號為叁橋2051。橋梁支座均采用搖軸支座。橋臺類型有T形橋臺和埋式橋臺，橋墩類型有實體矩形墩和圓端形空心墩，最大墩高42.6 m。墩臺基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。

由于橋梁大都修建于20世紀(jì)60年代—70年代，設(shè)計、建造標(biāo)準(zhǔn)較低，加之該線路已運營40余年，橋梁出現(xiàn)了多種病害。近年來，隨著鐵路的提速重載，橋梁的橫向振動問題顯得尤為突出。2001年，鐵道部組織對襄渝線大(65)—138的31.7 m的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁增設(shè)6道水平板加固，加固后梁體振動問題得到了一定的控制。但同時也發(fā)現(xiàn)，部分梁、墩的橫向振幅和橫向自振頻率不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(鐵運函[2004]120號，以下簡稱《橋檢規(guī)》)、《既有線提速技術(shù)條件》(試行)(2002)和《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》(2010)的要求，列車的運營安全受到嚴重威脅，迫切需要對橋梁進行提速安全評估與對策研究。

結(jié)合襄渝線下行段提速需要，成都鐵路局開展了襄渝線下行段橋梁安全評估與對策研究，評估橋梁在實際運營條件下的工作狀態(tài)，提出橋梁安全運營對策，為橋梁的設(shè)備管理，養(yǎng)護維修加固積累資料和提供依據(jù)。

2 提速橋梁檢測評定標(biāo)準(zhǔn)

運營橋梁梁跨的橫向振幅、橫向自振頻率和橫向加速度應(yīng)滿足《橋檢規(guī)》的要求。如超過限值，則應(yīng)檢查分析橋梁的技術(shù)狀態(tài)，采取限速加固或改造措施。

梁體橫向振幅和橫向自振頻率具體限值見表1。

表1 梁體橫向振幅和橫向自振頻率限值

3 橋梁動載試驗

梁體加固前后，在典型橋梁的梁體跨中布置橫向振幅測點以及在橋墩墩頂布置橫向振幅測點進行測試。

3.1 梁體加固前橋梁橫向振動測試結(jié)果

加固前的梁體橫向振動測試結(jié)果見表2。

表2 加固前的典型橋梁梁跨橫向振幅最大值及評價

從表2可以看出，除跨度為16.0 m的梁在客車以30 km/h通過時橫向振幅滿足《橋檢規(guī)》安全限值要求外，其余幾種跨度的梁在客車或者貨車通過時最大橫向振幅均有超出《橋檢規(guī)》行車安全限值的情況。說明梁體的橫向剛度不足，已影響到列車的運營安全。

通過對列車通過后的余振波形分析，跨度為23.8 m梁的橫向自振頻率在1.235～2.318 Hz之間，低于《橋檢規(guī)》最低自振頻率通常值3.782 Hz;跨度為31.7 m梁的橫向自振頻率在1.418～1.577 Hz之間，低于《橋檢規(guī)》最低自振頻率通常值2.839 Hz;頭道河中橋32.0 m梁第3孔梁體橫向自振頻率也不滿足《橋檢規(guī)》限值的要求。進一步說明梁體的橫向剛度不足。

梁體加固前橋墩橫向振動測試結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，石砌墩和片石混凝土墩頂橫向振幅在貨車55 km/h下的橫向振幅不滿足《橋檢規(guī)》通常值要求。測試的多數(shù)橋墩橫向自振頻率也不滿足《橋檢規(guī)》通常值要求。說明橋墩橫向剛度不足。

3.2 梁體加固后的橋梁橫向振動測試結(jié)果

加固后的梁體橫向振動測試結(jié)果見表4。

由表4可見，通過對梁體加固后，各種跨度的梁最大橫向振幅均滿足《橋檢規(guī)》行車安全限值的要求，但不滿足通常值的要求，表明加固起到了一定的效果。

表3 加固前的典型橋梁橋墩橫向振動實測結(jié)果匯總

通過對余振波形的分析，跨度為16.0 m，23.8 m和31.7 m的梁橫向自振頻率較低，仍不滿足《橋檢規(guī)》通常值要求。說明梁體的橫向剛度仍然偏弱。

梁體加固后橋墩橫向振動測試結(jié)果見表5。從表5可以看出，梁體加固后，石砌墩和片石混凝土墩頂橫向振幅在貨車59 km/h、客車100 km/h下的橫向振幅不滿足《橋檢規(guī)》通常值要求。測試的多數(shù)橋墩橫向自振頻率也不滿足《橋檢規(guī)》通常值要求。說明橋墩橫向剛度不足，建議對橋墩進行加固。

4 提速橋梁安全評估

《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB10002.1—2005)條

文說明指出，限制橋梁橫向自振頻率的最終目標(biāo)是保證車輛運行的安全性，而限制橋梁的橫向振幅可以保證車輛運行安全。橋梁運營中，必須控制梁體的橫向振幅、橫向自振頻率和橫向加速度。

表4 加固后的典型橋梁梁跨橫向振幅最大值及評價

表5 加固后的典型橋梁橋墩橫向振動實測結(jié)果匯總

根據(jù)本次典型橋梁的動載試驗結(jié)果，按照《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(2004)、《既有線提速技術(shù)條件》(試行)(2002)和《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》(2010)對于鐵路橋梁運營性能的要求，結(jié)合計算分析，跨度為23.8 m和 31.7 m梁的橫向振幅、橫向自振頻率、橫向加速度不滿足提速技術(shù)條件要求，16.0 m梁的橫向振幅不滿足提速技術(shù)條件要求，石砌墩和部分片石混凝土墩不滿足提速技術(shù)條件要求。因此，襄渝線下行段提速橋梁存在行車安全隱患。

5 橋梁加固建議

1)梁體經(jīng)過增設(shè)6道水平板的加固，橋梁橫向振動得到一定的控制，但橫向剛度仍然偏弱，列車運行存在安全隱患，建議對全線上述梁型進行橫向加固。

2)石砌墩和部分片石混凝土高墩墩頂橫向振幅過大，橫向剛度不足，建議對全線上述橋墩進行加固。

3)部分橋梁的梁體混凝土破損、剝落嚴重;橋墩支承墊石鋼筋外露，建議對橋梁加強養(yǎng)護與維修，采取有效措施整治梁體混凝土裂損和鋼筋銹蝕病害，保證梁體、墩體結(jié)構(gòu)安全并延長其正常使用壽命。

4)建議改造橋上線路和避車臺，以滿足提速技術(shù)條件要求。

5)橋梁在客、貨列車作用下，動力響應(yīng)差別較大，建議可考慮對客、貨列車通過該區(qū)段橋梁時分別限速。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵運函[2004]120號 鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2010]38號 鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社，2010.

[3]中華人民共和國鐵道部.試行鐵科技函[2006]747號 既有線提速200 km/h技術(shù)條件(試行)[S].北京:中國鐵道出版社，2002.

[4]中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2002.

[5]張勇，曾凡勤，劉建磊.某準(zhǔn)高速鐵路大橋的運營安全評估[J].鐵道建筑，2009(3):15-18.