京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調高施工技術

胡宇新，蔣瑞秋，郭紅鋒，盧瑞林

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調高施工技術

胡宇新，蔣瑞秋，郭紅鋒，盧瑞林

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

闡述國內首例盆式支座注射聚氨酯調高實橋施工案例——京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調高的施工過程，總結了支座注射式調高施工設備要求、材料要求、施工步驟、注意事項等，驗證了支座注射式調高在實際工程應用中的可靠性和便捷性，給出了今后支座注射式調高施工過程中需注意的問題及建議。

盆式支座 聚氨酯 注射式調高

1 概述

京津城際鐵路是中國最早開工建設、最先建成的高標準鐵路客運專線，設計運營速度350 km/h，于2008年8月1日正式開通運營。近年來，受地質條件等影響，該線路部分橋墩出現了不同程度的沉降現象，特別是部分橋墩相鄰墩差異沉降較大，給軌道結構帶來安全隱患，危脅鐵路安全運營。

2013年北京鐵路局組織相關單位通過機械式調高、注射式液壓調高兩種方式對部分相鄰墩差異沉降較大的橋墩進行了抬梁調高施工。京津城際鐵路連續梁支座全部采用了株洲時代新材料科技股份有限公司生產的注射式調高盆式支座。2013年10月該公司受委托對京津城際亦莊區域跨康化路連續梁286#邊墩兩個7 000 kN注射式調高盆式支座和跨五環路連續梁283#邊墩兩個12 500 kN注射式調高盆式支座實施了國內首次實橋注射式調高施工，本文對此予以總結。

2 注射式調高盆式支座結構及調高原理

目前國內盆式支座的調高方式主要分為機械式調高和注射式調高兩種。機械式調高是通過使用千斤頂將橋梁頂起，在支座與梁體或支座與橋墩之間加墊鋼板的方式實現，支座中不需預設配套結構。注射式調高是通過向支座內部注射液體填充材料來實現，支座內部需要預設注射通道及防倒流結構。

京津城際注射式調高盆式支座結構如圖1所示。與普通盆式支座相比，這種支座增加了三條注射填充物所用的孔道，可實現三次注射式調高。為防止調高時填充物流入其他孔道，設置了防倒流鋼珠，其作用類似于單向閥。

注射式調高盆式支座調高原理是:通過高壓注射設備向密閉的支座鋼盆內注入液態填充材料如聚氨酯，使支座上部和梁底抬高從而達到調高目的。注射進入支座鋼盆內的液態填充材料可以快速固化，并可靠地承受橋梁荷載。注射式調高盆式支座利用支座承壓橡膠墊豎向受壓后會發生徑向變形，貼緊鋼盆側壁，并且承壓橡膠墊給予鋼盆側壁的壓力與其豎向受力完全相同，兩者之間維持動態平衡的原理來進行密封。這樣可以可靠地防止支座調高時液態填充材料從承壓橡膠墊和鋼盆側壁之間泄漏。這種設計使得京津城際注射式調高盆式支座可以方便、可靠地實現多次注射式調高施工。

圖1 京津城際注射式調高盆式支座結構

3 注射式調高材料及注射設備

3.1 填充材料

注射式調高盆式支座所用填充材料一般為聚氨酯或改性環氧樹脂，其理化性能應符合表1要求。

本次京津城際注射式調高所選用材料為雙組分聚氨酯，質量比A∶B=1∶0.92，材料生產廠家提供的材料混合體積收縮比約為1%。

表1 注射式調高盆式支座用填充材料理化性能要求

3.2注射設備

在支座正常工作時進行注射式調高，要求注射設備能提供足夠的壓力將液態填充物注入支座內部。根據支座參數及尺寸計算得出，支座承壓橡膠墊設計面壓約為30 MPa，本次調高采用的注射設備可以提供的最大壓力為75 MPa，滿足要求。

在注射設備參數中，與施工相關的還有流量指標，流量關系到注射時間、調高速度和精度，不宜過大或過小。本次施工用注射設備流量為0.74 L/min。

4 京津城際盆式支座注射式調高施工

4.1 注射式調高施工前準備

注射式調高施工前，需進行以下準備工作:①根據填充材料的體積收縮比，考慮其余影響因素計算調高量;②根據調高量并考慮損耗計算填充材料用量及注射時間;③清除調高支座預留注射孔保護螺堵，清理注射孔聯接螺紋，將注射控制閥門連接到調高支座上，連接好注射設備與調高支座之間的注射管路;④在調高支座上安裝百分表以監控支座高度變化;⑤準備好調高施工現場用其他工具和儀器如電子秤、攪拌機、清洗劑、拌料桶等;⑥準備好合適的臨時支撐裝置，在支座調高過程中出現意外時應急使用;⑦如在低溫環境施工可采取加熱及保溫措施，以保證填充材料合適的流動性。

4.2 注射式調高施工步驟

①按比例分別稱量好填充材料A、B組分。②開始調高施工時，將A、B組分填充材料混合，攪拌均勻后倒入注射設備料筒。③開啟注射設備，當注射管路有填充材料流出時，關閉注射機，以排空管道內空氣。④將注射管路與調高支座上控制閥門連接，開啟注射設備開始調高。調高過程中需安排人員觀察注射設備壓力表壓力、調高支座上百分表支座高度變化和調高支座有無填充材料泄漏情況。⑤注射調高過程中及時往注射設備料筒補充混合攪拌均勻的填充材料，當達到預定的調高量時，同時關閉調高支座控制閥門和注射設備。⑥切斷注射管路，及時清洗注射設備并記錄調高支座上百分表數值。

5 京津城際盆式支座注射式調高施工分析

本次注射式調高的286#墩需調高43 mm，283#墩需調高30 mm，施工難度很大。按照施工要求，注射式調高施工的同時，在兩橋墩簡支梁側的普通盆式支座也需要同步進行相應高度的機械式調高施工。在整個調高過程中還要實時監控橋梁高度和受力的變化，整個調高施工要在一個天窗內完成。這導致本次施工參與單位多，同一橋墩上人員多，設備多，空間極其有限，施工時間很緊。目前國內還沒有注射式調高實橋施工的經驗可借鑒，因而本次施工一次性調高43 mm難度很大。以上因素增加了整個調高施工的方案設計、組織、溝通、協調、安全難度。經過精心組織，按照計劃在規定的天窗內完成所有施工，沒有影響當天的行車和運營。

下面以286#邊墩7 000 kN注射式調高盆式支座調高情況為例來說明此次注射式調高施工情況和施工效果。注射式調高前后支座情況見圖2。

圖2 支座注射式調高前后(7 000 kN縱向活動型支座)

此次調高單個支座要求調高量為43 mm，實際填充材料注射時間約1 h，與理論計算時間吻合，調高時同一梁端的兩個支座須同步注射式調高，調高過程中兩支座高度差要控制在2 mm以內，調高后支座高度變化見表2、表3。

此次注射式調高過程中也出現了一些問題，例如在7000 kN縱向活動型注射式調高盆式支座調高到33 mm左右時在支座活塞與鋼盆間隙局部出現填充材料滲漏現象，通過在梁底與支座墊石之間及時添加預先準備好的臨時支撐使支座暫時不受力，待注射入支座內部的填充材料固化一段時間后再繼續注射調高到要求值的方法予以解決。此次填充材料滲漏主要原因有兩點:①一次調高量過大(43 mm)，起密封作用的支座承壓橡膠墊側壁與鋼盆內壁相互運動距離過長，導致承壓橡膠墊側壁局部位置機械摩擦拉傷，密封部分局部壓力降低導致填充材料泄漏;②此次施工環境溫度過低(6℃左右)，導致填充材料固化時間過長。

結合本次施工環境、施工情況和施工結果來分析本次京津城際鐵路支座注射式調高施工，可以得到以下規律:

1)此次夜間施工溫度約6℃左右，在此溫度條件下施工用聚氨酯填充材料可操作時間(從混合到無法注射)約1.5 h。

2)從表2、表3可以看出，隨著時間的推移，注射式調高后支座高度初期變化大，以后逐漸趨緩，24 h后基本趨于穩定。

3)調高后38 h支座高度穩定，兩個支座高度變化分別為2.98 mm和3.00 mm。由此計算此次注射式調高用聚氨酯實際體積收縮比約為6.5%，與材料生產廠家提供的數據(1%)差距較大。

4)與機械式調高相比，注射式調高具有方便快捷、作業人員少、不用拆裝支座錨固螺栓、占用時間少、不用事先準備支座配套的鋼板、可以方便實現無級調高等優點。

表2 支座注射式調高后高度(7 000 kN縱向活動型支座)

表3 支座注射式調高后高度(7 000 kN多向活動型支座)

6 結語

通過國內首次注射式調高實橋施工案例——京津城際鐵路橋墩支座注射聚氨酯調高的實施，驗證了注射式調高盆式支座調高的可靠性和便捷性，為今后我國類似的工程需求提供了施工經驗。

在此次注射式調高施工過程中也出現了一些問題，需要在今后的施工中引起高度重視。建議:

1)加強注射式調高用填充材料配方研究，使填充材料的固化速度和固化時間能根據施工現場情況靈活調整。

2)實際注射式調高施工中注射填充材料的收縮率與理論收縮率差異很大，必須根據施工實際情況確定。

3)注射式調高施工前必須做好施工應急預案，多準備一些應急工具、工裝，以便及時解決施工中出現的各種突發問題。

4)一次注射式調高量盡量不要過大，如調高量很大，可考慮分兩次調高。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2331—2013鐵路橋梁盆式橡膠支座［S］.北京:中國鐵道出版社，2013.

［2］胡宇新，盧瑞琳，郭紅鋒，等.CKPZ-T注射式調高盆式橡膠支座調高試驗研究［J］.鐵道標準設計，2010(12):61-64.

［3］張士臣，臧曉秋，莊軍生.調高支座在客運專線橋梁上應用研究［J］.鐵道工程學報，2004(增1):160-162.

［4］張士臣，臧曉秋，莊軍生，等.填充聚氨酯調高盆式橡膠支座［J］.鐵道工程學報，2007(增1):334-337.

［5］楊春平，胡宇新，郭紅鋒，等.GPZ(Ⅱ)盆式橡膠支座結構優化與試驗研究［J］.鐵道建筑，2014(3):22-23.

［6］夏俊勇，盧瑞林，胡宇新，等.注射式調高球型支座試驗的設計與研究［J］.鐵道建筑，2012(7):30-33.

(責任審編李付軍)

U443.36

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.04

1003-1995(2015)05-0012-03

2014-09-25;

2014-12-30

胡宇新(1971—)，男，湖南株洲人，高級工程師。