高速鐵路混凝土簡支梁災后換裝恢復技術研究

張耀輝，王海林(1.石家莊鐵道大學國防交通研究所，河北石家莊　050043;2.河北省交通應急保障工程技術研究中心，河北石家莊　050043)

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高速鐵路混凝土簡支梁災后換裝恢復技術研究

張耀輝1，2，王海林1，2
(1.石家莊鐵道大學國防交通研究所，河北石家莊050043;2.河北省交通應急保障工程技術研究中心，河北石家莊050043)

摘要:分析了高速鐵路混凝土簡支梁換裝恢復施工面臨的問題，并提出了橋孔處支架現澆混凝土箱梁、梁場集中預制混凝土箱梁、橋孔平行側低位臺座和橋孔平行側高位支架現澆混凝土箱梁4種新制混凝土箱梁的建造方案，以及重型高架臺車平移換裝、棧橋式平移換裝和跨線龍門吊快速換裝3種新制箱梁的換裝技術方案。介紹了每種建造方案的優缺點，對比了不同的換裝技術。對遭到損毀破壞的簡支梁橋，先使用搶修鋼梁保證其臨時通車，再根據實際工況合理選擇施工方案。通過換裝作業，將新制的混凝土箱梁快速替換搶修鋼梁，從而使災后橋梁恢復原狀并達到初始設計要求。

關鍵詞:高速鐵路混凝土簡支梁搶修鋼梁建造方案換裝恢復技術

高速鐵路中橋梁所占比例很大，我國建成和在建的高速鐵路橋梁總長占線路的50%以上，其中京津城際鐵路、京滬高速鐵路、廣珠城際鐵路等，橋梁所占比例更是高達80%以上。我國是世界上遭受自然災害最嚴重的國家之一，全國有70%以上的城市和50%以上的人口分布在氣象、地震、地質和海洋災害多發、易發地區。我國的高速鐵路在空間上跨越了全國范圍內不同地質條件的區域，具有點多、線長、面廣的特點，如果發生地震、泥石流、山體滑坡、洪水、臺風等自然災害可能會對高速鐵路造成破壞。本文針對高速鐵路混凝土簡支梁災后換裝恢復技術進行研究。

1　換裝恢復施工面臨的問題

高速鐵路混凝土簡支梁換裝恢復施工是指災后遭到破壞的混凝土梁橋，通過使用搶修鋼梁保證了臨時通車，再將新制的900 t混凝土箱梁通過快速換裝作業與搶修鋼梁替換，使災后橋梁恢復原狀，達到橋梁初始設計要求的施工過程。

要實現快速換裝恢復施工，當前面臨許多技術難題，主要有以下幾點。

1)新制高鐵混凝土箱梁建造方案

高速鐵路簡支箱梁橋不同于普通鐵路簡支T梁橋的換裝恢復施工，在梁體參數、制造地點、運輸方式等方面區別很大。比如:既有普通鐵路新舊T梁的換裝恢復施工中，新制的32 m T梁一般為150～170 t，可以在專業的橋梁廠內制造，通過鐵路或公路運輸到橋位再進行換裝恢復施工。而高速鐵路箱梁近900 t，且梁體寬度約12.2 m，無法在已經開通運營的高速鐵路線上進行運輸;若采用公路運輸，由于超重、超限、路況等問題難以解決，長距離公路運輸幾乎無法實現，即使在橋址附近進行短距離運輸也需要特殊的運輸通道才行。因此，高速鐵路混凝土簡支箱梁橋的災后換裝恢復施工在施工難度、周期、成本等方面遠高于普通鐵路簡支T梁橋的換裝恢復施工。所以，災后高速鐵路橋梁的恢復工程中，首先要解決的是新制混凝土箱梁的建造方案，包括在什么位置建造、采用什么方式建造、施工所需臨時設備等。

2)換裝技術方案

運營鐵路的換裝施工一般在“天窗”點內進行，且時間緊、任務重、難度大。在總結既有普通鐵路換裝恢復施工經驗的基礎上，綜合考慮高速鐵路橋梁的特點、技術可行性、適用性、經濟成本等因素后，認為采用重型高架臺車平移換裝、棧橋式平移換裝和跨線龍門吊快速換裝這3種換裝技術方案較為合理。對于墩高≤20 m的混凝土簡支箱梁橋換架施工作業，上述方案是可行的，但對于墩高＞20 m或橋下有較深的河水、山谷等情況，則不適用。

3)換裝施工設備

上述3種換裝技術方案所需要的大型施工設備主要包括重型高架臺車、棧橋式平移設備和大噸位的跨線龍門吊。不同于小噸位的常見設備，這些大型設備通過專門的設計開發才能滿足現場環境的使用要求，包括設備所需的基礎情況，以及如何安裝就位、如何拆除等。

4)換裝恢復施工組織設計

在較短的鐵路運營“天窗”點內進行換裝恢復施工是一項高風險的施工作業。“天窗”點的時間段是死的，而施工步驟環環相扣，因此，沒有多余的時間來處理施工故障，任何失誤都可能造成難以彌補的損失。施工組織中每個工序都要任務明確、步驟詳盡、科學合理和具有可操作性;每個施工環節都要有快速實施的補救方案;每個作業的實施者都要具體到個人。因此，如何制定出安全可靠的換裝恢復施工組織設計方案是一項極為關鍵的工作，施工前需反復研究。

2　換裝恢復施工技術方案

2.1新制高鐵混凝土箱梁建造方案

1)橋孔處支架現澆混凝土箱梁

在保證臨時通車的情況下，進行橋下地基的處理、現澆支架材料的準備和預拼裝、現澆模板的預安裝、箱梁鋼筋的加工、軌道板的預制等準備工作。待準備工作做好后停止通車，拆除、移走搶修鋼梁等結構，在橋孔原位處搭設現澆支架、現澆模板、綁扎鋼筋、現澆混凝土、鋪設橋面、安裝其它設施等，調試好后，通車試運營。

此方案的優點:在臨時通車的情況下，大部分現澆工作可同時進行;整個施工中不需要大噸位的起重設備和大型的運梁設備;施工占地面積較小。此方案的缺點:施工周期長，中斷通車時間長;易受天氣影響;模板安裝、鋼筋籠就位、混凝土澆筑、預應力筋張拉等高空作業難，耗時長。不適用于多孔橋災毀后的恢復建設，投入成本大。

2)梁場集中預制混凝土箱梁

針對災后橋梁孔數破壞較多的情況，為了縮短施工時間，考慮在橋址附近建設一個小型的預制梁場。在梁場內集中預制混凝土箱梁，然后將箱梁運輸到橋孔位置進行換架施工，調試好后恢復通車。

此方案的優點:梁場集中預制混凝土箱梁，可保證預制箱梁的質量，縮短制梁時間;預制模板和現澆機具設備少;中斷通車時間相對較短。此方案的缺點:梁場需900 t級的大型起重設備、運梁車;需修建從梁場到待換架橋孔的運梁通道;在地形起伏大或有水的現場不適用;總體占地面積較大;綜合成本投入多。

3)橋孔平行側低位臺座現澆混凝土梁

在破壞橋孔一側地面上設置制梁臺座，新制梁體與橋梁縱向軸線平行布置。在制梁臺座上現澆箱梁，采用跨線龍門吊或平移高架臺車完成新制箱梁和搶修鋼梁的換架施工，完成永久恢復作業。

此方案的優點:不需要梁體的長距離運輸，運梁車、移梁機等設備的投入;對地形環境的適應性較好;制梁方便，時間較短;多孔橋可同時并行作業。此方案的缺點:換架施工需大型起重設備，安裝和拆除較困難;當地形復雜，且多孔橋破壞時，大型起重設備在橋孔之間不易轉移，制梁臺座的建設和模板重復投入費用高。

4)橋孔平行側高位支架現澆混凝土梁

在破壞橋孔一側的地面上搭設與橋梁縱向軸線平行布置的高位制梁支架，使新制箱梁和橋孔原梁位于同一標高。采用平移高架臺車或橫向棧橋式平移法完成新制箱梁和搶修鋼梁的換架施工，實現永久恢復作業。

此方案的優點:不需要大型起重設備，省去了安裝和拆除作業;施工質量和安全可靠性高;多孔橋可同時并行作業;綜合成本相對較低。此方案的缺點:需搭設支架和棧橋，臨時結構材料用量相對較多;需要大噸位的橫移臺車和千斤頂設備。

2.2新制箱梁的換裝技術方案

災后的高速鐵路混凝土簡支梁橋，梁體已經斷裂或垮塌，通過上述制梁方案制造了新的梁體結構，但是如何將新梁和臨時通車使用的搶修鋼梁進行替換是李節主要研究內容。對跨度≤32 m、墩高≤20 m的混凝土簡支箱梁橋的換裝技術進行研究。綜合考慮后，最終確定了以下3種方案。

1)重型高架臺車平移換裝

該方案的主要換架設備包括2組(4臺)移動式重型高架臺車、2臺450 t門式吊機。換裝施工前，需在橋梁一側鋪設與橋梁縱向軸線平行的龍門吊走行軌道，在換架孔下鋪設垂直于橋梁縱向軸線的平移高架臺車走行軌道。換裝恢復施工時，一組高架臺車將搶修鋼梁橫移出橋跨位置，然后用龍門吊吊離;另一組高架臺車承載混凝土箱梁橫移至橋孔位置，完成換裝梁作業。

2)棧橋式平移換裝

該方案的主要換架設備包括現澆支架、橫移臺車、棧橋系統、千斤頂等。在梁側平行橋梁縱向軸線方向搭設現澆混凝土的支架，垂直橋梁縱向軸心緊靠墩側位置搭設橫向棧橋。橫移臺車位于棧橋軌道上，可載梁體進行橫移就位，也可載搶修鋼梁移出橋孔。換裝步驟見圖1。

3)跨線龍門吊快速換裝

以跨越線路界限的門式起重機作為吊離搶修鋼梁和安裝新制混凝土梁的起重設備，進行換架梁施工，所需設備是2臺跨線龍門吊。換架梁施工時，首先利用龍門吊將搶修鋼梁吊離橋位，再利用龍門吊將新制的混凝土梁吊至橋墩上，安裝就位。換裝步驟見圖2。

上述3種換裝技術方案各有優缺點，施工環節均有差別。換裝方案對比見表1。

表1　換裝方案對比

3　結語

災后高速鐵路混凝土簡支梁橋的換裝恢復作業具有急、難、險、重的特點，是一項高風險的復雜工程。本文從宏觀上闡述了將來在高速鐵路橋梁搶修中可能遇到的施工問題，并預研究了可實施的技術方案，但每一個技術細節仍需進行深入的研究，做好高速鐵路橋梁暢通保障的技術儲備。

參考文獻

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(責任審編鄭冰)

Research on Recovering by Replacement after Disaster for Concrete Simply-supported Girder on High Speed Railway

ZHANG Yaohui1，2，WANG Hailin1，2

(1.Research of National Defence Communication，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang Hebei 050043，China;2.Hebei Provincial Transportation Emergency Support Engineering Technology Research Center，Shijiazhuang Hebei 050043，China)

Abstract:T he problems about replacement and recovery construction of high speed railway concrete simplysupported girder are analyzed.Four kinds of production scheme of concrete box girder including cast-in-situ box girder in the bridge opening bracket，concentration of precast concrete box girder in the girder yard，cast-in-situ concrete box girder in the low pedestal parallel and in the high support parallel to the side span，and three kinds of rapid recovery technology including heavy overhead trolley，trestle structure and gantry crane across the line are put forward.T he advantages and disadvantages of each method are introduced，and the different replacement technology are compared.T he damaged high speed railway bridges are replaced by emergency steel girder to ensure the temporary traffic.In order to choose reasonable construction scheme according to the actual working condition.T he original state and design requirements of the bridges are realized by using the new concrete box girders to replace the emergency steel girders.

Key words:High speed railway;Concrete simply-supported girder;Emergency steel girder;Construction scheme;Replacement and recovery technology

作者簡介:張耀輝(1970—)，男，教授級高級工程師，碩士。

基金項目:中國鐵路總公司科技研究開發計劃(2014G008-A)

收稿日期:2015-10-21;修回日期:2016-01-04

文章編號:1003-1995(2016)03-0005-04

中圖分類號:U445.4

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.02