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應力混凝土箱梁，部分運營高速鐵路橋梁支座存在安裝錯誤的情況，橋梁結構不能按設計規定方向變形伸縮，對線路平順性產生了一定影響，給高鐵運營安全帶來了安全隱患。對此，進行鐵路橋梁支座更換有其現實意義。

關鍵詞：高速鐵路；橋梁結構；支座更換

引言：高速鐵路因其運營速度高，對軌道穩定性的要求苛刻，為保障橋梁地段的軌道在動、靜荷載共同作用的復雜運營狀態下的穩定性，橋梁的梁體設計也需要給予特別關注。為此，高速鐵路橋梁梁體的設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行嚴格的限制。同時，較大的梁體幾何尺寸，使梁體圬工增加，進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雜運營狀態下的穩定性，橋梁的梁體設計也需要給予特別關注。為此，高速鐵路橋梁梁體的設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行嚴格的限制。同時，較大的梁體幾何尺寸使梁體圬工增加，進而使梁體自重大大增加。就高速鐵路橋梁的32m簡支梁來看，梁體的寬度達到12m，梁高達到3.05 m，每孔預制梁需澆筑混凝土310 m 左右，梁體的自重接近900t。現澆梁由于受澆筑過程中的內模變形等影響，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到220 kN。而4 mx32m道岔梁的梁寬最大處可達到21.7 m甚至更寬，混凝土量達到

2321 m3，梁體自重達到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，必須更為嚴格。

（3）支座的安裝施工務必正確無誤，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，避免對梁體產生破壞。

2.鐵路橋梁支座更換的施工方法

根據在上述工況和部位的區別，鐵路支座更換的難度有所不同。其中，連續梁由于其應力體系比簡支梁復雜，因此連續梁墩間支座的更換難度較大：而連續梁在無砟軌道及鋪軌施工完成且軌道已經鎖定的情況下，中間墩上支座出現問題 后，由于場地、應力計算和對軌道、接觸網的影響不易確定，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。將更換支座調整至設計和鐵路相關的《驗收標準》要求后，灌注灌漿料并恢復墊石。

3.不中斷交通更換橋梁支座設備選擇

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下，這就要求設備系統必須具備如下幾個關鍵功能：

①具有足夠大的頂升噸位，能同時把一聯的連續體系整體頂升，且各個頂升點都由一個控制中心進行統一控制；

②具備在通車狀態能正常工作的性能，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梁體系的結構受力要求；

④設備系統，特別是液壓系統的密封材料應能抵抗側向荷載的沖剪；

⑤設備本身具備自動監測系統，能對設定的各個指標進行自動監測并隨時調整；

⑥設備系統有自動安全保險裝置，能在意外或超負荷施工時自動報警或停止施工。

全自動控制液壓系統為基礎的頂升設備系統。該套設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，且整個設備裝置配有自動鎖定系統，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的沖擊，適合通車狀態下作業。油缸進行特殊處理，使千斤頂獨特的支撐設計可承受油缸承載能力 10%的側向負載，特別適宜頂升帶有曲線的橋梁。

4.設計頂升過程

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

根據設計頂升噸位，按 2～3倍的安全系數確定千斤頂的個數和噸位。

設置備用千斤頂，噸位按照 4～5倍設置。

稱重預壓：在頂升前對橋臺千斤頂和橋墩主千斤頂進行預壓，保證千斤頂與梁（板）的接觸嚴密。

試頂：頂升前應首先進行試頂，試頂力達到頂起力的 80%，目的是保證支墊物與蓋梁、梁板底部的密切接觸，并持續觀測 2～4 h以上，防止出現翹曲、接觸不嚴密等現象。

當橋墩千斤頂到達行程后，頂升位移設置為 2 cm，到達可以更換支座的高度后停止頂升，橋臺千斤頂繼續頂升 2～3 mm 左右再停止頂升。

到達頂升高度后，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象，要重新頂升，支墊，找平支座。

支座安裝完成后也要持續的對軌道的變形進行持續觀測，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可以相應遞減，但當發現數據有明顯的異常時，應立即組織相關人員分析數據，查找原因，并采取相應的措施。通過最終分析觀察數據變化，評估因支座更換對接觸網和軌道造成的影響，必要時采取措施對軌道和接觸網進行復位。

結束語

高速鐵路支座可能因各種原因被破壞，鐵路支座更換的現象在所難免。嚴謹的支座更換方案、謹慎的施工和嚴格的現場監理控制，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格的質量監控，完全可以達到延長梁體壽命.減少運營干擾的目的。

參考文獻

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（作者單位：中車建設工程有限公司）