上海軌道交通橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法研究

朱妍 朱毅

(上海軌道交通維護(hù)保障中心工務(wù)公司，上海 200233)

1 概述

上海軌道交通是目前中國(guó)線路最長(zhǎng)的城市軌道交通系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)里程達(dá)410 km(不含磁浮示范線)，早期的地鐵建設(shè)主要以隧道結(jié)構(gòu)為主，隨著2000年軌道交通3號(hào)線(又稱明珠線)的建成通車，橋梁結(jié)構(gòu)被引入到軌道交通中來(lái)，后續(xù)的1號(hào)線北延伸段、9號(hào)線、8號(hào)線浦東段以及在建的16號(hào)線等線路，均大量使用橋梁結(jié)構(gòu)，在最近的10年間，上海軌道交通的橋梁建設(shè)處于一個(gè)高速發(fā)展期。

2 軌交橋梁發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

早期軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)形式以簡(jiǎn)支梁為主，截面形式統(tǒng)一，簡(jiǎn)支梁跨徑以25 m～30 m簡(jiǎn)支梁為主，隨著橋梁結(jié)構(gòu)在軌道交通領(lǐng)域建設(shè)的增多，為了滿足實(shí)際需求，復(fù)雜結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)大跨徑的橋梁也被引用到了軌道交通線路中來(lái)，如3號(hào)線跨越蘇州河的總長(zhǎng)114 m的鋼管混凝土拱橋以及3號(hào)線跨越內(nèi)環(huán)中山西路272 m雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋等。隨著大型橋梁的發(fā)展，對(duì)于橋梁養(yǎng)護(hù)、管理方面的需求不斷提高，需要橋梁管養(yǎng)單位在客觀評(píng)價(jià)橋梁技術(shù)狀況的基礎(chǔ)上，開(kāi)展針對(duì)性強(qiáng)、可持續(xù)的、可操作的養(yǎng)護(hù)及維修加固工作。相應(yīng)于這一需求，必須提出一套完整、客觀、全面的、適用于現(xiàn)有的軌道交通橋梁運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)的技術(shù)狀況評(píng)定方法。

3 現(xiàn)有規(guī)范的評(píng)定方法

從設(shè)計(jì)的角度看，目前我國(guó)軌道交通橋梁的設(shè)計(jì)方法主要參考鐵路橋梁設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)方法的核心是容許應(yīng)力法，這一設(shè)計(jì)思路的提出，主要是基于軌道交通橋梁主要承受的是列車荷載，其荷載類型與鐵路橋梁較為接近。從橋梁結(jié)構(gòu)本身來(lái)講，軌道交通橋梁的施工方法，運(yùn)營(yíng)條件與公路橋梁無(wú)明顯差別。從分布的地域來(lái)看，軌道交通橋梁主要分布于城市主城區(qū)內(nèi)，其服役環(huán)境與公路橋梁基本相同。

我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范對(duì)于鐵路橋梁以及公路橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定方法分別有所規(guī)定，其各自的評(píng)定方法均有其自身的特點(diǎn)以及相應(yīng)的適用性范圍，下面將分別進(jìn)行闡述。

3.1 鐵路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

1997年～1999年陸續(xù)實(shí)施的TB/T 2820.1-8鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分別按照鋼梁、隧道、支座、涵渠、混凝土梁、墩臺(tái)基礎(chǔ)、橋渡、明橋面8個(gè)方面，對(duì)各構(gòu)件技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

評(píng)級(jí)方面，根據(jù)TG/GW 103-2010鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則第5.10.2條，狀態(tài)評(píng)定按劣化程度共分為A，B，C三級(jí)，其中A級(jí)又分為AA，A1兩等。具體分級(jí)情況如下:

1)結(jié)構(gòu)物或主要構(gòu)件功能嚴(yán)重劣化，危及行車安全，評(píng)定為A級(jí)AA等;2)結(jié)構(gòu)物或主要構(gòu)件功能嚴(yán)重劣化，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)危及行車安全，評(píng)定為A級(jí)A1等;3)結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件功能劣化，進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)升為A級(jí)，評(píng)定為B級(jí);4)結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件劣化，對(duì)其使用功能和行車安全影響較小，評(píng)定為C級(jí)。

結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件狀態(tài)評(píng)定為A級(jí)者，其病害情況相對(duì)較為嚴(yán)重或者緊急，需要通過(guò)大修或更新改造進(jìn)行整治;當(dāng)結(jié)構(gòu)物存在影響行車安全的病害，應(yīng)采取相應(yīng)的限速或限載措施，遇緊急情況，應(yīng)立即采取臨時(shí)加固措施，并視具體情況，對(duì)于影響運(yùn)營(yíng)安全的緊急病害應(yīng)盡快安排徹底整治，影響范圍較廣，維修難度較大，情況相對(duì)穩(wěn)定的病害可列入下一年度的橋隧大修或更新改造計(jì)劃及時(shí)進(jìn)行整治。結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件狀態(tài)評(píng)定為B級(jí)者，其病害等級(jí)與A級(jí)相比相對(duì)較好，病害一般需要通過(guò)維修進(jìn)行整治(個(gè)別較為嚴(yán)重的病害需要通過(guò)大修進(jìn)行整治)。結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件狀態(tài)評(píng)定為C級(jí)，可采取小修或者中修的措施開(kāi)展及時(shí)處治，也可采取長(zhǎng)期觀測(cè)的方法對(duì)有可能發(fā)展的病害進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

3.2 鐵路橋梁評(píng)定方法適用性分析

鐵路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定是以單個(gè)結(jié)構(gòu)物或者單個(gè)構(gòu)件為基本單位的，以鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁為例，混凝土箱梁、支座、橋梁墩臺(tái)、基礎(chǔ)以及橋面均作為獨(dú)立的評(píng)價(jià)單元，所有評(píng)價(jià)單元的評(píng)級(jí)均應(yīng)控制在B級(jí)或者C級(jí)，當(dāng)評(píng)價(jià)單元出現(xiàn)A級(jí)時(shí)，必須采取及時(shí)的維修加固措施，使評(píng)價(jià)單元恢復(fù)到B級(jí)或者C級(jí)。

鐵路橋梁評(píng)定方法在應(yīng)用于軌道交通橋梁技術(shù)狀況評(píng)定時(shí)，其適用性主要體現(xiàn)為思路簡(jiǎn)單清晰，以構(gòu)件為評(píng)分單元，評(píng)級(jí)過(guò)程簡(jiǎn)單明了，直接反映問(wèn)題所在，有問(wèn)題直接處理。但是為了實(shí)現(xiàn)這一評(píng)級(jí)，需要對(duì)每種構(gòu)件的具體評(píng)級(jí)進(jìn)行明確的劃分和描述。從這一角度來(lái)看，目前的鐵路橋梁規(guī)范還不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。目前的鐵路橋梁規(guī)范制定實(shí)施于20世紀(jì)90年代末期，當(dāng)時(shí)鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)形式較為單一，軌道交通橋梁也剛剛出現(xiàn)，因此規(guī)范中僅對(duì)簡(jiǎn)支混凝土梁的部分構(gòu)件有相對(duì)詳細(xì)的描述，對(duì)于鋼管混凝土拱橋的拱肋、吊桿，斜拉橋的拉索等重要構(gòu)件缺乏相應(yīng)的評(píng)級(jí)描述。

3.3 公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

本標(biāo)段橋梁技術(shù)狀況評(píng)定依據(jù)JTG/T H21-2011公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定按照構(gòu)件—部件—整體的順序進(jìn)行評(píng)級(jí)?？傮w思路采用分層綜合評(píng)定與5類橋梁?jiǎn)蜗蚩刂浦笜?biāo)相結(jié)合的方法。評(píng)定指標(biāo)如圖1所示。

圖1 公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法流程圖

在橋梁技術(shù)狀況評(píng)價(jià)中，有下列情況之一時(shí)，整座橋應(yīng)評(píng)為5類橋:1)上部結(jié)構(gòu)有落梁;或有梁、板斷裂現(xiàn)象。2)梁式橋上部承重構(gòu)件控制截面出現(xiàn)全截面開(kāi)裂;或組合結(jié)構(gòu)上部承重構(gòu)件結(jié)合面開(kāi)裂貫通，造成截面組合作用嚴(yán)重降低。3)梁式橋上部承重構(gòu)件有嚴(yán)重的異常位移，存在失穩(wěn)現(xiàn)象。4)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的永久變形，變形大于規(guī)范值。5)關(guān)鍵部位混凝土出現(xiàn)壓碎或桿件失穩(wěn)傾向;或橋面板出現(xiàn)嚴(yán)重塌陷。6)拱式橋拱腳嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)、位移，造成拱頂撓度大于限值;或拱圈嚴(yán)重變形。7)圬工拱橋拱圈大范圍砌體斷裂，脫落現(xiàn)象嚴(yán)重。8)腹拱、側(cè)墻、力墻或立柱產(chǎn)生破壞造成橋面板嚴(yán)重塌落。9)系桿或吊桿出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕或斷裂現(xiàn)象。10)懸索橋主纜或多根吊索出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕、斷絲。11)斜拉橋拉索鋼絲出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕、斷絲，主梁出現(xiàn)嚴(yán)重變形。12)擴(kuò)大基礎(chǔ)沖刷深度大于設(shè)計(jì)值，沖空面積達(dá)20%以上。13)橋墩(橋臺(tái)或基礎(chǔ))不穩(wěn)定，出現(xiàn)嚴(yán)重滑動(dòng)、下沉、位移、傾斜等現(xiàn)象。14)懸索橋、斜拉橋索塔基礎(chǔ)出現(xiàn)嚴(yán)重沉降或位移;或懸索橋錨碇有水平位移或沉降。

3.4 公路橋梁評(píng)定方法適用性分析

公路橋梁領(lǐng)域的技術(shù)狀況評(píng)定方法近年來(lái)發(fā)展較快，其評(píng)定方法的科學(xué)性、全面性相對(duì)于鐵路橋梁規(guī)范更加完善，評(píng)級(jí)的思路是“從局部到整體”，但是也規(guī)定了出現(xiàn)較差構(gòu)件以及局部較嚴(yán)重病害時(shí)的“評(píng)級(jí)特殊通道”，從而全面考慮各種可能存在的情況。對(duì)于各種橋型的構(gòu)件，規(guī)范中也給出了相對(duì)全面的重點(diǎn)評(píng)定內(nèi)容以及相應(yīng)的方法。從內(nèi)容和方法兩個(gè)方面，公路橋梁評(píng)定方法均優(yōu)于鐵路橋梁評(píng)定方法。

從針對(duì)軌道交通橋梁的適用性方面來(lái)看，公路橋梁評(píng)定方法存在以下幾個(gè)不適用的方面:

1)橋面系構(gòu)造相差較大:軌道交通橋梁橋面以無(wú)渣鐵軌為主，與公路橋梁瀝青路面明顯不同;另外由于橋梁荷載類型的不同，橋面主要病害以及評(píng)估方法均存在較大的差異。2)對(duì)于上部結(jié)構(gòu)梁體，軌道交通更關(guān)注在列車荷載下的縱橫向動(dòng)撓度測(cè)試，對(duì)應(yīng)公路橋梁檢測(cè)方法對(duì)這部分內(nèi)容并沒(méi)有明確的體現(xiàn)。3)公路橋梁采用承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)理念，與軌道交通橋梁的容許應(yīng)力法有所差別。配筋方法、支座設(shè)置等考慮的因素存在差異。4)軌道交通橋梁橋面寬度較小，構(gòu)件數(shù)量較少，因此采用鐵路橋梁的構(gòu)件分級(jí)方法相對(duì)更為適用，公路橋梁的分步綜合評(píng)定方法相對(duì)意義不大。

3.5 軌道交通橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

綜合上述特點(diǎn)，軌道交通橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定方法應(yīng)采用以下思路進(jìn)行:

1)評(píng)級(jí)方面，采用鐵路橋檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，即分A，B，C三級(jí)，其中A級(jí)分AA等和A1等。2)構(gòu)件評(píng)分方面，參考公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法，對(duì)于各構(gòu)件的扣分依據(jù)應(yīng)考慮構(gòu)件本身剛度對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)能力的影響因素，作進(jìn)一步修正。3)以構(gòu)件中最差評(píng)級(jí)作為該橋的整體評(píng)級(jí)，例如最差構(gòu)件評(píng)級(jí)為C級(jí)，則可認(rèn)為橋梁整體評(píng)級(jí)為C級(jí)。不允許出現(xiàn)A級(jí)構(gòu)件。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)公路橋梁以及鐵路橋梁現(xiàn)行技術(shù)狀況評(píng)定方法進(jìn)行研究，結(jié)合軌道交通橋梁自身特點(diǎn)，從客觀適用的角度提出軌道交通橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法，具體結(jié)論如下:

1)軌道交通橋梁評(píng)級(jí)整體思路參考鐵路橋梁評(píng)定方法，針對(duì)構(gòu)件進(jìn)行評(píng)級(jí)，存在A級(jí)構(gòu)件及時(shí)維修，使其降至B級(jí)或C級(jí)。2)對(duì)于各構(gòu)件的評(píng)級(jí)，參考公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法，根據(jù)構(gòu)件病害對(duì)橋梁影響程度，劃分各構(gòu)件評(píng)定等級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)。3)在各構(gòu)件評(píng)定等級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)中，重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)剛度方面的檢查結(jié)果對(duì)最終評(píng)級(jí)的影響結(jié)果，提高該類檢測(cè)參數(shù)在最終評(píng)級(jí)內(nèi)的比重。4)以構(gòu)件中最差評(píng)級(jí)作為該橋的整體評(píng)級(jí)，評(píng)定中不允許出現(xiàn)A級(jí)構(gòu)件，如出現(xiàn)A級(jí)構(gòu)件應(yīng)及時(shí)處治。

［1］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］李 莉，李鳳芹，夏 禾.城市軌道交通高架工程設(shè)計(jì)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(10)：20-22.

［3］TB/T 2820.1-8，鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB 50308-2008，城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］.

［5］鐵運(yùn)函［2004］42號(hào)發(fā)布，鐵路橋梁檢定評(píng)估工作規(guī)則［S］.