高速鐵路混凝土簡支梁災(zāi)后換裝恢復(fù)技術(shù)研究

張耀輝，王海林(1.石家莊鐵道大學(xué)國防交通研究所，河北石家莊　050043;2.河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)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(zāi)后換裝恢復(fù)技術(shù)研究

張耀輝1，2，王海林1，2
(1.石家莊鐵道大學(xué)國防交通研究所，河北石家莊050043;2.河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)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(fù)施工面臨的問題，并提出了橋孔處支架現(xiàn)澆混凝土箱梁、梁場集中預(yù)制混凝土箱梁、橋孔平行側(cè)低位臺座和橋孔平行側(cè)高位支架現(xiàn)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(shù)方案。介紹了每種建造方案的優(yōu)缺點，對比了不同的換裝技術(shù)。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(jù)實際工況合理選擇施工方案。通過換裝作業(yè)，將新制的混凝土箱梁快速替換搶修鋼梁，從而使災(zāi)后橋梁恢復(fù)原狀并達(dá)到初始設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞:高速鐵路混凝土簡支梁搶修鋼梁建造方案換裝恢復(fù)技術(shù)

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(dá)80%以上。我國是世界上遭受自然災(zāi)害最嚴(yán)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(zhì)和海洋災(zāi)害多發(fā)、易發(fā)地區(qū)。我國的高速鐵路在空間上跨越了全國范圍內(nèi)不同地質(zhì)條件的區(qū)域，具有點多、線長、面廣的特點，如果發(fā)生地震、泥石流、山體滑坡、洪水、臺風(fēng)等自然災(zāi)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(zāi)后換裝恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究。

1　換裝恢復(fù)施工面臨的問題

高速鐵路混凝土簡支梁換裝恢復(fù)施工是指災(zāi)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(yè)與搶修鋼梁替換，使災(zāi)后橋梁恢復(fù)原狀，達(dá)到橋梁初始設(shè)計要求的施工過程。

要實現(xiàn)快速換裝恢復(fù)施工，當(dāng)前面臨許多技術(shù)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(fù)施工，在梁體參數(shù)、制造地點、運輸方式等方面區(qū)別很大。比如:既有普通鐵路新舊T梁的換裝恢復(fù)施工中，新制的32 m T梁一般為150～170 t，可以在專業(yè)的橋梁廠內(nèi)制造，通過鐵路或公路運輸?shù)綐蛭辉龠M(jìn)行換裝恢復(fù)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(jīng)開通運營的高速鐵路線上進(jìn)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(xiàn)，即使在橋址附近進(jìn)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(zāi)后換裝恢復(fù)施工在施工難度、周期、成本等方面遠(yuǎn)高于普通鐵路簡支T梁橋的換裝恢復(fù)施工。所以，災(zāi)后高速鐵路橋梁的恢復(fù)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(shè)備等。

2)換裝技術(shù)方案

運營鐵路的換裝施工一般在“天窗”點內(nèi)進(jìn)行，且時間緊、任務(wù)重、難度大。在總結(jié)既有普通鐵路換裝恢復(fù)施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，綜合考慮高速鐵路橋梁的特點、技術(shù)可行性、適用性、經(jīng)濟(jì)成本等因素后，認(rèn)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(shù)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(yè)，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(shè)備

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

4)換裝恢復(fù)施工組織設(shè)計

在較短的鐵路運營“天窗”點內(nèi)進(jìn)行換裝恢復(fù)施工是一項高風(fēng)險的施工作業(yè)?！疤齑啊秉c的時間段是死的，而施工步驟環(huán)環(huán)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(bǔ)的損失。施工組織中每個工序都要任務(wù)明確、步驟詳盡、科學(xué)合理和具有可操作性;每個施工環(huán)節(jié)都要有快速實施的補(bǔ)救方案;每個作業(yè)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(fù)施工組織設(shè)計方案是一項極為關(guān)鍵的工作，施工前需反復(fù)研究。

2　換裝恢復(fù)施工技術(shù)方案

2.1新制高鐵混凝土箱梁建造方案

1)橋孔處支架現(xiàn)澆混凝土箱梁

在保證臨時通車的情況下，進(jìn)行橋下地基的處理、現(xiàn)澆支架材料的準(zhǔn)備和預(yù)拼裝、現(xiàn)澆模板的預(yù)安裝、箱梁鋼筋的加工、軌道板的預(yù)制等準(zhǔn)備工作。待準(zhǔn)備工作做好后停止通車，拆除、移走搶修鋼梁等結(jié)構(gòu)，在橋孔原位處搭設(shè)現(xiàn)澆支架、現(xiàn)澆模板、綁扎鋼筋、現(xiàn)澆混凝土、鋪設(shè)橋面、安裝其它設(shè)施等，調(diào)試好后，通車試運營。

此方案的優(yōu)點:在臨時通車的情況下，大部分現(xiàn)澆工作可同時進(jìn)行;整個施工中不需要大噸位的起重設(shè)備和大型的運梁設(shè)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(yù)應(yīng)力筋張拉等高空作業(yè)難，耗時長。不適用于多孔橋災(zāi)毀后的恢復(fù)建設(shè)，投入成本大。

2)梁場集中預(yù)制混凝土箱梁

針對災(zāi)后橋梁孔數(shù)破壞較多的情況，為了縮短施工時間，考慮在橋址附近建設(shè)一個小型的預(yù)制梁場。在梁場內(nèi)集中預(yù)制混凝土箱梁，然后將箱梁運輸?shù)綐蚩孜恢眠M(jìn)行換架施工，調(diào)試好后恢復(fù)通車。

此方案的優(yōu)點:梁場集中預(yù)制混凝土箱梁，可保證預(yù)制箱梁的質(zhì)量，縮短制梁時間;預(yù)制模板和現(xiàn)澆機(jī)具設(shè)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(shè)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(xiàn)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(cè)低位臺座現(xiàn)澆混凝土梁

在破壞橋孔一側(cè)地面上設(shè)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(xiàn)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(fù)作業(yè)。

此方案的優(yōu)點:不需要梁體的長距離運輸，運梁車、移梁機(jī)等設(shè)備的投入;對地形環(huán)境的適應(yīng)性較好;制梁方便，時間較短;多孔橋可同時并行作業(yè)。此方案的缺點:換架施工需大型起重設(shè)備，安裝和拆除較困難;當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜，且多孔橋破壞時，大型起重設(shè)備在橋孔之間不易轉(zhuǎn)移，制梁臺座的建設(shè)和模板重復(fù)投入費用高。

4)橋孔平行側(cè)高位支架現(xiàn)澆混凝土梁

在破壞橋孔一側(cè)的地面上搭設(shè)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(biāo)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(xiàn)永久恢復(fù)作業(yè)。

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

2.2新制箱梁的換裝技術(shù)方案

災(zāi)后的高速鐵路混凝土簡支梁橋，梁體已經(jīng)斷裂或垮塌，通過上述制梁方案制造了新的梁體結(jié)構(gòu)，但是如何將新梁和臨時通車使用的搶修鋼梁進(jìn)行替換是李節(jié)主要研究內(nèi)容。對跨度≤32 m、墩高≤20 m的混凝土簡支箱梁橋的換裝技術(shù)進(jìn)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(shè)備包括2組(4臺)移動式重型高架臺車、2臺450 t門式吊機(jī)。換裝施工前，需在橋梁一側(cè)鋪設(shè)與橋梁縱向軸線平行的龍門吊走行軌道，在換架孔下鋪設(shè)垂直于橋梁縱向軸線的平移高架臺車走行軌道。換裝恢復(fù)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(yè)。

2)棧橋式平移換裝

該方案的主要換架設(shè)備包括現(xiàn)澆支架、橫移臺車、棧橋系統(tǒng)、千斤頂?shù)?。在梁?cè)平行橋梁縱向軸線方向搭設(shè)現(xiàn)澆混凝土的支架，垂直橋梁縱向軸心緊靠墩側(cè)位置搭設(shè)橫向棧橋。橫移臺車位于棧橋軌道上，可載梁體進(jìn)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(jī)作為吊離搶修鋼梁和安裝新制混凝土梁的起重設(shè)備，進(jìn)行換架梁施工，所需設(shè)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(shù)方案各有優(yōu)缺點，施工環(huán)節(jié)均有差別。換裝方案對比見表1。

表1　換裝方案對比

3　結(jié)語

災(zāi)后高速鐵路混凝土簡支梁橋的換裝恢復(fù)作業(yè)具有急、難、險、重的特點，是一項高風(fēng)險的復(fù)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(yù)研究了可實施的技術(shù)方案，但每一個技術(shù)細(xì)節(jié)仍需進(jìn)行深入的研究，做好高速鐵路橋梁暢通保障的技術(shù)儲備。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)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(fā)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(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.02