高速铁路混凝土简支梁灾后换装恢复技术研究.pdf

2 0 1 6年第 3期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 5 文章 编 号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 0 5 0 4 高速铁路混凝土简支梁灾后换装恢复技术研究 张耀 辉 ， 王海林 ( 1 石家庄铁 道大学 国防交通研究 所 ， 河北 石家庄0 5 0 0 4 3 ； 2 河 北省交通应急保障工程技术研究 中心 ， 河北 石家庄0 5 0 0 4 3 ) 摘 要 ： 分析 了高速 铁路 混凝 土 简支 梁换 装 恢复施 工 面 临的 问题 ， 并提 出 了桥 孔 处 支 架现 浇混 凝 土 箱 梁、 梁场 集 中预 制混 凝土 箱 梁、 桥 孔 平行侧 低位 台座 和桥 孔 平 行侧 高位 支 架现 浇 混凝 土箱 梁 4种 新 制 混 凝 土箱 梁的建 造方 案 ， 以及重 型 高架 台车平移 换装 、 栈桥 式 平移换 装 和跨 线龙 门 吊快速 换装 3种 新制 箱 梁 的换装技 术方案 。介 绍 了每 种 建造 方案 的优 缺 点 ， 对 比 了不 同的 换装 技 术 。对 遭 到 损 毁破 坏 的 简支 梁 桥 ， 先使用抢修钢梁保证其临时通车 ， 再根据实际工况合理选择施 工方案。通过换装作业 ， 将新制的混 凝土箱梁快速替换抢修钢梁， 从而使灾后桥梁恢复原状并达到初始设计要求。 关 键词 ： 高速 铁路混 凝土 简 支梁 抢 修钢 梁 建造 方案 换 装恢 复技 术 中图分 类号 ： U 4 4 5 4 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 6 0 3 0 2 高速铁路 中桥梁所 占比例很大 ， 我 国建成和在建 的高速铁路桥梁总长占线路 的 5 0 以上 ， 其 中京津城 际铁路 、 京沪高速铁路 、 广珠城际铁路 等， 桥梁所 占比 例更是高达 8 0 以上。我 国是世界上遭受 自然灾害 最严重的国家之一 ， 全国有 7 0 以上的城市和 5 0 以 上的人 口分布在气象 、 地震 、 地质和海 洋灾害多发 、 易 发地区。我国的高速铁路在空间上跨越了全国范围内 不 同地质 条件 的 区域 ， 具 有点 多 、 线 长 、 面广 的特点 ， 如 果发生地震、 泥石流 、 山体滑坡 、 洪水 、 台风等 自然灾害 可能会对高速铁路造成破坏。本文针对高速铁路混凝 土简 支梁 灾后 换装恢 复技 术进 行研 究 。 1 换装恢复施工面临 的问题 高速铁路混凝土简支梁换装恢复施工是指灾后遭 到破坏的混凝土梁桥， 通过使用抢修钢梁保证 了临时 通 车 ， 再将 新制 的 9 0 0 t 混 凝土箱 梁 通过快 速换 装作 业 与抢 修钢 梁替换 ， 使灾 后 桥梁恢 复原 状 ， 达 到桥 梁初 始 设计 要求 的施 工过程 。 要实现快速换装恢复施工 ， 当前面临许多技术难 题 ， 主要有 以下 几点 。 1 ) 新制高铁混凝土箱梁建造方案 高速铁路简支箱梁桥不同于普通铁路简 支 T梁 桥的换装恢复施工， 在梁体参数 、 制造地点、 运输方式 等方面区别很大。比如 ： 既有普通铁路新 旧 T梁的换 装恢复施工 中， 新制的3 2 m T梁一般为 1 5 01 7 0 t ， 可 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 0 2 1 ； 修 回日期 ： 2 0 1 6 一 O l o 4 基金项 目： 中国铁路总公司科 技研究开发计划 ( 2 0 1 4 G 0 0 8 一 A) 作者简介 ： 张耀辉( 1 9 7 O 一) ， 男 ， 教授级高级工程师 ， 硕士。 以在专业的桥梁厂 内制造 ， 通过铁路或公路运输 到桥 位再 进行换 装恢 复施 工 。而 高速 铁路 箱 梁 近 9 0 0 t ， 且 梁体宽度约 1 2 2 m， 无法在已经开通运营的高速铁路 线上进行运输 ； 若采用公路运输 ， 由于超重 、 超限 、 路况 等 问题 难 以解 决 ， 长 距 离公路 运输 几乎 无 法实 现 ， 即使 在 桥址 附 近进 行短距 离 运输 也需 要特 殊 的运输 通道 才 行 。因此 ， 高速 铁路 混 凝 土 简 支箱 梁桥 的灾 后 换 装 恢 复施 工在施 工难 度 、 周期 、 成本 等 方面 远 高于普 通铁 路 简支 T梁桥的换装恢 复施工。所 以， 灾后高速铁路桥 梁 的恢 复工 程 中 ， 首 先 要 解 决 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 临时设 备 等 。 2 ) 换装 技术 方案 运 营铁 路 的换装 施 工一 般 在 “ 天 窗 ” 点 内进 行 ， 且 时间紧、 任务重 、 难度大。在总结既有普通铁路换装恢 复施工经验 的基础上 ， 综合考虑高速铁路桥梁的特点 、 技 术 可行性 、 适 用性 、 经济 成 本 等 因素 后 ， 认 为 采 用 重 型高架 台车平移换装 、 栈桥式平移换装和跨线龙 门吊 快速换装这 3种换装技术方 案较为合 理。对 于墩高 2 0 m的混凝土简支箱梁桥换架施 工作业 ， 上述方案 是可行的 ， 但对于墩高 2 0 I n或桥下有较深 的河水 、 山谷等情况 ， 则不适用。 3 ) 换装施工设备 上述 3种换装技术方案所需要的大型施工设备主 要包括重型高架台车 、 栈桥式平移设备和大吨位的跨 线龙门吊。不同于小 吨位 的常见设备 ， 这些大型设 备 通过专门的设计开发才能满足现场环境的使用要求 ， 包括设备所需的基础情况 ， 以及如何安装就位 、 如何拆 6 铁道建筑 除等 。 4 ) 换装 恢 复施 工组织 设计 在较短的铁路运营“ 天 窗” 点 内进行换装 恢复施 工是一项高风险的施工作业。“ 天窗” 点的时间段是 死的， 而施工步骤环环相扣 ， 因此 ， 没有多余 的时间来 处理施工故障， 任何失误都可能造成难以弥补的损失。 施工组织 中每个工序都要任务明确、 步骤详尽 、 科学合 理和具有可操作性 ； 每个施工环节都要有快速实施的 补救方案 ； 每个作业的实施者都要具体到个人 。因此 ， 如何制定 出安全可靠的换装恢复施工组织设计方案是 一 项极为关键的工作 ， 施工前需反复研究。 2换装恢 复施 工技术方案 2 1 新 制高铁 混凝 土箱 梁 建造方 案 1 ) 桥 孔处 支架 现浇 混凝 土箱 梁 在保证临时通车的情况下 ， 进行桥下地基 的处理、 现浇支架材料 的准备和预拼装 、 现浇模板的预安装 、 箱 梁钢筋的加工 、 轨道板 的预制等准备工作。待准备工 作做好后停止通车 ， 拆除、 移走抢修钢梁等结构 ， 在桥孑 L 原位处搭 设 现 浇 支 架 、 现 浇 模 板 、 绑 扎 钢 筋 、 现 浇混 凝 土、 铺设桥面、 安装其它设施等 ， 调试好后， 通车试运营。 此方案的优点： 在临时通车的情况下 ， 大部分现浇 工作可同时进行 ； 整个施工 中不需要大吨位的起重设 备和大型的运梁设备； 施工 占地面积较小。此方案 的 缺点 ： 施 工周期 长 ， 中断 通 车时 间长 ； 易受 天气 影 响 ； 模 板安装 、 钢筋笼就位、 混凝土浇筑 、 预应力筋 张拉等高 空作业 难 ， 耗 时长 。不 适 用 于 多 孔 桥 灾毁 后 的恢 复 建 设， 投入成本大。 2 ) 梁场集中预制混凝土箱梁 针对 灾后 桥梁 孔 数 破坏 较 多 的情 况 ， 为 了缩 短 施 工 时间 ， 考虑 在 桥 址 附 近 建 设 一 个 小 型 的预 制 梁 场 。 在 梁场 内集 中预制 混凝 土箱 梁 ， 然后 将 箱 梁 运 输 到 桥 孔 位 置进行 换架 施 工 ， 调 试好 后恢 复 通车 。 此方案的优点 ： 梁场集中预制混凝土箱梁 ， 可保证 预制箱梁的质量， 缩短制梁时间； 预制模板和现浇机具 设备少 ； 中断通车时间相对较短。此方案的缺点： 梁场 需 9 0 0 t 级的大型起重设备、 运梁车 ； 需修建从梁场到 待换架桥孔 的运梁通道； 在地形起伏大或有水 的现场 不适用 ； 总体 占地面积较大 ； 综合成本投入多。 3 ) 桥孔平行侧低位台座现浇混凝土梁 在破坏桥孔一侧地 面上设置制梁台座 ， 新制梁体 与桥梁纵向轴线平行布置。在制梁 台座上现浇箱梁 ， 采用跨线龙门吊或平移高架台车完成新制箱梁和抢修 钢梁的换架施工 ， 完成永久恢复作业。 此方案 的优点 ： 不需要梁体 的长 距离运输 ， 运梁 车 、 移梁机等设备的投入 ； 对地形环境的适应性较好 ； 制梁方便 ， 时间较短 ； 多孔桥可同时并行作业。此方案 的缺点 ： 换架 施工需 大型起 重设 备 ， 安装 和拆除较 困难 ； 当地形复杂 ， 且多孔桥破坏时， 大型起重设备在桥孔之 间不易转移 ， 制梁台座的建设和模板重复投人费用高。 4 ) 桥孔 平行 侧 高位支 架 现浇混 凝 土梁 在破坏桥孔一 侧 的地 面上 搭 设 与桥 梁纵 向轴 线 平 行布置的高位制梁支架 ， 使新制箱梁和桥孔原梁位于同 一 标高。采用平移高架台车或横向栈桥式平移法完成 新制箱梁和抢修钢梁的换架施工 ， 实现永久恢复作业。 此方案的优点 ： 不需要大型起重设备 ， 省去了安装 和拆除作业 ； 施工质量和安全可靠性高； 多孔桥可同时 并行 作业 ； 综合 成本 相对 较低 。此 方 案 的缺点 ： 需搭 设 支架 和栈桥 ， 临时结 构材 料用 量相 对较 多 ； 需要 大 吨位 的横 移 台车和 千斤 顶设 备 。 2 2新制 箱梁 的换 装技 术方 案 灾后的高速铁路混凝 土简支梁桥 ， 梁体 已经断裂 或垮塌 ， 通过上述制梁方案制造了新的梁体结构， 但是 如何将新梁和临时通车使用的抢修钢梁进行替换是李 节主要研究内容。对跨度 3 2 m、 墩高 2 0 m的混凝 土简 支箱 梁桥 的换 装 技 术 进 行 研究 。综 合 考 虑后 ， 最 终确定了以下 3种方案。 1 ) 重型高架 台车平移换装 该方案的主要换架设备包括 2组( 4台) 移动式重 型高 架 台车 、 2台 4 5 0 t 门式 吊机 。换 装 施 工前 ， 需 在 桥 梁 一侧铺 设 与 桥 梁 纵 向轴 线 平 行 的龙 门 吊走 行 轨 道， 在换架孔下铺设垂直于桥梁纵 向轴线的平移高架台 车走行轨道。换装恢复施工时， 一组 高架台车将抢修钢 梁横移出桥跨位置， 然后用龙门吊吊离； 另一组高架 台 车承载混凝土箱梁横移至桥孔位置， 完成换装梁作业。 2 ) 栈桥式平移换装 该 方 案 的主要换 架 设备包 括 现浇 支架 、 横移 台车 、 栈桥系统 、 千斤顶等。在梁侧平行桥梁纵 向轴线方 向 搭设现浇混凝土的支架， 垂直桥梁纵 向轴心 紧靠墩侧 位置搭设横向栈桥 。横移台车位于栈桥轨道上 ， 可载 梁体进行横移就位 ， 也可载抢修钢梁移出桥孔 。换装 步 骤 见 图 1 。 3 ) 跨线龙门吊快速换装 以跨越线路界限的门式起重机作为吊离抢修钢梁 和安装新制混凝土梁的起重设备 ， 进行换架梁施工 ， 所 需设备是 2台跨线龙 门吊。换架梁施工时 ， 首先利用 龙 门吊将抢修钢梁 吊离桥位 ， 再利用龙 门吊将新制的 混 凝土 梁 吊至桥 墩上 ， 安 装就 位 。换装 步骤 见 图 2 。 上 述 3种换 装技 术 方 案 各 有 优 缺 点 ， 施 工 环 节 均 有差别 。换装方案对 比见表 1 。