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　050043;2.河北省交通应急保障工程技术研究中心，河北石家庄　050043)



高速铁路混凝土简支梁灾后换装恢复技术研究

张耀辉1，2，王海林1，2
(1.石家庄铁道大学国防交通研究所，河北石家庄050043;2.河北省交通应急保障工程技术研究中心，河北石家庄050043)

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

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50%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80%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70%以上的城市和50%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900 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32 m T梁一般为150～170 t，可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900 t，且梁体宽度约12.2 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≤20 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＞20 m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，在桥孔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900 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入费用高。

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≤32 m、墩高≤20 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450 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。

表1　换装方案对比

3　结语

灾后高速铁路混凝土简支梁桥的换装恢复作业具有急、难、险、重的特点，是一项高风险的复杂工程。本文从宏观上阐述了将来在高速铁路桥梁抢修中可能遇到的施工问题，并预研究了可实施的技术方案，但每一个技术细节仍需进行深入的研究，做好高速铁路桥梁畅通保障的技术储备。

参考文献

［1］张耀辉，陈士通，徐光兴，等.铁路高墩换架梁技术方案研究［J］.国防交通工程与技术，2014(5):29-32.

［2］张耀辉，陈士通.大型架桥机设备在高铁施工中的应用［J］.筑路机械与施工机械化，2011，28(4):24-28.

［3］张耀辉，徐光兴.京广线“百孔大桥”既有梁的整孔换架施工［J］.铁道建筑，2004(3):17-19.

［4］黄植初，柳呈祥.铁道战备业务手册［M］.北京:铁道部战备局，2000.

［5］姜忠仁，彭兴山，贾国昌.既有铁路桥梁换架技术研究［J］.国防交通工程与技术，2004(2):56-59.

［6］李金锁，王海良.既有罗湖铁路钢桥整桥移梁施工［J］.国防交通工程与技术，2004(4):24-25.

(责任审编郑冰)

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

作者简介:张耀辉(1970—)，男，教授级高级工程师，硕士。

基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划(2014G008-A)

收稿日期:2015-10-21;修回日期:2016-01-04

文章编号:1003-1995(2016)03-0005-04

中图分类号:U445.4

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.02