高速铁路支座更换的安全分析

陈鹏

摘 要：我国高速铁路大量采用常用跨度预应力混凝土箱梁，部分运营高速铁路桥梁支座存在安装错误的情况，桥梁结构不能按设计规定方向变形伸缩，对线路平顺性产生了一定影响，给高铁运营安全带来了安全隐患。对此，进行铁路桥梁支座更换有其现实意义。

关键词：高速铁路；桥梁结构；支座更换

引言：高速铁路因其运营速度高，对轨道稳定性的要求苛刻，为保障桥梁地段的轨道在动、静荷载共同作用的复杂运营状态下的稳定性，桥梁的梁体设计也需要给予特别关注。为此，高速铁路桥梁梁体的设计几何尺寸都比较大，以便对在荷载作用下的梁体变形量进行严格的限制。同时，较大的梁体几何尺寸，使梁体圬工增加，进而使梁体自重大大增加。目前，新建的公路桥梁几乎全部选用橡胶支座。特别是高速公路桥梁，橡胶支座的用量大，病害多，事故频繁发生，支座病害处治及更换刻不容缓。

1.高速铁路桥梁工程概述

高速铁路因其运营速度高，对轨道稳定性的要求苛刻。为保障桥梁地段的轨道在动、静荷载共同作用的复杂运营状态下的稳定性，桥梁的梁体设计也需要给予特别关注。为此，高速铁路桥梁梁体的设计几何尺寸都比较大，以便对在荷载作用下的梁体变形量进行严格的限制。同时，较大的梁体几何尺寸使梁体圬工增加，进而使梁体自重大大增加。就高速铁路桥梁的32m简支梁来看，梁体的宽度达到12m，梁高达到3.05 m，每孔预制梁需浇筑混凝土310 m 左右，梁体的自重接近900t。现浇梁由于受浇筑过程中的内模变形等影响，混凝土量更大，梁重甚至超过900 t，每个支座的平均荷载仅梁体自重一项便需要达到220 kN。而4 mx32m道岔梁的梁宽最大处可达到21.7 m甚至更宽，混凝土量达到

2321 m3，梁体自重达到6500t。2期恒载中轨道部分大约296kN/m，单支座承受的荷载可达到l5000kN。由于高速铁路桥梁梁体自重巨大，与普速铁路相比，高速铁路桥梁支座及其安装施工具有以下的特点。

（1）单个支座所承受的荷载大。

（2）支承垫石表面高程差的误差必须严格控制尤其对于处在对角线上的两块支承垫石表面高差的控制，必须更为严格。

（3）支座的安装施工务必正确无误，以免因施工疏忽造成不必要的返工。

（4）一旦支座因某种原因需要更换 则更换施工需要慎重对待，避免对梁体产生破坏。

2.铁路桥梁支座更换的施工方法

根据在上述工况和部位的区别，铁路支座更换的难度有所不同。其中，连续梁由于其应力体系比简支梁复杂，因此连续梁墩间支座的更换难度较大：而连续梁在无砟轨道及铺轨施工完成且轨道已经锁定的情况下，中间墩上支座出现问题 后，由于场地、应力计算和对轨道、接触网的影响不易确定，因此，其更换难度最大。下面以4 mx32 m道岔连续梁的中间墩的支座更换为例，介绍在该种工况条件下的铁路支座更换方法。其他工况和位置条件下的支座更换，更易于操作。支座更换的总体方案是将梁端用千斤顶顶起一定高度，凿除灌浆料及部分垫石，取出支座，更换同型号支座。将更换支座调整至设计和铁路相关的《验收标准》要求后，灌注灌浆料并恢復垫石。

3.不中断交通更换桥梁支座设备选择

鉴于本次实施的项目桥梁整体长度较长，带有曲线，并且处于不中断交通的状态下，这就要求设备系统必须具备如下几个关键功能：

①具有足够大的顶升吨位，能同时把一联的连续体系整体顶升，且各个顶升点都由一个控制中心进行统一控制；

②具备在通车状态能正常工作的性能，能抵抗较大的横向冲击力；

③精密的同步性，不论在桥梁的纵向或是横向，各个顶升点相互之间必须保证精密同步，相互之间的相对位移必须满足连续梁体系的结构受力要求；

④设备系统，特别是液压系统的密封材料应能抵抗侧向荷载的冲剪；

⑤设备本身具备自动监测系统，能对设定的各个指标进行自动监测并随时调整；

⑥设备系统有自动安全保险装置，能在意外或超负荷施工时自动报警或停止施工。

全自动控制液压系统为基础的顶升设备系统。该套设备在计算机控制下能保证整个桥梁体系在足够大的多点顶升力作用下，能同步顶升，同步回落，且整个设备装置配有自动锁定系统，在油泵的压力下只能供油，不能回油，能抵抗较大的冲击力对千斤顶的冲击，适合通车状态下作业。油缸进行特殊处理，使千斤顶独特的支撑设计可承受油缸承载能力 10%的侧向负载，特别适宜顶升带有曲线的桥梁。

4.设计顶升过程

本次采用二次顶升，即先顶升一侧的桥台和相邻桥墩，并对其支座进行更换；然后再对另一侧的桥台和相邻桥墩进行顶升和支座更换。

根据设计顶升吨位，按 2～3倍的安全系数确定千斤顶的个数和吨位。

设置备用千斤顶，吨位按照 4～5倍设置。

称重预压：在顶升前对桥台千斤顶和桥墩主千斤顶进行预压，保证千斤顶与梁（板）的接触严密。

试顶：顶升前应首先进行试顶，试顶力达到顶起力的 80%，目的是保证支垫物与盖梁、梁板底部的密切接触，并持续观测 2～4 h以上，防止出现翘曲、接触不严密等现象。

当桥墩千斤顶到达行程后，顶升位移设置为 2 cm，到达可以更换支座的高度后停止顶升，桥台千斤顶继续顶升 2～3 mm 左右再停止顶升。

到达顶升高度后，立即安放临时支座，拆除旧支座，安放新支座。

支座更换完毕后，拆除临时支座，同步回落千斤顶，将板体缓慢下落就位。检查支座的就位与承载情况。如果个别支座依旧存在脱空现象，要重新顶升，支垫，找平支座。

支座安装完成后也要持续的对轨道的变形进行持续观测，测量期不得少于3个月，第一周不少于4次，其后每周的观测次数可以相应递减，但当发现数据有明显的异常时，应立即组织相关人员分析数据，查找原因，并采取相应的措施。通过最终分析观察数据变化，评估因支座更换对接触网和轨道造成的影响，必要时采取措施对轨道和接触网进行复位。

结束语

高速铁路支座可能因各种原因被破坏，铁路支座更换的现象在所难免。严谨的支座更换方案、谨慎的施工和严格的现场监理控制，是支座更换成功和梁体安全的保障。通过安全可靠的施工和严格的质量监控，完全可以达到延长梁体寿命.减少运营干扰的目的。

参考文献

[1]浅谈高速铁路桥梁支座更换的施工及监理[J].樊金奎.建设监理.2012（12）

[2]哈大高速铁路桥梁设计概述[J].林兆宗.铁道标准设计.

[3]高速公路桥梁支座更换方法[J].郭鸿杰.交通世界.2016（36）

[4]桥梁支座更换工程装备液压系统研究[J].王佩文.建筑知识.2016（12）

[5]通车条件下桥梁支座更换技术研究[J].张建良，黄海珍.内蒙古公路与运输.2017（05）

（作者单位：中车建设工程有限公司）