高速铁路桥梁维修和养护设计

[摘 要]本文从高速行车对桥梁状态的要求入手,结合近几年提速过程中发现的间题,探讨了高速铁路桥梁的维修养护,并提出了有益的建议。
[关键词]高速铁路桥梁 维修养护
[]A[文章编号]1009-5489(2010)06-0148-02
近几年我国已在几大干线开展了列车提速。我国第一条按200km/h行车速度设计的新线铁路客运专线也正在建设中,从设计的具体情况看,建成后列车的最高时速很可能达到250km以上。另外,我国经济发展迅速,已投入很大力量对高速铁路进行了前期研究,高速铁路的修建只是一个时间问题。

一、高速铁路桥梁状态的要求

机车车辆高速过桥时,由于振动的影响,上部结构会产生更大的应力及挠度,同时会使桥上轨道的几何形状发生变化,从而影响行车安全和乘坐舒适的要求。因此,高速铁路要求桥梁结构具有足够的强度、抗挠和抗扭刚度,并要求桥上轨道几何形状保持良好状态。
近30年来,德国、法国、西班牙及日本等国家结合发展高速铁路的需要,对高速行车条件下桥梁的动力响应采用模型、模拟、现场等各种试验,进行理论分析和计算工作,总结分析后应用于高速铁路桥梁设计中,并在实践中改进。现将国内外有关高速铁路桥梁的主要技术标准、结构类型及其他有关研究成果简介如下,以便有针对性地开展维修养护工作。

1.桥梁结构方面

(1)高速行车条件下,钢桥的工作状态不如混凝土桥,梁部结构应尽量采用感热迟钝的材料(如钢筋混凝土和预应力混凝土)。国外高速铁路新线多用混凝土桥,因此结构本身的维修量很少。
(2)采用道碴桥面,轨枕下道碴一般不小于0.25m,底层设置一层厚0.1—0.15m的小石子或其他耐水性好的透水材料。
(3)由于金属的线性膨胀,桥面的位移量较大,在跨度大于15m的桥梁桥面的一端设置活动支座,而相应桥面上的焊接长钢轨,可考虑设置一个伸缩装置。
(4)线路的过渡问题。为了防止桥梁和路基刚度差异引起的桥头跳车,与桥相连的、路基需进行特殊处理。日本

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铁路对桥头路基填土的特殊处理措施是,桥台后三角棱体用砾石土壤或砂砾大小的硬碎石填满,要求压实到密度大于90%以上。
根据我国国情和路情,提出对高速行车条件下养护维修需注意的问题及对策如下:

2.桥上线路

桥面状态对桥梁的动力响应有很大影响,高速铁路比一般线路的养护标准高,且要保持更严格的容许误差。要保证桥上线路的上拱度符合要求。因此,应加强桥上线路的检测、监视和维修养护工作,增加线路维修与巡回检查次数,并采用先进的设备以保证线路的质量和行车安全。
3.钢梁
提速证明,高速行车对钢桥的影响较大,钢桥的振动,尤其是横向振动加剧,引起下承板梁主梁腹板裂纹:上、下承板梁平联水平拉杆断裂;铆钉或螺栓松动;护轨道钉浮离拔起,钩螺栓和枕木失效周期缩短;护轨螺栓断裂、松动。因此,日常养护应着重注意:(1)钢桥的木枕扣件应从普通的改为K型扣件。并注意明桥面K式扣件扭力矩保持时间不足的问题。(2)明桥面的钩螺栓不许有松动,建议取消钩螺栓将桥枕与纵梁或主梁上翼缘直接相连。(3)注意观测钢桥的横向振幅。提速试验表明,上承板梁跨中横向振幅大大超过桥检规的参考限值。必要时可加固横联和平联。(4)注意观测钢桥的竖向振幅。提速试验表明一定速度下会产生竖向共振。(5)注意纵、横梁切口处的细部构造,及时监控裂纹发展。(6)注意铆钉、螺栓的松动。(7)注意上盖板的腐蚀。

4.混凝土梁

既有线提速试验结果表明,车速160km/h时,跨中挠度、截面应力、横向振幅、冲击系数及桥梁振动特性均未超过现行规范容许值。但是发现混凝土梁横隔板开裂;双T普通混凝土和预应力混凝土梁跨中横隔板开裂,不能起到协调两片梁共同受力的作用;梁间无横隔板的双T梁,横向振动相位不一致,梁下缘内、外侧应变差明显,呈明显斜弯曲。因此,养护维修应着重注意:(1)注意监控横隔板的状态,应将非预应力隔板改造为预应力隔板。(2)注意混凝土桥枕开裂问题。(3)注意监测梁的挠度、钢筋混凝土梁的裂纹发展及预应力混凝土梁的开裂。

二、养修设备

应配备一定数量的高性能养修设备,加强对桥梁的监控。如精密的水准测量仪器及电测仪表用来观测桥梁的挠度;高性能的无损检测设备如电阻探头、声发射探头等探测混凝土中钢筋的腐蚀情况;先进的超声波、射线设备检测钢结构的裂缝、缺陷;超声回探仪测混凝土的强度;先进的防水堵漏材料和高压力的压浆设备;机械化的高强螺栓施拧扳手等。

三、维修管理

日常维修工作一般由相应的机构负责管理,和我国的工务段类似。维修方式也基本采取综合维修和经常保养相结合的方式。但国外非常重视日常检查的数据整理,将桥梁的技术状态参数如裂缝的长度、裂缝的宽度、钢构件的锈蚀情况、螺栓的上紧程度等汇总成表,并经数据化形成数据库,保持对桥梁的状态有深刻的了解,以方便日后的评估和大修。美国、丹麦及日本等国都已建立了计算机桥梁管理数据库系统。有些国家还开发了利用计算机进行桥梁诊断的程序系统。
关于养护维修原则各国大同小异,共同经验是:日常检修周期为3—15个月,每3—5年再进行详细的检查,之后再根据桥梁造价、检查费用、修理费用和工程残值建立检查周期目标函数。关于如何整治,有不坏不修、定期维修和保持结构不发生病害等不同的出发点。总之,科学地养护维修应建立从状态预测和评估、必要的桥梁数据库直到各种维修工作的成套程序。还应注意日常科研、应付突发事件及人员培训等方面的事先安排。
[参考文献]
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[4]严健.线路养护维修存在的问题及其解决办法[J].中国铁路,2009(11).
[收稿日期]2010年3月28日
[作者简介]李荣功(1974～ ):男,山西盂县人,北京铁路局石家庄工务段助理工程师。
杨建伟:男,河北保定人,北京铁路局石家庄工务段助理工程师。