高速鐵路簡支箱梁盆式橡膠支座更換方法研究

宋 福，石秋君，班新林，佟嘉明

(1.神華新準(zhǔn)鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000;2.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

隨著我國高速鐵路的陸續(xù)建設(shè)，橋梁結(jié)構(gòu)在線下工程中所占比例也不斷增加，其中多條高速鐵路60%以上正線采取了高架方式，32 m簡支箱梁作為一種常用梁型被廣泛地應(yīng)用在高速鐵路橋梁建設(shè)中。橋梁支座作為橋梁工程上、下部結(jié)構(gòu)的連接、傳力部件，其優(yōu)、劣程度直接影響橋梁的整體性能。

盆式橡膠支座通常由上支座板(含不銹鋼板)、平面滑板、黃銅緊箍圈、中間鋼襯板、承壓橡膠板、橡膠密封圈、下支座板、錨栓等主要部件組成，其中承壓橡膠板是盆式橡膠支座的核心部件，起著承載、傳力、轉(zhuǎn)動的作用。支座的結(jié)構(gòu)構(gòu)造見圖1。

圖1 盆式橡膠支座結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1 工程概況

新建鐵路石家莊至武漢客運專線鄭州至武漢段漯駐特大橋，位于鄭武鐵路鄭武定測第二段測段內(nèi)。專線設(shè)計速度350 km/h，正線數(shù)目為雙線，線間距5 m，橋上線路為CRTSⅡ型板式軌道結(jié)構(gòu)?？卓绮贾脼檫B續(xù)剛構(gòu)、24 m簡支梁、32 m簡支梁、連續(xù)梁，中心里程DK881+080.868，橋全長61 598.735 m。此前橋梁上部的防水層、防護(hù)墻、豎墻、底座板、軌道板及鋼軌已全部安裝完畢。

需要更換支座的橋址位于河南駐馬店市遂平縣境內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡支箱梁;所用支座為客運專線鐵路盆式橡膠支座KTPZ-5500 kN、地震動峰值加速度≤0.1g、設(shè)計轉(zhuǎn)角0.02 rad。

在 1369#—1353#墩(DK895+130.750—DK894+607.325)合計16跨箱梁的64個支座，由于施工時將梁體兩端支座位置裝反需要更換，即將原固定支座與縱向活動支座進(jìn)行調(diào)換，原橫向活動支座與多向活動支座進(jìn)行調(diào)換。

為了減少支座更換工作對橋上線路的影響，建議同一墩上的兩孔簡支梁的梁端同時起頂，并控制起頂高度和速度一致，最大起頂高度控制在5 mm。支座更換方式示意如圖2。

圖2 支座頂升及調(diào)換方式

2 軌道系統(tǒng)受力檢算

1)計算模型

圖3 計算模型

圖3為參考德國博格公司相關(guān)設(shè)計理念，針對我國CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)的特點，建立的總長130.7 m的橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)的理論計算模型。

在計算模型中，橋梁結(jié)構(gòu)包括四跨32 m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁(梁長32.60 m，跨徑31.50 m，梁端懸長0.55 m，梁縫0.10 m)，軌道系統(tǒng)包括兩線底座板、軌道板、CA砂漿層、硬泡沫塑料板、鋼軌等。其中，鋼軌與軌道板之間的扣件聯(lián)結(jié)用非線性彈簧模擬，底座板、CA砂漿層和軌道板按整體截面考慮，底座板與每跨簡支梁在固定支座上方利用剪力齒槽固結(jié)，底座板與橋梁之間的“兩布一膜”隔離層的滑動特性按非線性彈簧模擬，分布于每跨梁端兩側(cè)各1.5 m范圍內(nèi)的硬泡沫塑料板按彈簧模擬。

2)計算工況

在更換支座頂梁作業(yè)之前，必須確定頂升方式、頂梁位置、頂升高度，以及各千斤頂間的頂升高差等一系列控制指標(biāo)。為此，假設(shè)需要更換的是5#支座(見圖3)，并對4#，5#支座同步頂升5.0 mm時軌道系統(tǒng)的受力狀態(tài)進(jìn)行計算分析。

3)計算結(jié)果

表1為4#，5#支座同步頂升5.0 mm時，軌道系統(tǒng)中鋼軌和軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力極值，表中附加頂舉力指千斤頂克服結(jié)構(gòu)自重后需要的額外頂舉力。圖4、圖5為軌道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及應(yīng)力沿軌長方向的變化情況。

表1 同步頂升5.0 mm時的附加頂舉力和軌道系統(tǒng)應(yīng)力極值 MPa

圖4 軌道結(jié)構(gòu)軸力

圖5 軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力

計算表明，鋼軌和軌道結(jié)構(gòu)的受力最不利位置在4#支座和5#支座間梁縫的上方。

4)頂升高度的影響

更換支座頂升梁體時，梁體的最終頂升量要根據(jù)實際情況和具體需求確定，但必須考慮頂升高度對橋上軌道系統(tǒng)的影響。4#，5#支座同步頂升時，頂升位移與支座附加頂舉力、梁縫位置正上方混凝土軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的關(guān)系分別見圖6、圖7。

圖6 同步頂升時附加頂舉力與頂升位移的關(guān)系

圖7 同步頂升時軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力與頂升位移的關(guān)系

3 頂梁及更換支座

3.1 頂梁作業(yè)

在更換支座之前，首先應(yīng)將支座周圍的圍板拆除，然后將支座下座板周圍的灌漿料清除干凈，并安裝支座的臨時連接裝置，保證支座更換時的整體性;同時拆除錨固螺栓，準(zhǔn)備頂梁。

頂梁作業(yè)的施工應(yīng)控制好下述幾點。

1)千斤頂選擇

漯駐特大橋橋梁的結(jié)構(gòu)形式為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡支箱梁，通橋(2008)2322A-Ⅱ，此種梁頂梁位置大多設(shè)置在梁端支座內(nèi)側(cè)防落梁處。因此，建議施工時頂梁位置設(shè)在梁端支座內(nèi)側(cè)的防落梁處。頂升梁體更換支座時，拆除防落梁裝置，在箱梁底面的預(yù)埋鋼板位置進(jìn)行頂梁作業(yè)，千斤頂要求的數(shù)量與支座的數(shù)量相同。

頂梁作業(yè)時，橋上不允許列車通行，千斤頂?shù)捻斉e重量為橋梁自重和二期恒載之和。綜合考慮各種不利因素的影響，計入1.2倍以上的增大系數(shù)比較合適，但各個千斤頂?shù)捻斉e重量也不宜有較大差別。據(jù)此，對頂梁換支座時千斤頂?shù)倪x擇提出如下建議:

①千斤頂?shù)臄?shù)量n。n≥N+1，N為頂梁位置處支座的數(shù)量，增加的1個千斤頂為備用千斤頂。

②千斤頂?shù)膰嵨籺。T≥t≥1.2R，T為支座的噸位，R為支座的恒載反力，即“自重+二期恒載”時的反力。

郝桂芹說,打單號,十個號范圍就小嗎？組六時,買方勝率33%,組三 20%,要是豹子呢,勝率只有10%。如果買單選和組選,從“000”到“999”,那是一千個號呵。單選勝率千分之一,組選勝率是千分之三呵。這個范圍是什么概念？是太平洋、大西洋、印度洋呵。而那個撲朔迷離的開獎號,就是一根針,一根飄忽不定的針,你知道嗎？！

2)起頂量控制指標(biāo)

根據(jù)德國無砟軌道維修中關(guān)于更換橋梁支座或者由于橋墩下沉對橋梁支座進(jìn)行調(diào)整的說明和我國《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及設(shè)計要求，各種工況下(包括頂梁換支座時)，梁體四支點應(yīng)位于同一平面，誤差不應(yīng)大于2 mm，且同跨橋梁梁端兩個支座在頂升過程中的位移之差不允許超過1 mm;同時根據(jù)以往的科研報告及理論分析和更換支座的實際施工經(jīng)驗，在頂升高度≤5 mm時，不致對橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)造成明顯的不利影響。

根據(jù)上述規(guī)定，提出CRTSⅡ型板式無砟軌道橋梁頂梁作業(yè)的起頂量控制指標(biāo)如下:

①同一橋墩上的所有支座必須同步抬高;

②一個橋墩上所有支座的頂升量h≤5 mm;

③同一橋墩上兩跨梁的頂升高差Δh1≤1.0 mm，同跨梁一端兩個支座的頂升高差Δh2≤1.0 mm;

④當(dāng)僅頂升一個橋墩不能滿足要求時，可以在相鄰橋墩上同時操作，以獲得更大的頂升高度。此時，各橋墩必須同時滿足上述①～③條的要求。

3)頂梁作業(yè)流程(圖8)

圖8 頂梁作業(yè)基本流程

頂梁時，按照每分鐘0.1～1.0 mm的上升速度開始頂升，頂升高度達(dá)到1 mm時，停止頂升，由專業(yè)人員觀察梁體微小變化;每頂升2 mm停止1次，在墩柱上安裝臨時支撐，采集位移數(shù)據(jù)，并與理論計算數(shù)據(jù)復(fù)核。如果實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)吻合繼續(xù)頂升，否則應(yīng)立即查找和分析原因，直到頂升高度達(dá)到支座調(diào)換安裝的施工要求。當(dāng)原支座能夠順利取出時，必須馬上停止頂升，立即加固臨時支撐。

3.2 支座更換

在頂梁作業(yè)結(jié)束后，迅速取出原有支座，鑿去支承墊石頂面混凝土灌漿層，用高壓水槍清洗混凝土表面，然后將備好的支座安放入位，調(diào)平支座。

更換支座作業(yè)應(yīng)控制好下述幾點。

1)螺栓及套筒直徑不匹配

本次支座的更換為原固定支座與縱向活動支座進(jìn)行調(diào)換，原橫向活動支座與多向活動支座進(jìn)行調(diào)換。由于該種支座采用螺栓與套筒的錨固方式，具備支座更換的條件，但套筒已與墩體通過灌漿料連接成整體;因此本次更換作業(yè)在不破壞套筒的前提下進(jìn)行，即利用原位處的套筒固定更換后的支座。原固定支座與縱向活動支座的上下支座板的固定螺栓型號一致，可以直接進(jìn)行調(diào)換，但原橫向活動支座與多向活動支座的下座板螺栓型號和預(yù)留套筒的直徑大小有差異，即原橫向活動支座螺栓的直徑為36 mm，多向活動支座螺栓的直徑為24 mm。據(jù)此，對換支座時螺栓直徑大小的變化提出如下建議。

①原橫向活動支座換至原多向活動支座處后，將橫向活動支座的下座板螺栓孔內(nèi)加裝一過渡套筒，套筒外徑為φ38 mm，與原螺栓孔配合，內(nèi)徑為φ26 mm，與M24的螺栓相配合，但要保證更換后的螺栓與套筒和下座板之間的緊密連接。并且將M24螺栓材質(zhì)進(jìn)行提升，使更換后的螺栓在抗剪強(qiáng)度上滿足原設(shè)計要求。

②原多向活動支座換至原橫向活動支座處后，將多向活動支座的下座板進(jìn)行更換，換成螺栓孔為M36的橫向活動支座下座板，使之與預(yù)埋套筒內(nèi)徑相匹配。

2)梁端位移

考慮到梁體在溫度、徐變、荷載等條件的影響下將產(chǎn)生梁端的縱向位移，對支座更換產(chǎn)生不利影響。經(jīng)對現(xiàn)場進(jìn)行的實地考察顯示，由于梁體在施工和安裝時與目前更換支座的環(huán)境溫度基本一致，且橋梁施工后還沒有正式驗收運行，所以梁端并沒有發(fā)生明顯的縱向位移(實測值均＜1 mm)。由于錨栓孔直徑均比錨栓直徑大2 mm，該位移不會影響錨栓的正常安裝。

3)支座灌漿

支座更換后，需要對更換過的支座重新灌漿，灌漿要求應(yīng)與安裝支座時的施工要求一致，待新灌砂漿層的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值后，方可落梁。

4 應(yīng)急措施

在橋梁的頂升施工中，首先應(yīng)制定安全可靠、技術(shù)可行的施工方案，確保橋梁的結(jié)構(gòu)安全及施工的順利進(jìn)行，避免異常情況的發(fā)生。但橋梁同步頂升技術(shù)有一定的風(fēng)險，頂升過程中有一定的不確定性。因此針對頂升過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，假定某種意外情況發(fā)生并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，方能在緊急情況下有的放矢，及時正確地處理問題?，F(xiàn)根據(jù)本項目的施工特點及以往的施工經(jīng)驗建議制定如下應(yīng)急措施。

1)可成立以項目經(jīng)理為首，由橋梁、液壓等方面的專家及經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員組成的應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，在緊急情況下可以隨時啟動應(yīng)急程序。

2)液壓千斤頂漏油。千斤頂應(yīng)采用較先進(jìn)裝置，且在頂升前做保壓試驗，理論上漏油的可能較小;如遇千斤頂漏油，泵站不斷給油即可，并及時用臨時支撐支撐。

3)頂升過程中偏向。應(yīng)采用百分表控制的同步頂升，并由另一套標(biāo)高及位移測量系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核，必要時進(jìn)行調(diào)整。

4)頂升系統(tǒng)故障。立即由專業(yè)工程師對系統(tǒng)進(jìn)行檢查，盡快排除故障，現(xiàn)場有足夠的備品、備件。

5)頂升過程中單點停止工作。停止頂升，臨時支撐，檢查截止閥工作情況，必要時進(jìn)行調(diào)換。

6)頂升過程中各組位移差超出允許范圍。檢查電子百分表的安裝情況和各油缸的給定壓力，必要時進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

本文針對我國CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)的特點，分析了在頂梁作業(yè)時鋼軌應(yīng)力和軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化。從計算結(jié)果可以看出，頂升位移和軌道系統(tǒng)的狀態(tài)之間具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，施工時的頂升高度控制在5 mm不致對橋上軌道系統(tǒng)造成明顯的不利影響。同時提出了頂梁作業(yè)時的主要控制指標(biāo)和頂梁作業(yè)基本流程及應(yīng)急措施，保障了支座更換工作的正常進(jìn)行。

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