高速鐵路橋隧工程養(yǎng)修模式與關(guān)鍵技術(shù)

盧春房

（中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)，北京 100844）

高速鐵路橋隧工程養(yǎng)修模式與關(guān)鍵技術(shù)

盧春房

（中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)，北京 100844）

科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修是確保高速鐵路橋隧工程使用壽命的關(guān)鍵?；谖覈?guó)高速鐵路技術(shù)特點(diǎn)，從不間斷運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致維修困難、大密度高速列車影響、橋隧結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜以及維修作業(yè)空間受限等方面，總結(jié)確保高速鐵路橋隧工程使用壽命的難點(diǎn)；梳理我國(guó)高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)管理體系及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，闡述信息化技術(shù)、健康管理系統(tǒng)以及無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)在我國(guó)高速鐵路橋隧工程檢測(cè)中的應(yīng)用；結(jié)合高速鐵路橋梁豎向沉降整治技術(shù)和隧道襯砌預(yù)防式注漿技術(shù)創(chuàng)新案例，指出預(yù)防式維修是我國(guó)高速鐵路橋隧工程養(yǎng)護(hù)維修的發(fā)展趨勢(shì)。

鐵路橋隧；科學(xué)養(yǎng)護(hù)；預(yù)防式維修；健康管理；BIM

1 概述

高速鐵路以其安全舒適、方便快捷等顯著特征已成為我國(guó)百姓綠色出行的首選。截至2016年底，我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)2.2萬(wàn)km，運(yùn)營(yíng)里程高居世界首位，占世界高速鐵路總里程的60%以上。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的全面實(shí)施，中國(guó)鐵路“走出去”戰(zhàn)略不斷取得新進(jìn)展，高速鐵路還將成為影響我國(guó)國(guó)計(jì)民生、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際影響的重要因素。

“以橋代路”以及“無(wú)砟軌道”的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)成功應(yīng)用于我國(guó)高速鐵路工程的設(shè)計(jì)中。橋梁所占比例大（京滬高速鐵路橋梁占80.4%）、橋梁跨度大、隧道地質(zhì)條件復(fù)雜以及長(zhǎng)大隧道多成為我國(guó)高速鐵路線下結(jié)構(gòu)工程的主要技術(shù)特點(diǎn)。高速鐵路條帶狀分布、露天服役環(huán)境、承受疲勞荷載、天窗期維修等特征，決定了高速鐵路工程結(jié)構(gòu)耐久性的復(fù)雜性和使用壽命的不可預(yù)測(cè)性。為確保高速鐵路工程結(jié)構(gòu)的耐久性，按使用年限進(jìn)行鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)已被納入《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]。工程結(jié)構(gòu)耐久性是指在預(yù)定的作用和預(yù)期的使用與維護(hù)條件下，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)保持其使用功能的能力（見(jiàn)圖1）。這意味著高速鐵路服役階段必須對(duì)橋梁隧道（簡(jiǎn)稱橋隧）工程結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)檢查與維修，養(yǎng)護(hù)維修是確保高速鐵路工程在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)安全服役的關(guān)鍵因素。為確保我國(guó)高速鐵路的使用壽命，結(jié)合我國(guó)高速鐵路結(jié)構(gòu)特征以及氣候環(huán)境特征，系統(tǒng)開(kāi)展了高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)維護(hù)技術(shù)的研究，形成了我國(guó)高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修管理、養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)以及養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)體系。

2 面臨困難

橋隧工程結(jié)構(gòu)是高速鐵路的重要組成部分，所占比例大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修建困難。橋隧工程等線下基礎(chǔ)的穩(wěn)定性是決定高速鐵路線路高可靠性、高穩(wěn)定性、高平順性的關(guān)鍵。高速鐵路對(duì)橋梁、路基和隧道基礎(chǔ)變形和缺陷限值的要求遠(yuǎn)高于普通鐵路。與普速線路和重載鐵路相比，高速鐵路對(duì)橋梁、路基、隧道等線下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的安全等級(jí)劃分和維修標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格。對(duì)于普速線路或重載鐵路來(lái)說(shuō)，較小的缺陷或病害，在高速鐵路中可能會(huì)影響行車的安全性，這對(duì)我國(guó)高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)是極大的考驗(yàn)。因此，高速鐵路橋隧等線下基礎(chǔ)的養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)要求更高、安全性卡控更嚴(yán)、確保高速鐵路使用壽命更難。

圖1 工程結(jié)構(gòu)使用壽命示意圖

2.1 不間斷運(yùn)營(yíng)

高速鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)是白天公交化運(yùn)輸，夜間停輪集中維修。為不影響高速列車安全準(zhǔn)時(shí)運(yùn)營(yíng)，高速鐵路橋隧嚴(yán)格執(zhí)行“施工不行車，行車不施工”的天窗修制度。我國(guó)高速鐵路正線、到發(fā)線天窗一般為垂直天窗，天窗時(shí)段一般設(shè)置在0：00—4：00，多為4 h。由于天窗時(shí)間短，維修人員要行走到維修區(qū)間，所以有效養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間更短，且天窗期內(nèi)的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)施工不能對(duì)天窗點(diǎn)畢后線路的正常開(kāi)通和安全運(yùn)營(yíng)造成任何障礙，因此，高速鐵路不間斷運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)技術(shù)難度大，必須要?jiǎng)?chuàng)新養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)、材料與機(jī)具。

2.2 列車運(yùn)營(yíng)速度高，基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求嚴(yán)

列車高速運(yùn)行對(duì)線路穩(wěn)定性要求極高，對(duì)橋梁、隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期變形限制嚴(yán)格，包括混凝土橋梁的長(zhǎng)期徐變、墩臺(tái)的變形變位、基礎(chǔ)不均勻沉降等。我國(guó)高速鐵路客流量大、行車密度大、線路里程長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜，高速列車高頻周期疲勞荷載加劇了對(duì)橋隧工程結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，增加了橋梁鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋以及螺栓斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜

高速鐵路需要跨越大江南北，延伸祖國(guó)各地。一方面，鐵路工程的線下基礎(chǔ)必須與土壤、地下水或河水接觸，環(huán)境土和環(huán)境水中的硫酸鹽、鎂鹽、堿等會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕作用，河流中的冰、泥沙也會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生磨蝕作用；另一方面，鐵路工程的露天服役特性決定了高速鐵路工程結(jié)構(gòu)必須經(jīng)受惡劣氣候環(huán)境（溫度、濕度、風(fēng)、霜、雨、雪）的腐蝕作用，沿海地區(qū)的結(jié)構(gòu)會(huì)遭受鹽霧的侵蝕，西南地區(qū)的結(jié)構(gòu)會(huì)遭受酸雨的侵蝕，東北地區(qū)的結(jié)構(gòu)會(huì)遭受凍融破壞的侵蝕。復(fù)雜的服役環(huán)境、列車高頻疲勞荷載以及不同結(jié)構(gòu)物的相互作用，導(dǎo)致高速鐵路橋隧結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜多變，這些對(duì)高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)以及養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)了極大的障礙。另外，全球氣溫升高引起的氣候變化也會(huì)對(duì)高速鐵路工程結(jié)構(gòu)造成意外傷害。

2.4 維修作業(yè)空間受限

受天窗維修模式的限制，高速鐵路橋隧等工程結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)維修必須在夜間作業(yè)，夜間光線不足是養(yǎng)護(hù)維修的一大難題。高速鐵路大量高墩橋梁養(yǎng)護(hù)維修還需高空作業(yè)，必須同時(shí)做好安全保障工作。由于大型作業(yè)機(jī)械上道難度大、隧道內(nèi)空間有限、長(zhǎng)大隧道空氣污濁且濕度較大，給隧道養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)極大困難；另外，隧道拱部的病害處理還需高空作業(yè)。所以，夜間維修、高空作業(yè)和作業(yè)空間受限是高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修的難題。

3 橋隧養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 技術(shù)管理

3.1.1 管理體系

高速鐵路維修管理在充分考慮國(guó)情、路情的條件下，以實(shí)行屬地化管理和“管（管理維護(hù)）、檢（檢測(cè)）、修（修理）”分開(kāi)的管理體制為原則，體現(xiàn)“專業(yè)強(qiáng)化、管理集中、資源綜合”和“精干高效”的養(yǎng)護(hù)維修理念[2]。我國(guó)高速鐵路橋隧建筑物維修工作遵循“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則，強(qiáng)化設(shè)備檢查，采取周期性保養(yǎng)和綜合維修相結(jié)合的方式，預(yù)防病害發(fā)生，保持橋隧建筑物使用狀態(tài)均衡完好，使列車能以規(guī)定的速度，安全、平穩(wěn)和不間斷地運(yùn)行。

我國(guó)高速鐵路工務(wù)設(shè)備由中國(guó)鐵路總公司（簡(jiǎn)稱總公司）、鐵路局、工務(wù)段（含高鐵工務(wù)段，下同）、車間（工區(qū)）4級(jí)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)維護(hù)管理。路橋檢查車間的管轄營(yíng)業(yè)長(zhǎng)度宜在300 km左右，且不超過(guò)400 km；路橋檢查工區(qū)管轄營(yíng)業(yè)長(zhǎng)度100 km左右；山區(qū)路段宜適當(dāng)縮小管轄長(zhǎng)度[3]。

3.1.2 工務(wù)設(shè)備信息管理

高速鐵路工務(wù)設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)綜合數(shù)據(jù)中心采用“總公司—鐵路局—工務(wù)段”3級(jí)模式，可以是“總公司—工務(wù)段”2級(jí)，也可以是“總公司—鐵路局”模式，以云平臺(tái)形式形成“虛擬數(shù)據(jù)中心”。工務(wù)設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)綜合數(shù)據(jù)中心需要考慮鐵路局、工務(wù)段的管理形式，在工務(wù)段管理統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下，通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)、升級(jí)、改造等方式，形成各鐵路局和工務(wù)段的應(yīng)用系統(tǒng)。

高速鐵路工務(wù)設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)綜合數(shù)據(jù)中心（見(jiàn)圖2），實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的有效管理和應(yīng)用，體現(xiàn)檢測(cè)—數(shù)據(jù)分析—維修全過(guò)程管理理念[4]。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)環(huán)節(jié)的動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)信息、監(jiān)測(cè)信息、養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)信息等進(jìn)行采集、實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速鐵路工務(wù)管理、檢測(cè)、維修流程的統(tǒng)一管理，并對(duì)各種信息進(jìn)行智能綜合分析，提出科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修建議，為工務(wù)設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修的各級(jí)決策提供全方位的信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工務(wù)設(shè)備設(shè)施的動(dòng)態(tài)管理和科學(xué)養(yǎng)護(hù)，達(dá)到提高維修效率、降低維護(hù)成本、保障高速列車安全運(yùn)行的目標(biāo)。

3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 高速鐵路工務(wù)設(shè)備檢測(cè)維修信息化管理

為做好高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)維修工作，提高維修技術(shù)水平，我國(guó)已經(jīng)初步形成了高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋了高速鐵路橋隧檢測(cè)評(píng)估和養(yǎng)護(hù)維修領(lǐng)域。我國(guó)高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)了繼承性、適用性和先進(jìn)性等特點(diǎn)，涉及到高速鐵路不同的結(jié)構(gòu)物，如線路、橋隧、路基等；涵蓋不同的運(yùn)行速度，包括既有線提速200～250 km/h和新建250 km/h及以上的高速鐵路；囊括高速鐵路有砟軌道和高速鐵路無(wú)砟軌道不同類型。我國(guó)高速鐵路工務(wù)工程養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)高速鐵路工務(wù)工程養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)

為細(xì)化和指導(dǎo)高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，還編制了養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)文件，如《高速鐵路橋隧建筑物修理細(xì)則》《高速鐵路工務(wù)修理案例》《高速鐵路工務(wù)知識(shí)讀本》《高速鐵路工務(wù)技術(shù)》等，這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件有效指導(dǎo)了高速鐵路工務(wù)工程的養(yǎng)護(hù)維修。

4 檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)

高速鐵路橋隧養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)體現(xiàn)了全過(guò)程閉路循環(huán)，即：綜合檢測(cè)車、專業(yè)檢查車等動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—人工查看—信息處理—及時(shí)整治。針對(duì)長(zhǎng)大連續(xù)梁橋、特殊結(jié)構(gòu)梁橋、特殊地質(zhì)條件隧道區(qū)段等高速鐵路工程結(jié)構(gòu)物，為確保其在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中服役狀態(tài)良好，積極引入新技術(shù)、新理念，搭建狀態(tài)預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHM），安排適時(shí)養(yǎng)護(hù)維修，以延長(zhǎng)高速鐵路工程結(jié)構(gòu)的耐久性。

4.1 檢測(cè)/監(jiān)測(cè)技術(shù)

4.1.1 要求

按照“動(dòng)態(tài)檢查為主，動(dòng)、靜態(tài)檢查相結(jié)合，結(jié)構(gòu)檢查與幾何尺寸檢查并重”的原則，按周期對(duì)線路進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查。采用綜合檢測(cè)列車等檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；采用絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)和相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)相結(jié)合的方法做好靜態(tài)檢查。采用先進(jìn)技術(shù)，做好基礎(chǔ)沉降和構(gòu)筑物變形檢測(cè)監(jiān)控；做好隧道襯砌、邊仰坡防護(hù)、防排水設(shè)施等設(shè)備狀態(tài)檢查；做好防護(hù)柵欄、聲屏障、上跨橋、公鐵并行地段防護(hù)等安全防護(hù)設(shè)施檢查。檢查類別分為周期性檢查、臨時(shí)檢查、水文觀測(cè)、專項(xiàng)檢查、檢定試驗(yàn)等，各項(xiàng)檢查必須建立相應(yīng)責(zé)任制度，保證各項(xiàng)檢查工作的落實(shí)。高速鐵路橋梁和隧道檢測(cè)類別與周期見(jiàn)表2。

4.1.2 方法

為確保高速鐵路橋隧服役安全，引入結(jié)構(gòu)健康管理體系以及新型無(wú)損檢測(cè)手段。

表2 高速鐵路橋梁和隧道檢測(cè)類別與周期

（1）橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)。高速鐵路橋梁病害檢測(cè)包括智能巡檢和健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法。智能巡檢是通過(guò)結(jié)合日常人工巡檢和定期檢測(cè)工作，對(duì)橋梁部件或單元的損傷部位、類型和程度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和巡檢管理。日常人工巡檢時(shí)，借助巡檢移動(dòng)設(shè)備APP，關(guān)聯(lián)橋梁建筑信息模型（BIM）和橋梁病害庫(kù)，隨時(shí)隨地調(diào)取巡檢計(jì)劃與任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)按管理單元快速定位橋梁損傷并實(shí)時(shí)錄入，自動(dòng)對(duì)橋梁?jiǎn)卧母黝悡p傷進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)和智能分析。高速鐵路橋梁PHM系統(tǒng)利用橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，對(duì)橋梁的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進(jìn)行智能評(píng)估，為大橋在特殊天氣或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。

高速鐵路大型結(jié)構(gòu)橋梁養(yǎng)護(hù)維修PHM系統(tǒng)借助3S（客戶端（C/S）、廣域網(wǎng)（B/S）、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（M/S））網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和BIM模型，基于車-線-橋-環(huán)境一體化監(jiān)測(cè)和智能巡檢，利用融合技術(shù)對(duì)多源數(shù)據(jù)開(kāi)展歷史趨勢(shì)分析與相關(guān)性研究，實(shí)現(xiàn)橋梁病害的診斷與預(yù)測(cè)，對(duì)橋梁健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行RAMS（可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性）高鐵管理，其整體架構(gòu)見(jiàn)圖3。高速鐵路PHM系統(tǒng)應(yīng)用于京滬高鐵南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的管理養(yǎng)護(hù)維修（見(jiàn)圖4），系統(tǒng)對(duì)所選取支座進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到支座位移變化的時(shí)間歷程，并對(duì)支座縱向位移與鋼桁拱、弦桿、正交鋼橋面板、道砟槽整體溫度進(jìn)行相關(guān)性分析，利用最小二乘法對(duì)4種線性相關(guān)特性進(jìn)行擬合，通過(guò)支座位移歷史趨勢(shì)分析從而確定支座的季節(jié)性變化范圍，綜合評(píng)判支座位移是否在合理范圍[5]。

（2）隧道檢測(cè)技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)了隧道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，突破了隱蔽工程檢測(cè)困難的技術(shù)難題?，F(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)隧道裂縫、空洞、不密實(shí)、掉塊以及表面缺陷等，基本能夠滿足高速鐵路隧道檢測(cè)要求。我國(guó)高速鐵路隧道檢測(cè)技術(shù)見(jiàn)表3。

4.2 養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)

4.2.1 橋梁工程

圖3 高速鐵路橋梁PHM系統(tǒng)整體架構(gòu)

圖4 南京大勝關(guān)大橋PHM檢測(cè)系統(tǒng)

表3 我國(guó)高速鐵路隧道檢測(cè)技術(shù)

（1）橋梁病害形式與特點(diǎn)。我國(guó)高速鐵路橋梁主體結(jié)構(gòu)服役性能優(yōu)良，但由于認(rèn)識(shí)不足、人為因素、客觀條件變化等因素，高速鐵路橋梁病害可分為2類：一是基礎(chǔ)條件變化引起的結(jié)構(gòu)變形變位；二是附屬設(shè)施損傷引起的病害，如防水層、伸縮縫、支座等損傷。高速鐵路對(duì)沉降要求十分嚴(yán)格，橋梁墩臺(tái)工后沉降要求不超過(guò)20 mm，橋梁相鄰墩臺(tái)、路橋及路隧過(guò)渡段沉降差不超過(guò)5 mm。高速鐵路橋梁基礎(chǔ)沉降的原因是多方面的：一是受環(huán)境溫度、地下水位下降及基礎(chǔ)沉降等因素影響，局部橋梁樁基逐漸出現(xiàn)沉降，特別是豎向差異沉降；二是高鐵沿線側(cè)向堆載或者開(kāi)挖等人工行為也會(huì)引起高速鐵路橋梁基礎(chǔ)變形。

（2）基礎(chǔ)變形維修技術(shù)。高速鐵路橋梁基礎(chǔ)變形包括豎向沉降變形和橫向位移。對(duì)高速鐵路橋梁基礎(chǔ)變形開(kāi)展研究，提出了高速鐵路豎向沉降變形和橫向位移的檢測(cè)技術(shù)，為高速鐵路橋梁基礎(chǔ)變形維修提供技術(shù)儲(chǔ)備。

橋梁基礎(chǔ)豎向變形整治技術(shù)包括預(yù)頂升、頂升梁體、臨時(shí)支撐、千斤頂泄壓和落梁等步驟，具體頂升工藝見(jiàn)圖5。預(yù)頂升的目的是消除頂升系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如接頭漏油、油泵壓力不足、千斤頂出缸量不勻等，同時(shí)消除頂升過(guò)程中可能出現(xiàn)的非彈性變形，對(duì)頂升過(guò)程進(jìn)行預(yù)演，及時(shí)發(fā)現(xiàn)頂升系統(tǒng)問(wèn)題。預(yù)頂升以千斤頂承壓力等于設(shè)計(jì)荷載且支座與梁體脫離為標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)持荷5 min后卸載。預(yù)頂升后應(yīng)仔細(xì)檢查千斤頂位置結(jié)構(gòu)物的狀態(tài)，以及千斤頂上下鋼墊板有無(wú)變形，必要時(shí)調(diào)整鋼板的厚度。對(duì)梁體進(jìn)行頂升，若支座的頂升位移在2 mm以上，可分級(jí)頂升梁體至設(shè)計(jì)要求的高度。梁體頂升過(guò)程中以頂升量為控制標(biāo)準(zhǔn)，以1～2 mm劃分頂升等級(jí)。臨時(shí)支撐是頂梁換支座過(guò)程中最為重要的安全保證，采用專用厚鋼板累積而成。鋼板應(yīng)確認(rèn)表面平整，臨時(shí)支撐與梁底、墩臺(tái)的接觸面積應(yīng)大于原支座的承壓面積，并在梁體頂升到位后及時(shí)安放。全部臨時(shí)支撐放置好后，千斤頂回油臨時(shí)落梁，使梁體完全支承在臨時(shí)支撐上。落梁需要等到新?lián)Q支座的灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后進(jìn)行，落梁過(guò)程與頂升過(guò)程相反，在千斤頂施壓替換臨時(shí)支撐后，拆除臨時(shí)支撐，然后回油落梁，梁體重新支承在新?lián)Q支座上。在橋梁頂升過(guò)程中需要對(duì)軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)變、軌道結(jié)構(gòu)裂縫、支座受力與位移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保線路的穩(wěn)定。

圖5 橋梁豎向沉降頂升工藝

4.2.2 隧道工程

（1）病害形式與特點(diǎn)。我國(guó)高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮到受力均勻、防排水效果好、易維修等特點(diǎn)，但由于我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜、部分地區(qū)水系發(fā)達(dá)、腐蝕與凍融等環(huán)境因素，再加上認(rèn)識(shí)上不足和施工水平所限，高速鐵路隧道出現(xiàn)一些病害。高速鐵路運(yùn)營(yíng)隧道病害的形式主要為：襯砌裂縫、襯砌滲漏水、襯砌掉塊或背后空洞、仰拱或底板裂損、隧道底上拱、隧道凍害、危巖落石等。襯砌裂縫和襯砌滲漏水所占比例較大，雖對(duì)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響不大，但會(huì)影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性；其他病害雖然所占比例不大，但可能構(gòu)成危及行車安全的風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)該引起充分重視。

高速鐵路隧道病害主要特點(diǎn)包括3個(gè)方面：一是隧道病害隱秘性強(qiáng)，病害不易發(fā)現(xiàn)，需要借助專用檢測(cè)儀器，如襯砌背后空洞；二是隧道內(nèi)作業(yè)空間小，到達(dá)隧道內(nèi)部耗時(shí)較長(zhǎng)，尤其是對(duì)長(zhǎng)大隧道，養(yǎng)護(hù)維修難度極大；三是隧道某些病害可能會(huì)構(gòu)成影響行車安全的風(fēng)險(xiǎn)源。基于隧道病害的特點(diǎn)，應(yīng)創(chuàng)新整治思路，變整治技術(shù)為預(yù)防措施，在設(shè)計(jì)階段或施工階段盡量消除隧道的病害隱患。

（2）襯砌病害預(yù)防性維修技術(shù)。針對(duì)隧道襯砌背后脫空、開(kāi)裂和襯砌厚度不足等問(wèn)題，為徹底消除安全隱患，確保鐵路運(yùn)輸安全，提出了隧道襯砌拱頂缺陷預(yù)防技術(shù)——帶模注漿缺陷防治技術(shù)[6]。該技術(shù)主要包括活性粉末混凝土注漿管（簡(jiǎn)稱RPC管）安裝、觀察襯砌混凝土灌注情況、注微膨脹材料以及注漿孔封堵等4步工藝。在混凝土灌注之前，通過(guò)在臺(tái)車徑向試穿RPC管，測(cè)量長(zhǎng)度，預(yù)判拱頂襯砌混凝土厚度，并向上固定防水板；混凝土灌注過(guò)程中，對(duì)拱頂混凝土灌注進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控，觀察預(yù)埋RPC管口頂部十字溢流槽的溢漿情況，判定拱頂混凝土是否飽滿；混凝土灌注完畢，通過(guò)預(yù)埋RPC管及時(shí)進(jìn)行具有修復(fù)作用的微膨脹材料的注漿；注漿完畢，統(tǒng)計(jì)注漿量，對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵。隧道襯砌帶模注漿缺陷防治技術(shù)見(jiàn)圖6。

襯砌帶模注漿缺陷防治技術(shù)核心是：將傳統(tǒng)的隧道襯砌空洞缺陷由后期修補(bǔ)變?yōu)槭┕て陂g的預(yù)防，通過(guò)早期“預(yù)防”式治理，及時(shí)解決灌注不飽滿的問(wèn)題，將襯砌混凝土施工這一“隱蔽工程”變?yōu)椤翱梢?jiàn)可控工程”，并及時(shí)采用具有修復(fù)作用的注漿材料，以預(yù)防襯砌拱頂缺陷的產(chǎn)生。

圖6 隧道襯砌帶模注漿缺陷防治技術(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）創(chuàng)新了高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。提出了高速鐵路橋隧缺陷限值及其安全評(píng)定等級(jí)，形成了高速鐵路橋隧檢測(cè)技術(shù)體系，建立了基于天窗期的高速鐵路橋隧維修技術(shù)體系，確保了我國(guó)高速鐵路工程結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。

（2）建立了高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)體系。編制了高速鐵路橋隧檢測(cè)和不同時(shí)速高速鐵路橋隧養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，初步形成了我國(guó)高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)體系，指導(dǎo)我國(guó)高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)物的養(yǎng)護(hù)維修。

（3）實(shí)現(xiàn)了高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修的信息化。信息化已經(jīng)應(yīng)用在我國(guó)高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)服役行為的監(jiān)測(cè)和工務(wù)設(shè)備管理體系中，對(duì)預(yù)測(cè)我國(guó)高速鐵路橋隧工程結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)、缺陷發(fā)展等起到了重要指導(dǎo)作用。養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)也逐漸采用信息化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)維修作業(yè)的精準(zhǔn)化。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部. TB 10005—2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部. 鐵運(yùn)［2010］164號(hào) 高速鐵路工務(wù)管理指導(dǎo)意見(jiàn)[S].

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部. TG/GW 114—2011 高速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

[4] 康高亮，陳東生，黎國(guó)清，等. 中國(guó)高速鐵路工務(wù)維修管理體系研究[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(2)：113-116.

[5] 趙欣欣．大跨度鐵路橋梁故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHM）應(yīng)用技術(shù)研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2016.

[6] 龔成明，朱嘉斌，佘海龍. 鐵路隧道襯砌臺(tái)車拱頂帶模及時(shí)注漿工藝研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2017(1)：180-185.

責(zé)任編輯 李葳

Maintenance and Repair Mode and Technologies for High Speed Railway Bridges and Tunnels

LU Chunfang
（China Railway Society，Beijing 100844，China）

Reasonable maintenance and repair is the key to ensuring the service life of high-speed railway bridges and tunnels. Based on the technical characteristics of China's high-speed railways, from the aspects such as challenges in maintenance brought by continuous operation, the infuence of high-density operation of highspeed trains, the complex service environment of bridge and tunnel structures and the limited space to carry out maintenance, this paper summarizes the challenges in ensuring the service life of high-speed railway bridges and tunnels, summarizes China’s high-speed railway maintenance and repair technology management system and its technical standard system, elaborates on the application of IT technologies, condition management system and new NDT technologies in the inspection of China's high-speed railway bridges and tunnels. It also examines innovative application cases of vertical settlement treatment technologies used on HSR bridges and preventive grouting technologies used on tunnel linings, points to preventive maintenance as the trend of maintenance and repair of China's high-speed railway bridges and tunnels.

railway bridge and tunnel；reasonable maintenance；preventive maintenance；condition management；BIM

TP274；U445.7；U457

：A

：1001-683X（2017）07-0001-08

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.001

2017-06-05

盧春房（1956—），男，中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。