京津城际铁路桥梁支座注射聚氨酯调高施工技术

2015-01-03胡宇新蒋瑞秋郭红锋卢瑞林

铁道建筑 2015年5期

关键词：橡胶垫京津城际

胡宇新，蒋瑞秋，郭红锋，卢瑞林

(株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

京津城际铁路桥梁支座注射聚氨酯调高施工技术

胡宇新，蒋瑞秋，郭红锋，卢瑞林

(株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

阐述国内首例盆式支座注射聚氨酯调高实桥施工案例——京津城际铁路桥梁支座注射聚氨酯调高的施工过程，总结了支座注射式调高施工设备要求、材料要求、施工步骤、注意事项等，验证了支座注射式调高在实际工程应用中的可靠性和便捷性，给出了今后支座注射式调高施工过程中需注意的问题及建议。

盆式支座聚氨酯注射式调高

1 概述

京津城际铁路是中国最早开工建设、最先建成的高标准铁路客运专线，设计运营速度350 km/h，于2008年8月1日正式开通运营。近年来，受地质条件等影响，该线路部分桥墩出现了不同程度的沉降现象，特别是部分桥墩相邻墩差异沉降较大，给轨道结构带来安全隐患，危胁铁路安全运营。

2013年北京铁路局组织相关单位通过机械式调高、注射式液压调高两种方式对部分相邻墩差异沉降较大的桥墩进行了抬梁调高施工。京津城际铁路连续梁支座全部采用了株洲时代新材料科技股份有限公司生产的注射式调高盆式支座。2013年10月该公司受委托对京津城际亦庄区域跨康化路连续梁286#边墩两个7 000 kN注射式调高盆式支座和跨五环路连续梁283#边墩两个12 500 kN注射式调高盆式支座实施了国内首次实桥注射式调高施工，本文对此予以总结。

2 注射式调高盆式支座结构及调高原理

目前国内盆式支座的调高方式主要分为机械式调高和注射式调高两种。机械式调高是通过使用千斤顶将桥梁顶起，在支座与梁体或支座与桥墩之间加垫钢板的方式实现，支座中不需预设配套结构。注射式调高是通过向支座内部注射液体填充材料来实现，支座内部需要预设注射通道及防倒流结构。

京津城际注射式调高盆式支座结构如图1所示。与普通盆式支座相比，这种支座增加了三条注射填充物所用的孔道，可实现三次注射式调高。为防止调高时填充物流入其他孔道，设置了防倒流钢珠，其作用类似于单向阀。

注射式调高盆式支座调高原理是:通过高压注射设备向密闭的支座钢盆内注入液态填充材料如聚氨酯，使支座上部和梁底抬高从而达到调高目的。注射进入支座钢盆内的液态填充材料可以快速固化，并可靠地承受桥梁荷载。注射式调高盆式支座利用支座承压橡胶垫竖向受压后会发生径向变形，贴紧钢盆侧壁，并且承压橡胶垫给予钢盆侧壁的压力与其竖向受力完全相同，两者之间维持动态平衡的原理来进行密封。这样可以可靠地防止支座调高时液态填充材料从承压橡胶垫和钢盆侧壁之间泄漏。这种设计使得京津城际注射式调高盆式支座可以方便、可靠地实现多次注射式调高施工。

图1 京津城际注射式调高盆式支座结构

3 注射式调高材料及注射设备

3.1 填充材料

注射式调高盆式支座所用填充材料一般为聚氨酯或改性环氧树脂，其理化性能应符合表1要求。

本次京津城际注射式调高所选用材料为双组分聚氨酯，质量比A∶B=1∶0.92，材料生产厂家提供的材料混合体积收缩比约为1%。

表1 注射式调高盆式支座用填充材料理化性能要求

3.2注射设备

在支座正常工作时进行注射式调高，要求注射设备能提供足够的压力将液态填充物注入支座内部。根据支座参数及尺寸计算得出，支座承压橡胶垫设计面压约为30 MPa，本次调高采用的注射设备可以提供的最大压力为75 MPa，满足要求。

在注射设备参数中，与施工相关的还有流量指标，流量关系到注射时间、调高速度和精度，不宜过大或过小。本次施工用注射设备流量为0.74 L/min。

4 京津城际盆式支座注射式调高施工

4.1 注射式调高施工前准备

注射式调高施工前，需进行以下准备工作:①根据填充材料的体积收缩比，考虑其余影响因素计算调高量;②根据调高量并考虑损耗计算填充材料用量及注射时间;③清除调高支座预留注射孔保护螺堵，清理注射孔联接螺纹，将注射控制阀门连接到调高支座上，连接好注射设备与调高支座之间的注射管路;④在调高支座上安装百分表以监控支座高度变化;⑤准备好调高施工现场用其他工具和仪器如电子秤、搅拌机、清洗剂、拌料桶等;⑥准备好合适的临时支撑装置，在支座调高过程中出现意外时应急使用;⑦如在低温环境施工可采取加热及保温措施，以保证填充材料合适的流动性。

4.2 注射式调高施工步骤

①按比例分别称量好填充材料A、B组分。②开始调高施工时，将A、B组分填充材料混合，搅拌均匀后倒入注射设备料筒。③开启注射设备，当注射管路有填充材料流出时，关闭注射机，以排空管道内空气。④将注射管路与调高支座上控制阀门连接，开启注射设备开始调高。调高过程中需安排人员观察注射设备压力表压力、调高支座上百分表支座高度变化和调高支座有无填充材料泄漏情况。⑤注射调高过程中及时往注射设备料筒补充混合搅拌均匀的填充材料，当达到预定的调高量时，同时关闭调高支座控制阀门和注射设备。⑥切断注射管路，及时清洗注射设备并记录调高支座上百分表数值。

5 京津城际盆式支座注射式调高施工分析

本次注射式调高的286#墩需调高43 mm，283#墩需调高30 mm，施工难度很大。按照施工要求，注射式调高施工的同时，在两桥墩简支梁侧的普通盆式支座也需要同步进行相应高度的机械式调高施工。在整个调高过程中还要实时监控桥梁高度和受力的变化，整个调高施工要在一个天窗内完成。这导致本次施工参与单位多，同一桥墩上人员多，设备多，空间极其有限，施工时间很紧。目前国内还没有注射式调高实桥施工的经验可借鉴，因而本次施工一次性调高43 mm难度很大。以上因素增加了整个调高施工的方案设计、组织、沟通、协调、安全难度。经过精心组织，按照计划在规定的天窗内完成所有施工，没有影响当天的行车和运营。

下面以286#边墩7 000 kN注射式调高盆式支座调高情况为例来说明此次注射式调高施工情况和施工效果。注射式调高前后支座情况见图2。

图2 支座注射式调高前后(7 000 kN纵向活动型支座)

此次调高单个支座要求调高量为43 mm，实际填充材料注射时间约1 h，与理论计算时间吻合，调高时同一梁端的两个支座须同步注射式调高，调高过程中两支座高度差要控制在2 mm以内，调高后支座高度变化见表2、表3。

此次注射式调高过程中也出现了一些问题，例如在7000 kN纵向活动型注射式调高盆式支座调高到33 mm左右时在支座活塞与钢盆间隙局部出现填充材料渗漏现象，通过在梁底与支座垫石之间及时添加预先准备好的临时支撑使支座暂时不受力，待注射入支座内部的填充材料固化一段时间后再继续注射调高到要求值的方法予以解决。此次填充材料渗漏主要原因有两点:①一次调高量过大(43 mm)，起密封作用的支座承压橡胶垫侧壁与钢盆内壁相互运动距离过长，导致承压橡胶垫侧壁局部位置机械摩擦拉伤，密封部分局部压力降低导致填充材料泄漏;②此次施工环境温度过低(6℃左右)，导致填充材料固化时间过长。

结合本次施工环境、施工情况和施工结果来分析本次京津城际铁路支座注射式调高施工，可以得到以下规律:

1)此次夜间施工温度约6℃左右，在此温度条件下施工用聚氨酯填充材料可操作时间(从混合到无法注射)约1.5 h。

2)从表2、表3可以看出，随着时间的推移，注射式调高后支座高度初期变化大，以后逐渐趋缓，24 h后基本趋于稳定。

3)调高后38 h支座高度稳定，两个支座高度变化分别为2.98 mm和3.00 mm。由此计算此次注射式调高用聚氨酯实际体积收缩比约为6.5%，与材料生产厂家提供的数据(1%)差距较大。

4)与机械式调高相比，注射式调高具有方便快捷、作业人员少、不用拆装支座锚固螺栓、占用时间少、不用事先准备支座配套的钢板、可以方便实现无级调高等优点。