高速铁路桥梁支座调整方法

2015-03-13虞中明

铁道建筑 2015年9期

关键词：顶梁梁体箱梁

虞中明

(上海铁路局宁波工务段，浙江宁波 315012)

高速铁路桥梁支座调整方法

虞中明

(上海铁路局宁波工务段，浙江宁波 315012)

杭甬高铁运营后，维护检查时发现其简支箱梁支座不符合设计要求，导致箱梁不能自由伸缩，需对支座进行调整。本文分析支座存在的问题及危害，通过计算给出支座调整参数，阐述了支座调整方案及施工关键工序。支座调整作业顺利，观测结果表明调整后支座位移满足设计要求。

高铁桥梁支座调整

1 概述

杭甬高铁绍兴北站位于柯桥特大桥上，中心里程为K202+064，到发线设计通过速度为80 km/h。桥上到发线岔区采用轨枕埋入式无砟轨道，其余部分采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道。按照设计标准，简支箱梁每孔梁支座设置应为固定支座、相应横桥方向的横向支座、相应顺桥方向的纵向支座和相应对角方向的多向支座，如图1所示。

图1 支座安装设计

在设备检查时发现简支箱梁支座安装不符合设计要求，存在三种类型的问题:①绍兴北站6道第19孔梁有2个固定支座;②绍兴北站6道第16孔梁没有固定支座;③绍兴北站6道第9孔、第4孔、5道第10孔梁横向支座顺桥方向对应的支座为纵向支座(应为多向支座)。这5孔梁均不能按照设计要求自由伸缩，若不及时处理，在温度力和列车荷载作用下必将产生梁体窜动或支座损坏，危及行车安全或缩短梁体使用寿命。

杭甬高铁桥梁支座问题是没有按照设计图施工造成的。三种类型支座问题的危害分析如下:

1)一孔梁在两个墩上分别安装固定支座，在不同温度下梁体将不能自由伸缩，在温度力的作用下固定支座上板螺栓会受到剪力。梁体在当地最高气温或最低气温作用下(绍兴地区最高气温45℃，最低气温为－5℃)产生的最大温度力经计算为84.625 MN，固定支座上板螺栓剪切应力达34.376 GPa，远远大于支座上板的容许应力(110 MPa)。支座上板螺栓将被切断，导致梁体位移失控，危及行车安全。因此，对固定支座必须进行调整。

2)一孔梁上没有固定支座，梁体在列车荷载、冲击力、温度力等的作用下，梁体纵横向位移的方向无法预判且数值将不断累加，会导致线路的突然变化，危及行车安全，所以必须增设固定支座。

3)一孔梁上多向支座与纵向支座位置错位，在梁的纵向支座与多向支座这一端梁的横向温度位移将向多向支座方向伸缩，在梁的固定支座与横向支座这一端梁的温度位移将向横向支座方向伸缩，导致梁体整体扭曲，必须加以调整。

2 支座调整技术参数

预应力混凝土简支箱梁设计图号为杭甬客专施(站桥参)-Ⅶ-1，箱梁位于直线上，平坡。该箱梁支座设计为盆式橡胶支座，二期恒载上桥后，简支箱梁质量为750 t(含桥面系及轨道结构)。

纵向、横向支座设计位移量分别为 ±50，±10 mm。施工期箱梁浇筑完成时间为2011年5月30日，天气晴，温度为24℃。绍兴北站所在地1月份气温最低，可达－5℃。最高气温为45℃。支座最大竖向反力经计算为2 676.7 kN，支座压缩量可忽略不计。为便于制定支座调整方案及施工，计算得到考虑梁体收缩后支座理论位置(表1)和施工作业空间(表2)。

表1 纵向活动支座理论位置 mm

表2 32.6 m梁施工作业空间计算结果 mm

3 支座调整方案

根据设计要求和现场调查结果计算出支座偏移量，制定了调整方案，如图2所示。

施工步骤:①松开线路扣件;②松开支座上下板螺栓;③用油顶顶升梁体至预定高度;④移出老支座;⑤新支座移至老支座位置;⑥对齐上下板支座螺栓;⑦油顶回油落下梁体;⑧拧紧上下板支座螺栓;⑨拧紧线路扣件;⑩测量调整线路并开通。

图2 支座偏移量及调整方案

顶梁位置及油顶的确定:设计预应力混凝土抗压强度为50 MPa，千斤顶与梁体接触面积为0.045 2 m2;梁体质量750 t;千斤顶产生的局部压强为41.5 MPa。由于千斤顶局部压强＜梁体混凝土抗压强度，理论上梁体任一位置均可满足顶梁作业要求。为保证梁体的稳定和平衡，防止倾覆，尽可能选择靠近垫石处作为顶梁位置。因此，选择防落梁处为顶梁位置。一端梁体顶升装置采取4个2 000 kN的同步液压油顶，同一端梁的4个油顶由一台油泵控制，顶升控制在15 mm以内，到位后将油顶锁定。

作业前全面调查支座状态，测量每个支座的位移、新老支座上下板外形尺寸、孔眼大小及位置，确保施工时新支座能够正确就位。在正式更换支座前试顶一次，检查线路状态、顶力、支座螺栓松紧是否正常。试顶作业正常才能进行支座调整。

4 施工关键工序及难点分析

1)为确保试顶梁能正常进行，对老支座必须采取保护措施，将支座上下板连接起来。既要防止其脱开，又要保持自由滑动状态，避免支座受损。支座上下板连接方式如图3所示。

图3 支座上下板连接方式示意

支座上下板连接的时间很关键。若在白天气温高时连接，在晚上天窗点(0:00—4:00)开始试顶，梁体因温度下降已收缩，下板支座与上板已联结，上板不能自由收缩，会造成联结件的弹性变形。施工时，梁体被顶起，螺栓被松开后，支座上下板因连结件弹性变形的弹力使上板与梁体产生相对位移，使支座螺栓无法正常穿孔。若连结时气温与顶梁时气温相当则能保证试顶顺利。

2)支座调整时的相互关系。若用固定支座更换纵向支座，由于纵向支座在纵向已有位移(如果没有位移时，必须当时气温与架梁时完全一致，且梁体施工时没有误差，这种情况相当困难)，横向无位移，而固定支座在纵横向均不能产生位移，这样更换支座时，就会产生支座螺栓无法正常穿孔。若用横向支座更换多向支座，因多向支座在纵横向均产生了位移，而横向支座在横向可以有位移，纵向不能有位移，所以也会产生支座螺栓无法正常穿孔的现象。同理用横向支座难以更换纵向支座，用纵向支座难以更换横向支座。由于多向支座在纵横向均可有位移，所以用多向支座既可以更换横向支座，也可以更换纵向及固定支座。用纵横向支座可更换固定支座。

按照实际情况，必须用固定支座更换纵向支座，可采用两种方案:①对支承垫石螺孔进行开凿扩孔，按照设计的偏移量重新预埋下板支座螺栓套筒，确保支座上下板螺孔的位置分别对齐梁体螺孔和支承垫石螺孔。②对支座的螺栓孔按位移方向进行扩孔，支座螺栓安装完成后，用粘钢胶砂浆将空隙部分填实，并保证支座螺栓能自由松卸，以满足固定和梁体自由伸缩的要求。第1种方案有利之处是支座螺栓孔精确，不利之处是工作量大，在1个天窗内必须凿除4个支承垫石螺孔，而且螺杆套筒长350 mm，扩孔时因梁体影响只能横向钻孔拉槽，必须分3次拉槽，拉槽长度最长为1.3 m。为保证施工后正常开通线路，新修补支座垫石强度必须很快达到设计强度。若用此方案，施工难度相当大，施工安全风险高，而且有可能不能正点开通线路。第2种方案有利之处是工作量小，标准易掌握，而且能在天窗点外做好准备工作，安全系数高。不利之处是对支座扩孔精度要求高，但只要选用高技能工人可达到要求，故选用第2种方案。

同理对以上其他难以更换的支座也可以采取第2种方案来解决。

3)安全措施。①采用百分表监控梁体的竖向位移量与油表压力来控制油缸顶力的双控原则。②油顶安装前先运行调试，使油顶提供顶力时其速率相同，误差控制在1 mm以内。油顶布置在梁体同一端支座的横向轴心线上，当油顶顶力达到支座设计承重值1.1倍仍未顶动梁体时，油泵停止泵油，重新研究方案。③在墩顶安装临时支撑块，在临时支撑块上铺设一厚度40 mm的钢板，在钢板上加垫板式橡胶支座，钢板和板式橡胶支座面积均不小于原支座上板面积，确保梁体稳定。④在梁的四角设置4个监测点，并在地面上设2个固定点，用徕卡1201仪器观测顶梁前后梁体位置的变化情况，为线路精调提供依据。

本次施工建设单位为杭长铁路有限公司，施工单位为中铁三局集团有限公司杭甬铁路客运专线工程指挥部，配合单位为宁波工务段。在上海铁路局工务处组织指导下，利用6个施工封锁点，对5孔梁的支座进行调整。每个天窗点整改1孔梁的支座，每次封锁施工时间控制在4 h以内，施工结束后不限速。

按调整支座的方案和采取的安全措施进行施工。第一天对6道第16孔梁进行试顶，进行了拆装螺栓，顶力测试，线路观测精调，人员配合协调演练等各项工作，完成了试顶任务。后5 d对剩下的支座按照设计方案安全完成了支座调整工作。