高铁桥梁设备运用与维修分析

王 枢

（中铁十九局集团有限公司，北京 100176）

0 引言

随着中国经济的快速发展，高铁建设已进入前所未有的时代。铁路客运专线建设已经在中国高铁桥梁建设中取得了重大进展，高铁线路桥梁所占份额远远高于普通铁路。为了确保高铁桥梁的安全、稳定和平稳运行，有必要研究高铁桥梁的维护技术。高铁桥梁的设计理念是免维护或尽量少维护，然而，由于铁路基础设施建设各领域存在局限性造成的诸多缺陷，使高速铁路基础设施系统无法满足免维护和少维护的运行标准。因此，在操作过程中做好桥梁设备的检查和维护尤为重要。在当前高铁桥梁运行状态和维护技术的基础上，结合高铁的运行条件以及高铁桥梁的维护要求，汲取国内外的相关经验，提出适用于高速桥梁的维护和维修技术，并检验证其实用性和科学性。

1 高铁桥梁基本特点

除了要满足对普通铁路桥梁的一般要求外，高铁桥梁还要满足一些特殊要求。列车高速运行的条件下，结构的动态性能得到了增强，从而增加了火车运行和乘客的安全性。与普通铁路相比，舒适性、负荷、材料疲劳、火车运行过程中的噪声以及结构的耐久性等问题均有所不同。当火车过桥时，它会产生影响火车运行安全性和乘客舒适度的刚性和横向振动，对桥梁结构的刚度和横向刚度提出一些要求，同时桥梁变形受到某些限制。综上，桥梁结构必须足够强，确保列车高速运行时的稳定性，同时还要确保高铁桥梁上的轨道能维持高平滑状态，从而使高铁桥梁结构具有良好的动力特性。

为确保列车能够高速平稳行驶，桥梁轨道需要满足严格的运行要求，另一方面，为高铁桥梁提供用于检查和维护的时间有限。据此，高铁桥梁的施工应具有结构简单、规格和外观规范、施工方便、施工质量易于控制的特点，以达到消除结构中的薄弱环节和减少维护的目的。

（1）当列车在桥上运行时，由于速度过快而产生较大的振动，桥梁上部结构会产生较大的应力和挠度，桥梁轨道也会发生几何形变，在这种情况下，列车运行时的平稳性和安全性等都会受到一定程度的影响。高铁桥梁结构必须具备相当大的刚度和弯曲能力，并且不易发生明显的几何形变。为同时确保列车在高速行驶状态下的安全性和舒适性，高铁桥梁需要具备良好的的垂直方向和水平方向的刚度，以防止大幅度的振动破坏桥梁结构的完整性。另外，由上拱的徐变引起的结构变形和混凝土填筑造成的各处温度不同也需要进行严格控制，以保证桥梁轨道的平滑度。

（2）由于桥梁各处结构的温度发生变化产生温差，列车的突然制动或桥梁方向的偏转等情况，高铁桥梁会在垂直方向发生少许位置偏差，因此，桥梁上的无缝轨道会被额外加载。过多的额外加载会破坏无缝轨道的结构，最终可能干扰列车高速行驶时的稳定性。因此，桥墩和桥台必须具有足够的纵向刚度，最大程度地减小轨道上的附加载荷以及桥梁与轨道之间的相对位移。

（3）高速铁路是极为重要的运输设施，桥梁结构应保持尽可能少或免维护。因此，建造高铁桥梁的基本原则之一就是要保证桥梁结构的稳定性，与此同时，还要适当考虑桥梁结构的其他细节，在施工过程中严格遵循各项施工原则。无特殊情况发生时，高铁桥梁的维护工作一般在晚上进行，通常需要约4 h，因此，桥梁结构应易于检查和维护。

高速铁路桥梁的特点可以概括为：①必须具备足够的刚度和良好的完整性，这意味着在桥梁施工过程中会遇到较多的困难；②为避免高铁桥梁上的无缝轨道受到过多的额外加载而被破坏，要严格控制桥梁的沉降和徐变，尽量缩小桥梁结构在垂直方向上产生的位置偏差；③由于高铁运行的特殊性，为尽量减少高铁桥梁的维护次数，要求桥梁结构有良好的耐用性。

2 高铁桥梁设备的状态要求

近年来，根据高速铁路的发展要求，各国对列车高速行驶条件下桥梁结构所能承受的动力影响进行试验，并对试验结果进行数理分析，将分析得出的试验报告应用于高铁桥梁的设计工作，并逐渐改进和完善。

2.1 高铁桥梁一般设计原则

为了满足列车高速运行的安全性和平稳性要求，在设计桥梁结构时，应尽量做到简明规范，适用于建筑物的建造和维护，此外，还需要考虑桥梁结构的耐用性和动力特性等。

双排箱形截面梁结构适用于跨度≥20 m 的桥梁，如果需要，也可以使用2 个带偏移孔的单行箱形截面支撑；跨度＜20 m的梁结构通常使用刚性钢筋混凝土框架，框架结构和多部分T形梁使用水平连接形成整个桥面板。

此外，高铁桥梁最重要的设计原则还体现在以下5 个方面：

（1）为确保桥梁上的轨道尽量少受列车高速运行时的动力影响，需要适当增强桥梁结构的刚度。

（2）为了维持桥梁无缝轨道的正常状态，需要分别提高桥梁在水平方向和垂直方向允许产生的最小位移限度。

（3）严格限制地基施工后的不均匀沉降。

（4）改善桥梁结构的完整性。

（5）桥面结构满足桥面系统的安装要求，满足提高结构耐用性，减少振动和噪声的措施以及维护和修理要求。

2.2 桥梁结构设计基本原则

（1）为提供良好的运行条件，确保列车高速平稳行驶，在桥梁结构设计时应考虑高铁桥梁结构使用对热相对不敏感的材料。一些国家在建造新的高铁桥梁时一般使用混凝土作为填筑材料，以做到免维护或尽量少维护。

（2）使用道硅桥面时，压限以下的压载物通常≥0.25 m，并且底部有一层厚度0.1～0.15 m 的小石头或其他透水性好的耐水性材料。

（3）由于金属的线性膨胀，桥面板的位移很大。在桥面板一端安装跨度＞15 m 的浮动轴承，可以考虑使用伸缩装置在相应的桥面板上焊接长钢轨。

（4）桥梁轨道的过渡衔接问题。由于桥梁和路基两部分的刚度不同，桥头可能会因此而跳倒，为避免该现象的发生，必须在施工时对与桥梁连接的路基进行一些特殊处理。如日本采用的特殊处理措施是桥墩后面的三棱柱中充满砾石或砾石大小的硬砾石，并且需要压实至90%以上的密度。

3 国内外高铁桥梁设备维修养护经验

3.1 我国既有维修养护经验

3.1.1 桥梁轨道

高铁桥梁线路各项指标的允许误差都要比普通线路的更加严苛。为了确保桥上线路的拱度达到要求，应增加对桥上线路的检查、监视和维护，增加对线路维护和检查次数，并使用先进设备确保线路质量，从而保证列车行驶安全。

3.1.2 钢梁

相关提速试验表明，高速行驶对钢桥的影响更大。钢桥的振动，特别是侧面振动的放大，会导致桥梁下轴承板产生裂痕。此外，还可能存在以下问题：上、下承板水平拉杆断裂、铆钉或螺栓松动、枕木失效或有效周期缩短以及护轨螺栓断裂等。因此，在桥梁的日常维护过程中，需要注意以下6 点：①用于钢桥的木垫紧固件，需要从原来使用的普通型变为K 型；②桥接面上裸露的带槽螺钉不得松动；③注意钢桥的横向和纵向振幅。提速试验表明，上端板支撑的平均横向幅度远远超过桥梁测试规定的参考极限，同时，当达到一定条件时，梁体会发生共振；④注意桥梁横截面的结构细节，避免无法控制承板上裂痕的发展趋势；⑤注意铆钉和螺栓的松动和断裂；⑥注意顶盖的腐蚀。

3.1.3 混凝土梁

相关测试结果表明，在列车时速为160 km/h 时，尽管桥梁的中间挠度、横截面张力、水平方向的振幅等指标均未超过现行规范的最大允许值，但混凝土桥梁还是产生了裂纹。普通的双T形混凝土和预应力混凝土梁在中间被撕裂，这意味着两根梁的联合张力无法协调。横梁之间没有横梁的双T 形横梁振动相位不一致，横梁下缘的内外张力差异明显，倾斜明显。因此，应考虑维护和修理：①注意监视交叉分区的状态，并将非预应力分区转换为预应力分区；②注意混凝土桥枕上的裂缝；③注意梁的挠度，钢筋混凝土梁的开裂和预应力混凝土梁的开裂。

3.2 国外相关维修养护经验

3.2.1 德国

德国制定的高速铁路桥梁的设计原则特别强调统一的结构要求，并在设计中考虑维护控制通道的需求，以确保检查员可以在检查期间随时到达桥梁结构的任何部分。德国在高铁维护方面的经验认为，及时检查是维护桥梁结构的关键。为此，建立可以随时随地进行近距离检查的维护控制通道已成为维护技术的重要组成部分。

3.2.2 日本

日本的高铁把桥梁结构的检查作为维护管理技术的重点，并将其检查过程分为预检查、整体检查、始终检查和随时检查，整体检查又分为普通整体检查和特殊整体检查。该检查通常基于技术人员的目视检查，并有大量维护设备供选择。如有必要，可以使用适当的仪器和设备进行详细检查。

3.2.3 法国

法国铁路桥梁的维护主要是预防性维护，若故障已经发生，则对其进行维修保养。如果系统达到疲劳极限，则采取转换措施。桥梁维护管理使用信息系统收集、分类和分析所有桥梁的数据，并精确定义系统的老化和维护要求，这被用作桥梁维护的基础，以实现最合理的维护资源分配。

4 高铁桥梁设备维修建议

4.1 确定维修养护周期

根据铁路桥梁的位置和设计，应在研究讨论后确定桥梁的适当维护周期。为了及时发现并解决问题，必须对铁路桥梁及设备进行检查。维护周期的确定应结合铁路桥梁设备的运行状态和不断变化的法规，通过设置适当的维护间隔，不仅可以节省人工和物质资源的消耗，也大大提高了铁路管理的效率。在此期间，主管部门应认真讨论并制定适当的维护计划，明确铁路桥梁维修过程中的技术指标，明确操作标准和规范操作要求。

4.2 建立适当的维护体系

桥梁的不同部分需要有不同的维护。主管部门根据铁路桥梁设备的变化规律和功能要求进行适当的维护检查，并完善相关条款及细则。

4.3 全面质量控制

对操作质量进行全面控制。检查设备除了在户外进行例行检查，还必须对所有员工、设备和项目进行检查，以建立检查责任系统和分级状态控制。除了强调公司的标准化和严格的操作纪律外，公司的质量控制还包括对关键项目进行质量管理，并执行工作质量控制。

5 结束语

高铁桥梁设备有其自身的特点和规律。例如，高速桥梁对诸如土桩和建筑工程等外部环境影响更为敏感，出现问题会直接影响桥梁轨道的稳定性和安全性。简单梁的上拱的徐变变形、连续纵梁的温度膨胀和收缩、约束拱桥、具有特殊结构的大面积桥梁变形变化等对轨道线平整度的影响仍待继续研究分析和总结。因此，研究和掌握高速铁路桥梁设备的变化规律和特性还有很长的路要走。此外，不懈地探索养护模式和创新作业方法，是高速铁路桥梁设备维护的趋势。高速铁路桥梁设备的维护保养应树立免维护、低维护的理念，积极促进新材料、新工艺、新设备的使用，全面提高设备的整体质量，增强设备的耐用性。