铜陵长江大桥公铁共建区段排水系统问题分析及对策

吴振卿 中国铁路上海局集团有限公司芜湖工务段

1 概况

合福高铁铜陵长江大桥公铁合建段采用14-32.7 m简支箱梁+(48+80+48)m连续梁+4×32.7 m简支箱梁+(90+240+630+240+90)m连续钢桁梁斜拉桥+13-32.7 m简支箱梁，全长2 479.7 m，其中主桥为五跨连续钢桁梁斜拉桥，长度为1 290 m。公铁合建段上层布置为6线高速公路，位于平曲线段，自主桥往两端引桥逐渐与下层铁路分离；下层布置合福高铁上下行、庐铜线，铁路位于平面直线段，具体见图1、图2和图3。

图1 铜陵长江大桥北引桥公铁合建段平面布置图

图2 铜陵长江大桥主桥钢梁典型截面布置图

图3 铜陵长江大桥南引桥公铁合建段平面布置图

为保证公路桥面排水畅通，设计的排水系统为引桥部分由路面集中排水至公路桥梁端，采用PVC管沿桥墩进行引排，膨胀型机械锚栓连接；主桥沿边桁上弦设置纵向水平PVC排水管，在每根竖杆处设置竖向PVC落水管，所有PVC管通过管卡与钢梁栓连（见图4）。

图4 正桥钢桁架标准段边桁侧面纵桥向泄水管布置形式

2 存在的问题及原因分析

2.1 存在的问题

铜陵长江公铁大桥自2015年通车以来，大桥排水系统因长期受到日晒、风化、腐蚀等原因的影响，逐步出现了破损、掉落、堵塞，管卡锈蚀等病害，给下层合福高铁、庐铜线的运营带来了极大的安全隐患。主要的病害包括：

（1）钢管卡锈蚀，如图5-a）、b）所示。

（2）少量泄水管掉落、缺失，如图5-c）所示。

（3）泄水管破损，如图5-d）所示。

（4）正桥公路面侧漏篦子破损，如图5-e）所示。

图5 排水系统病害情况

2.2 原因分析

（1）钢质管卡锈蚀：钢质管卡卡壁太薄，容易产生锈穿断裂，管卡锈蚀后对泄水管表面产生腐蚀，导致泄水管出现了部分的破损，造成公路面污水外泄，影响到桥下铁路的运营安全。

（2）钢质管卡受力不足：钢质管卡锈蚀后发生断裂或者强度绣像，导致无法承载所在层间的泄水管自重，最终导致泄水管的掉落和缺失，加剧了排水系统的病害。

（3）公路面融雪盐腐蚀：雨雪冰冻天气为保障公路桥面不发生结冰，往往会在路面抛洒融雪盐，融雪盐随融雪流经泄水管，会对泄水管产生一定的腐蚀作用。

（4）PVC产品质量问题：目前PVC管生产厂家众多，产品质量参差不齐，PVC管的质量很大程度上依赖于原材料。如果PVC管是由回收的再生料加工而成，管材的硬度以及耐腐蚀性均有较大程度的降低。另外，如果PVC管材的壁厚较薄其强度通常也难以达到设计要求。

（5）施工原因：施工单位在安装排水系统时，对管卡、管材不注意保护，使管材在运输、安装过程中即产生破损，安装后受到腐蚀加剧了排水管、管卡、篦子的破坏。

3 整治措施

为彻底消除合建段排水系统脱落、破损等给铁路运营带来的安全隐患，经过方案比选，拟对原排水系统进行全部拆除，安装耐腐蚀、强度大的管材及管卡。

3.1 主要施工工序

施工准备-封闭公路路面施工区域车道，设置铁路防护-拆除旧排水管及管卡-安装新排水管及不锈钢卡件

3.2 主桥侧面泄水管更换

主桥钢桁梁段泄水管采用公称外径160 mm，壁厚7.5 mm胶粘剂连接型PVC-U白色泄水管。根据管卡位置，竖向泄水管长度采用4.76 m，6 m两种形式，纵桥向水平泄水管采用3 m标准长度正桥钢桁架竖直段由两段6 m，一段4.76 m组成，顺桥上由于泄水管与钢材的膨胀系数相差较大，正桥纵桥向水平泄水管通长布置将导致管件及管卡处产生较大温度应力，对管件及相关配件的受力及耐久性不利。因此每个节段顺桥向每隔12 m断开3 m。每次按一个节间2处、2根竖杆进行施工安排。主桁外侧每处泄水管安拆施工步骤如下，具体见图6。

（1）复核现场卡件间距，在项目部驻地提前将材料连接好，纵向泄水管按照两个节段6 m进行加工后安装，竖向泄水管按照两个节段分别为10.76 m、6 m进行连接安装。

（2）提前封闭施工区域桥面应急车道、第三车道，将加工好的泄水管材料由平板货车运至桥面施工区域，由工人卸至施工区域后，拆除纵向泄水管及卡件。

（3）高处作业吊篮下放至纵向第一段处进行施工，先在桥面安排两人将第一段旧泄水管两端分别与两根吊绳捆扎牢固，再将第二段旧泄水管与第一段旧泄水管的连接端头用吊绳捆扎牢固，吊绳另一端固定于公路桥面栏杆上防止第二段旧泄水管脱落。然后由高处作业吊篮上的作业人员拆除旧卡件后将第一段旧泄水管吊至桥面上。

（4）重复以上作业方式将旧泄水管全部拆除。

（5）利用高处作业吊篮上的人进行新卡件的安装。桥面两人将纵向第一段新水管吊至卡件位置进行安装。

（6）第一段与第二段的连接采用胶结材料连接，由高处作业吊篮上的作业人员完成。

（7）重复以上作业直至顺桥向横向新泄水管全部安装完成。

（8）竖向泄水管更换前，先用Φ16 mm圆钢制作挂钩，挂钩钩长不小于水管内径的1.5倍，挂钩钩杆长度不得小于单节水管管长。高处作业吊篮下放至竖向第一段（最底部）处进行施工，将挂钩挂于水管底部孔内，并用金属扎丝将挂钩钩杆与水管每隔1.5 m进行捆扎，确保挂钩与水管形成整体。钩杆顶部用吊绳固定于公路桥面栏杆上，防止水管脱落。然后由高处作业吊篮上的作业人员拆除旧卡件后将竖向第一段旧泄水管吊至桥面上。

（9）重复以上作业方式将竖向旧泄水管全部拆除。（10）利用高处作业吊篮上的人进行新卡件的安装。

（11）卡件安装完成后，桥面两人将竖向第一段泄水管吊至卡件位置，吊机在竖向第二段卡件处上下进行移动，将卡件螺栓拧紧完成竖向第一段的安装。以同样作业方式完成第二段新泄水管安装。

3.3 引桥侧面泄水管更换

引桥泄水管采用公称外径160 mm，壁厚4.5 mm胶粘剂连接型PVC-U白色泄水管。单根泄水管标准长度设计为6 m，单根泄水管设置2个管卡进行锚固，管卡分别设置于单根泄水管长度1/4与3/4位置。引桥每处泄水管安拆施工步骤如下，具体见图7。

（1）提前封闭施工区域桥面应急车道、第三车道，将加工好的泄水管材料由平板货车运至桥面施工区域，由工人卸至施工区域。

（2）将载有配重的高处作业吊篮下放至横梁位置，进行横梁上旧卡件以及旧泄水管的拆除，复核旧泄水管长度，与设计图纸进行比较，确定每道泄水管转弯处的长度，并在桥下加工棚下料加工完成。

（3）依次拆除公路段与铁路段之间竖直旧泄水管的拆除。

（4）放线钻孔植筋进行卡件以及横梁处不锈钢支墩的安装。

（5）依次从上至下完成横梁处以及公路段与铁路段之间竖直段泄水管的安装。

（6）提升高处作业吊篮拆除铁路以下旧卡件以及泄水管。

（7）放线钻孔将卡件植筋固定，待植筋胶达到强度后安装泄水管。

图7 引桥每处泄水管安拆施工步骤图

4 管理措施

4.1 材料选型

为确保改造后的排水系统的泄水管及卡件的强度和耐久性满足要求，延长使用寿命，管材及卡件的选型应满足设计要求，采用超厚壁管的PVC-U管材，生产管材的原料为硬聚氯乙烯（PVC-U）混配料，混配料中聚氯乙烯树脂质量百分含量不低于85%，添加剂符合《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVCU）管材》（GB/T5836.1-2006）标准要求；管材内外壁应光滑，不允许有气泡、裂口和明显的痕吻、凹陷、色泽不均及分解变色线，管材两端面切割平整并与轴线垂直；颜色为白色；长度应满足设计要求，不允许有负偏差；管材不圆度不应大于0.024 dn，弯曲度不大于0.5%；密度1 350 kg/m3~1 550 kg/m3；维卡软化温度≥79℃；纵向回收率5%；二氯甲烷浸渍试验表面劣化不少于4 L；拉伸屈服强度≥40 MPa；落锤冲击试验TIR≤10%。卡件采用不锈钢材质，扭矩满足设计要求。管材及卡件在运输、安装过程中应注意保护，防止出现伤损，影响后期使用。

4.2 组织协调

施工前由施工单位组织车站、监管车间、供电部门、公路管理部门等有关部门进行施工安全技术交底，并对组织分工、协调、配合等工作进行安排。

4.3 施工安全质量保证措施

（1）各项施工必须严格按照施工设计、规范、技术交底进行。

（2）施工现场应严格执行施工安全规范，包括《铁路施工高空作业安全技术规范》《施工现场临时用电安全技术规范》等。

（3）积极联系交警、路政、高速公路管理公司，制定详细的公路交通布控措施，并服从公路相关部门管理。

（4）旧管件拆除时不得向下抛扔，采取措施防止作业机工具、管件等掉落在铁路线路上，或砸到长江航运船只。每日施工完毕，应对施工地点线路进行全面检查后方可开通线路。

5 结束语

铜陵长江大桥公铁合建段排水系统按照资产分割应属于公路设备，但由于处在铁路上方，脱落后易造成掉落在高铁线路上，影响铁路运营安全，因此，在前期介入及静态验收过程中，铁路部门也应对此类排水系统的材质和安装方式进行检查，运营期要加强对排水系统进行监管，发现问题及时函告，确保铁路运营安全。