? 高铁桥梁灾后应急抢修与恢复技术探讨张耀辉， 王海林， 秦志宇 (石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心，河北 石家庄 050043) 摘 要：针对我国高速铁路桥梁的发展及目前我国普通铁路桥梁抢修技术储备方面的现状，分析总结了未来遭受灾害损毁的高铁桥梁，在进行应急抢修及快速恢复时，所面临的技术问题和难点，例如新制混凝土箱梁的建造、灾后桥墩的恢复以及新制梁体的换架施工等等；由于不同的工况、毁损部位和施工的难易程度等，应本着预有准备、多案并举、安全快速和因地制宜的原则实施受损桥梁抢修与恢复。有助于推动我国高速铁路桥梁灾后应急保障技术的发展。 关键词：高铁桥梁；应急抢修；快速恢复；箱梁建造；桥墩修复；梁体换架 截止2014年底,我国高速铁路营业里程1.6万公里,位居世界第一[1]。“四纵四横”主骨架中,京沪、京广、哈大、东南沿海、沪汉蓉、陇海郑宝段等线路已开通运营。在高速铁路建设中更多地采用以桥代路方案，因此桥梁比例大，高架桥、长大桥多成为高速铁路的主要特征。我国目前建成和在建的高速铁路桥梁总长平均占线路的50%以上，其中京津城际铁路、京沪高速铁路、广珠城际铁路等许多线路，桥梁比重更是高达80%以上，桥梁已成为高速铁路工程的主体。我国已经成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。另一方面，我国也是世界上遭受自然灾害最严重的国家之一，全国有70%以上的城市和50%以上的人口分布在气象、地震、地质和海洋灾害多发、易发地区。我国的铁路线路在空间上跨越了全国范围内不同地质条件的各类型区域，具有点多、线长、面广的特点，在不同区域发生如地震、泥石流、山体滑坡、暴雨、暴雪、台风等自然灾害都可能会对铁路运输造成危害。尽管也对地震、洪水、泥石流、崩塌、危岩体、滑坡、岩溶塌陷等多种自然灾害可能对铁路设施造成的破坏进行了相关研究，但根据高速铁路桥梁的特点对其进行应急抢修与恢复技术的研究鲜见。 1 既有普通铁路桥梁抢修技术1.1 既有抢修器材与装备 我国的铁路桥梁抢修技术是在战争中诞生和发展起来的。在战争年代和当今和平时期，铁路是我国的经济大动脉，为了保障铁路设施在战争或自然灾害条件下损伤后的快速恢复和应急抢通，铁路抢修技术、器材、机具及专业队伍应需而生并快速发展，且取得诸多的研究成果。 目前，我国用于铁路桥梁抢修的制式器材主要包括拆装式桁梁、六四式铁路军用梁和八七型铁路应急抢修钢梁；用于铁路桥墩抢修的主要为六五式铁路军用墩和八三式铁路轻型军用墩。考虑到铁路发展需要，近年陆续研发了铁路中等跨度新型抢修钢梁、铁路抢修中墩，但均未进行通车试验，新研制的铁路抢修高墩进行了通车试验，但尚未进行大规模储备。尽管我国储备有大量铁路桥梁抢修器材与装备，限于研制年代的科技水平和实际需要，既有的铁路抢修钢梁的行车限制速度都比较低，如六四军用梁的行车限制速度在跨度为24 m及以下时为40 km/h，双层梁跨度小于40 m时为30 km/h，拆装式桁梁设计为不限速，但当时的不限速也只能达到50～60 km/h；八七型铁路应急抢修钢梁的限制行车速度，根据桥式和跨度的不同在15～40 km/h之间。可见抢修钢梁的行车限制速度与目前和将来的铁路列车行车速度相差较大,不能很好地满足新时期高速铁路抢修的需要。 1.2 针对不同损毁部位的桥梁抢修技术 根据桥梁损伤(毁)部位和程度的不同，可据实际情况采取不同的抢修技术。 1.2.1 基础抢修 桥梁抢修时原混凝土基础抢修困难或修建便桥时一般只作临时基础，其形式的选择决定于河床地质及要求条件。常用的填筑基础有：片石基础、草袋码边基础、枕木垛基础、木笼填石基础和桩基础。 1.2.2 墩台抢修 在墩台抢修过程中，尽可能利用原有结构进行加固。如纠正桥墩倾斜或错位的移正法、围箍法、顶塞缺口法和利用残墩接筑混凝土、接筑枕木垛、接筑工字钢垛等；具体可采取水泥灌浆加固法、扩大基础加固法、钢筋套箍或护套加固法等。 1.2.3 桥梁抢修 国内各种抢修钢梁在研制的时候都设计了各自的架设方法，滑道法、钓鱼法、天线法、纵向拖拉法、简易架桥机法、浮架法和浮拖法，这些架设方法都经过了实践检验，是可行的。但按新时期铁路应急保障的需求来衡量它们，又都存在着许多的不足之处。此外，既有线的换架梁技术也可应用于桥梁抢修，如利用“天窗”作业的高架台车施工技术和龙门吊整体吊装技术，均可在不长时间间断行车的情况下对梁体进行整体换架[2]。 既有桥梁抢修器材装备、抢修技术目前仅用于普通铁路的抢修，但是如何针对高速铁路混凝土桥梁的特点进行灾后的抢修，还需进行专门深入的研究。目前针对灾后高速铁路混凝土桥梁应急抢修技术与装备方面的专项研究还处于起步阶段。 2 高铁桥梁应急抢修和快速恢复2.1 高铁桥梁应急抢修面临的技术问题 我国高铁具有点多、线长、面广的特点，在空间上几乎跨越了各种自然灾害多发区域，而高铁线路中桥梁所占比重很大，可以说高速铁路桥梁遭受灾害破坏的潜在可能性是比较高的；这其中混凝土桥梁又占绝大多数，它遭受破坏的概率最大。一旦发生高铁桥梁受灾破坏，首要任务就是进行应急抢修，这里的抢修主要指“抢通”。但是，就当前的技术储备来看，要想短时间内实现临时抢修通车，从大的方面来说，面临以下两个难题：一是针对灾后高铁混凝土桥梁的应急抢修相关技术储备基本是空白；二是适用于高铁桥梁抢修的器材、装备也是空白。因此一旦高铁桥梁受到大的灾害而破坏后，如果得不到及时的解决，势必会造成更大的经济损失，所以，高速铁路桥梁在大的灾害面前的保障问题非常严峻。 高速铁路无论是载荷状态、结构形式、通车速度、技术标准、梁体尺寸、重量等，都和普通铁路有着非常大的区别，既有的普通铁路桥梁抢修(建)器材、技术与方法，已不能完全适应高速铁路桥梁的灾后应急抢修需要，因此，高铁桥梁应急抢修所面临的技术问题主要包括两方面的内容。 2.1.1 高速铁路桥梁应急抢修器材的研发 高速铁路混凝土简支梁(以时速350 km/h线路的32 m梁为例)，梁重约900 t，梁宽约12.0 m，梁高约3 m等；另外，高铁桥梁的桥墩结构尺寸也明显区别于普通铁路的桥墩。总之，高速铁路桥梁与普通铁路桥梁的相应参数区别很大，既有的普通铁路抢修器材的技术指标已不能完全适应其抢修的需要。为了更好的适应高铁桥梁的需要，应该尽快开展满足高速铁路桥梁抢修的相关器材(如：抢修钢梁、抢修钢墩和抢修桥面等)的研发，为下一步生产和储备做前期的技术准备。 2.1.2 高速铁路桥梁应急抢修施工技术的研究 当具备了用于高速铁路桥梁的相关抢修器材，然后应考虑如何快速地架设安装这些器材，临时替换已破坏的梁体或桥墩等，实现高铁线路的临时抢通，达到高铁列车的临时通车目的。这里面涉及抢修钢墩和抢修钢梁的拼装和吊装技术、施工场地的布置、快速安装施工的组织设计、安全保障措施等。根据具体的现场情况，如桥梁高度、地面有无水流、平地还是山谷、是否紧邻隧道等，需要制定详细的应急抢修施工方案。比如：针对桥梁高度很大的工况，研究能否采用桥上临时简易架桥机的线上安装方案；针对桥高较低、地面较为平坦的工况，可考虑采用大型起重机的直接安装方案；对于地面有水流的情况，还要考虑如何搭设水上施工平台来满足器材储存、拼装和架设的要求；对于紧邻隧道口且下面是山谷地形的情况，需研究安装施工的空间问题和可操作性问题等等[3，4]。 通过以上问题的研究，仅仅是解决了灾后遭到破坏的高速铁路桥梁的临时应急“抢通”的需求，即利用抢修器材替代遭到破坏的高铁箱梁，实现了高铁线路的临时通车。而接下来的问题是，如何在此基础上进行桥梁的永久恢复，即恢复原状。 2.2 高铁桥梁快速恢复面临的技术问题 通过临时抢修，灾后遭到破坏的高铁桥梁实现了临时的通车，此时的通车速度肯定是有限速要求的，速度比较慢。抢修钢梁和抢修钢墩等器材均是临时性结构，各项技术指标均远远达不到900 t混凝土箱梁的参数要求，所以均不能作为桥梁的永久结构来长期使用。所以，需要先建造和原桥同样的梁体或桥墩等，然后再通过换架施工，在较短的时间内用其替换下抢修的临时结构，才能将灾后桥梁恢复到原状，达到线路的初始设计要求。而这一过程，通常称之为“高铁桥梁的快速恢复”。 要实现灾后高铁桥梁处于临时通车情况下的快速恢复施工，又面临新的技术问题。 2.2.1 新制高铁混凝土箱梁的建造 通过临时抢修保证了灾毁后高铁桥梁的临时限速通车，在此状态下进行高铁桥梁的恢复施工，首先要面临新混凝土箱梁的建造问题。高速铁路箱梁和普通铁路T梁的情况有很大的不同，比如：在既有普通铁路桥梁的新旧T梁的换架施工中，新制的T梁一般可在专业的桥梁厂内制造，然后通过铁路运输到桥位，或者通过公路运输到桥位，然后再进行换架施工；而高速铁路箱梁近900 t重，且梁体宽度约12.0 m，在高速铁路线上运输是不可能的，即使是公路运输，由于路况、超限等问题难以解决，长距离运输几乎无法实现。所以，灾后高速铁路桥梁的恢复工程中，首先要解决的是新制高铁混凝土箱梁的建造问题，包括：在什么位置建造、采用什么方式建造、建造的时间长短及综合成本的高低等等，这项工作涉及到后续换架施工方式的选择。 2.2.2 灾后高铁桥墩的恢复建造 高铁桥墩遭到灾害严重破坏后无法使用，通过原墩位旁的临时抢修钢墩来支撑抢修钢梁，保证了临时通车。接下来的问题就是，原位处的桥墩如何永久恢复到原状。对于破坏不严重的桥墩，要考虑是否能够利用残墩进行加固或残墩接高等措施，使其永久恢复；对于彻底毁坏的桥墩，应考虑在原位重建，但是在上方临时通车的情况下，就要研究重建的施工方法；对于桥墩基础也遭受大的破坏情况，还要研究基础的加固方案。 2.2.3 新制梁体和临时抢修钢梁的换架施工 通过选择不同的施工方案建造了新的梁体，而如何将新梁和临时通车使用的抢修钢梁进行替换，即快速实施换架梁作业，是需要面临的重要技术难题。总结起来，主要有以下几个方面需要面对： (1)换架梁施工整体技术方案。在这方面主要考虑在较短的铁路“天窗”点内，采用什么办法将近900 t的箱梁快速安全地换下临时抢修钢梁。在总结既有普通铁路换架施工经验的基础上，综合考虑桥梁状况、技术可行性、适用性和经济成本等因素后，提出了以下三种换架安装整体技术方案：重型高架台车平移换架技术、栈桥式平移换架技术和跨线门吊的换架技术。上述三种方案主要针对墩高20 m及以下的混凝土简支箱梁桥的换架施工作业；但是对于墩高超过20 m或桥下有较深的河水，或较深的山谷等情况，上述三种方法就不适合，所以还要研究其它的施工方法来解决，目前来看，其攻关技术难度极大。 (2)换架梁施工所需大型施工设备。针对上述三种换架安装整体技术方案，施工用的大型施工设备主要包括：重型高架台车、栈桥式平移设备和大吨位的跨线门吊设备等，而这些重型装备不同于小吨位的常见装备，需要进行专门的设计，才能满足使用要求。另外，在灾后的复杂施工现场，如何安装就位、拆除以及设备所需的基础和轨道情况等都需要进行专门的研究。应对其事先进行预设计，并作为技术储备备用。 (3)快速换架梁施工组织的研究。快速换架梁是在较短的铁路运营“天窗点”内进行的一项高风险施工作业。整个施工过程不容有任何失误，因为铁路运营“天窗点”的时间段是死的，期间的施工步骤是环环相扣的，没有更多的时间来处理施工故障甚至事故，“天窗”一关闭，就有列车经过，任何失误都可能会造成难以弥补的损失。所以，运营铁路的要点换架施工组织，是一项复杂、缜密和实践性很强的工作。施工设计中每个工序要任务明确、步骤详尽、科学合理和具有完全的可操作性，每个施工环节都要有可快速实施的补救方案。因此，如何制定出安全可靠的快速换架梁施工组织方案是一项极为关键的工作，进行施工前需要认真的反复研究。 2.3 灾后高铁桥梁的抢修与恢复原则 灾后高速铁路桥梁的快速抢修和恢复，是一项复杂的高难度和高风险工程，在总结既有的铁路抢修抢建工程实践和理论研究的基础上，针对高速铁路桥梁的特殊性，提出以下针对灾后高速铁路桥梁的抢修和恢复工作应遵循的基本原则： (1)预有准备。对高速铁路混凝土桥梁灾后的抢修和恢复工作，应做到预研究、预设计、预计划、预备料、预施工，未雨绸缪，以便减少灾后损失，节省抢修与恢复时间。 (2)多案并举。灾后现场环境多样、破坏状态多样、抢修与恢复施工的工作量巨大等情况复杂，所以，应制定多个抢修与恢复施工方案，尽量做到有效应对。 (3)安全快速。在保证人员和行车安全的前提下，对破坏的高铁桥梁必须千方百计抢修与恢复，降低高铁的运营压力和灾后的经济损失。 (4)因地制宜。应根据恢复施工现场的实际情况，制定适宜的抢修与恢复方案和技术措施，充分借鉴和优化选择当前的成熟技术和设备，以及研发新的技术和设备，就近调动人员、物资和机具设备，做到因地制宜。 3 结束语在繁忙的高速铁路线上进行灾后的抢修与恢复作业是一项要求严格、技术难度大和风险性高的特殊工程，具有急、难、险、重的特点，所采用的技术和方法必须安全可靠，因为任何安全事故都可能造成严重后果，包括经济损失和社会影响等都比一般工程大得多。同时，施工前的准备工作要求在较短的时间内完成，施工过程中的各项作业程序要快捷和切实可行，以便尽量减少线路封锁时间，减少运营损失。高铁桥梁灾后应急抢修与恢复是一项复杂的系统工程，本文从大的方面阐述了当前面临的技术问题，其中的技术细节是今后进行深入研究的方向，需要广大的专业技术人员为之而努力！ 参考文献： [1]陈 恒.我国铁路营业里程突破11.2万公里[N].光明日报，2015-01-30(8) [2]张耀辉,徐光兴.京广线“百孔大桥”既有梁的整孔换架施工[J].铁道建筑,2004(3):17-19 [3]张耀辉,陈士通,徐光兴.铁路高墩换架梁技术方案研究[J].国防交通工程与技术,2014(9):29-32 [4]张耀辉,陈士通.大型架桥机设备在高铁施工中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2011(4):24-28 An Exploration into the Techniques for the Post-Disaster Rush-Repair of High-Speed Railway Bridges and Recovery Techniques for ThemZhang Yaohui, Wang Hailin, Qin Zhiyu (Hebei Provincial Research Centre of Engineering Technology for Transportation Emergency Support,Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043,China) Abstract：With the development of the high-speed railway bridges and the present situation of the technical reserve in rush-repairing common railway bridges in our country taken into account,analyzed and summed up in the paper are the technical problems and difficulties such as the construction of new concrete box girders,the recovery of the post-disaster bridge piers and the replacement and erection of the new beams,which might be faced with when rush-repairing and quick recovery are performed after high-speed railway bridges are damaged or destroyed.Considering different working conditions,different damaged locations,and the difference in the degrees of construction difficulty,various construction schemes should be prepared in advance and different construction plans for the same case should be got ready simultaneously in order to perform the rush-repair and quick recovery of damaged bridges in the principle of safety, quickness and suiting the construction schemes to local conditions.The paper may help promote the development of China's post-disaster rush-repairing support technology for high-speed railway bridges. Key words：high-speed railway bridge;emergency rush-repair; quick recovery;manufacture of box girders;repair of bridge piers;replacement and erection of the new beams 收稿日期：2015-10-19 基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2014G008-A) 作者简介：张耀辉(1970—)，男，教授级高工，主要从事桥梁工程技术及管理工作 sjzzhangyh@126.com DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.06.006 中图分类号：U445.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3953(2015)06-0022-04 |
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