高速铁路 (以下简称高铁) 桥梁类型、结构构造、施工方法及工艺要求与普速铁路有很大不同, 且桥梁比例远高于普速铁路。点多、线长、面广的特点^[1]导致高铁桥梁空间范围内遭受自然灾害和战争打击的几率大增^[2,3], 高铁桥梁损毁将致使交通运输生命线中断。我国既有铁路桥梁抢修器材均研发于20世纪60—80年代, 鉴于当时技术条件限制, 其技术指标已不能满足高铁桥梁抢修需求, 为了解决高铁桥梁损毁后的应急保通问题, 研发了一种适用于高铁桥梁抢修的应急抢修钢梁, 其主要技术指标如表1所示。高铁抢修钢梁采用上承式明桥面结构, 以快速拼组及进行线路调整, 其基本构件以平行构架和杆系单元为主, 平行构架相互连接可形成单片菱形桁架, 2片菱形桁架组成1榀主桁梁, 每榀抢修钢梁主桁上部铺设轨道, 2榀主桁连为一体可满足火车双线运行, 其具体结构如图1所示。

高铁抢修钢梁是否能够达到应急抢通的目的, 其一是钢梁本身的技术性能, 可通过优化设计来实现;其二是钢梁的拼装架设速度能否满足铁路抢修“快速性”需求^[3], 抢修器材的拼组架设作业技术含量高、作业风险大, 往往是控制桥梁抢修进度的关键环节。我国既有铁路抢修器材在研制时期均设计了各自的拼架方法, 且经过实践检验。此处结合抢修钢桁梁结构特点, 提出了利用既有抢修器材拼架技术 (方案1) 和利用钢梁整体运架技术 (方案2) 2种方案, 根据抢修速度、应急预案及工程环境适应性等性能指标对2种抢修钢梁应急抢通方案进行比选研究。

我国既有铁路抢修技术是在历次战争和抢险救灾中发展起来的, 其主要思想为:根据需要调拨抢修器材并运至抢修现场, 组织人员、设备现场拼组抢修钢梁, 依据现场情况制订抢修钢梁架设方案, 如跨线门吊法、高架台车法、钓鱼法、浮拖法、简易架桥机法等^[3,4,5], 进行抢修钢梁架设施工。

结合当今桥梁施工技术发展趋势和装备条件改善现状^{[5,6,7,8,9,10]}, 为实现铁路抢修“快速性”的目的, 提出了抢修钢梁整孔运架技术, 如图2所示。其主体思路为:在战备储备库提前进行单榀整跨抢修钢梁主桁及导梁拼组工作并合理储存, 需要时利用铁路平车将2榀抢修钢梁主桁和导梁运至桥头, 利用液压支架系统将钢梁主桁及导梁卸至专用台车上。在导梁辅助下, 台车驱动抢修钢梁主桁悬臂过孔到位, 通过液压支架系统将抢修钢梁主桁落梁就位, 以上为整孔架设技术核心思想。

高铁桥梁抢修属于突发应急事件, 其主要指标是抢修的“快速性”, 抢修能否实现“快速性”取决于抢修应急预案编制及演练是否目标明确、拼组架设作业时间是否可控、工程环境适应性是否具有较大局限性以及其经济性和实施难度, 基于上述指标, 对两种方案展开对比分析, 具体如表2所示。

通过上述比较分析可知, 方案2具有方案1不可比拟的优势, 因此, 选定方案2作为高铁抢修钢梁应急抢通实施方案。

高铁抢修钢梁整孔运架需要的主要设施包括液压支架、导梁、前支腿、后支腿和1号、2号台车。

1) 液压支架液压支架是连接在待架梁两端, 由液压缸驱动伸缩的钢管支架, 用于整个系统的装车、卸车和架梁过程中的落梁作业。主梁前后各设1座液压泵站用来驱动液压缸, 左、右支架采用同步控制技术以策安全。

2) 导梁导梁为拆装式空间桁架结构, 其尾部与主梁连接, 用来支持主梁过孔;导梁分为7个节段制造, 以便于平时储备, 节段之间通过钢销连接。

3) 前支腿前支腿为1个自稳定空间三角形构架, 用于支撑导梁过孔;前支腿上方设有由托轮、压轮和水平导向轮组成的走行机构, 可支承导梁在托轮上行进, 并由托轮和前方压轮抵抗由于滚动摩擦力形成的倾覆力矩, 保证前支腿在过孔过程中的稳定性。当导梁处于悬臂状态时, 前支腿可沿导梁下弦前后行走, 辅助上墩过孔。

4) 后支腿后支腿销接于导梁尾部, 平时处于折起状态, 当钢梁过孔到位后放下后支腿, 与前支腿一起支承导梁, 以便拆除导梁与主梁直接钢销。

5) 1, 2号台车用于驮运主梁和导梁整个系统至待架孔, 然后驱动系统过孔, 其中1号台车带驱动力。

整孔运架作业可分为装车、卸车和架梁3部分。

1) 将拼好的抢修钢梁主桁移至线路中心, 安装好导梁。运输时, 用液压支架顶起主梁及导梁, 运梁列车驶入装载导梁位置, 液压支架下落, 将导梁置于货物转向架上 (此转向架比主桁转向架高10cm以上) , 拆解主梁与导梁间的钢销, 如图3a所示。

2) 起升液压支架, 待主桁与运梁列车脱开后, 列车载导梁前行至装载主桁位置, 收回液压支架, 主桁下落至平车上, 呈运输状态, 如图3b所示。

1) 列车运输抢修钢梁主桁及导梁至待架桥附近, 寻一直线段停车, 顶升液压支架至主桁与平车脱离。列车载导梁后退, 距抢修钢梁主桁端部1m左右停车, 顶高导梁后端, 将前支腿走行机构移至导梁重心后1m处支垫好, 如图4a所示。

2) 利用手动导链及液压支架的升降将导梁与主桁对接。打高液压支架, 待抢修钢梁主桁和导梁脱离列车一定距离后, 运梁列车退出, 1, 2号台车驶入支撑位置, 收起液压支架, 使整个系统处于运架梁状态, 如图4b所示。

1) 1, 2号台车驱动整梁悬臂前行, 就位后安装前支腿, 并驱动前支腿自行到前方墩台, 如图5a所示。

2) 打起液压支架, 2号小车退出钢梁范围, 1号小车后退16m, 回落液压支架使整梁处于1号台车和前支腿两点支撑状态, 启动1号台车, 驱动整梁在前支腿轨道上悬臂前行, 待1号台车行至极限位置, 打起后液压支架, 如图5b所示。

3) 1号车退至最后 (此时全梁处于最大跨度状态) , 继续利用1号车驱动整梁悬臂前行至待架位置, 打好液压支架, 如图5c所示。

4) 前支腿前行至下一墩台位置, 落下后支腿并支承在桥墩上, 拆除钢梁与导梁及尾部支撑连接, 1号台车驶回, 启动前后液压支架, 整梁下落, 如图5d所示。

5) 落梁到位, 完成本榀抢修钢梁主桁架设。同样利用液压支架将另一榀抢修钢梁主桁卸至1, 2号台车上, 然后行驶至导梁后方, 与导梁连接, 如图5e所示。

6) 收起导梁上的后支腿和前支腿, 台车退至混凝土箱梁端部, 将前期架好的第1榀抢修钢梁主桁横移至另一侧线路, 准备架设第2榀抢修钢梁主桁, 如图5f所示。

7) 利用前述作业方法将第2榀抢修钢梁主桁架设到位, 安装横联构架, 将2榀钢梁主桁连为一体, 一孔抢修钢梁架设完毕, 如需连续抢修架设下一孔钢梁, 则采取同样程序进入下一作业循环, 如图5g所示。

8) 当架设末孔或单孔时, 只需将前支腿下部结构拆除, 只保留走行机构即可, 其他方法相同, 如图5h所示。

通过上述步骤即可完成所有待修复孔位抢修钢梁的架设作业, 然后进行线路、信号等调试工作, 所有调试工作完成后即可限速通车。

1) 利用液压支架进行装卸车及落梁作业, 提高了工作效率和作业安全性。

2) 采用可自行到位、支承导梁在其上行进并与导梁构成稳定体系的前支腿机构, 避免了在前方桥墩上搭设临时支墩的危险作业, 大大提高了架梁作业效率。

3) 采用特制长导梁、台车驱动的全新过孔方式, 解决了单孔或多孔梁的架设问题, 相比于传统的拖拉架设或顶推架设, 避免了高空分解前导梁的危险作业环节。

1) 高铁桥梁抢修器材部件应模块化、单元化, 摒弃过去“肩扛人抬”的思维, 设计时应充分考虑利用辅助起重设备进行吊装拼组, 以减少部件种类和连接工作量。

2) 高速铁路桥梁应急抢修须吸收当前桥梁先进施工理念, 结合机电液新技术, 借助机械化作业实现抢修的快速性、安全性。

3) 高速铁路桥梁占比较高, 战时或自然灾害中遭受损毁后, 应优先考虑高铁抢修钢梁预拼组、借助铁路平车整孔运输、自行架设的整孔运架技术。