高鐵橋梁設備運用與維修分析

王 樞

（中鐵十九局集團有限公司，北京 100176）

0 引言

隨著中國經濟的快速發展，高鐵建設已進入前所未有的時代。鐵路客運專線建設已經在中國高鐵橋梁建設中取得了重大進展，高鐵線路橋梁所占份額遠遠高于普通鐵路。為了確保高鐵橋梁的安全、穩定和平穩運行，有必要研究高鐵橋梁的維護技術。高鐵橋梁的設計理念是免維護或盡量少維護，然而，由于鐵路基礎設施建設各領域存在局限性造成的諸多缺陷，使高速鐵路基礎設施系統無法滿足免維護和少維護的運行標準。因此，在操作過程中做好橋梁設備的檢查和維護尤為重要。在當前高鐵橋梁運行狀態和維護技術的基礎上，結合高鐵的運行條件以及高鐵橋梁的維護要求，汲取國內外的相關經驗，提出適用于高速橋梁的維護和維修技術，并檢驗證其實用性和科學性。

1 高鐵橋梁基本特點

除了要滿足對普通鐵路橋梁的一般要求外，高鐵橋梁還要滿足一些特殊要求。列車高速運行的條件下，結構的動態性能得到了增強，從而增加了火車運行和乘客的安全性。與普通鐵路相比，舒適性、負荷、材料疲勞、火車運行過程中的噪聲以及結構的耐久性等問題均有所不同。當火車過橋時，它會產生影響火車運行安全性和乘客舒適度的剛性和橫向振動，對橋梁結構的剛度和橫向剛度提出一些要求，同時橋梁變形受到某些限制。綜上，橋梁結構必須足夠強，確保列車高速運行時的穩定性，同時還要確保高鐵橋梁上的軌道能維持高平滑狀態，從而使高鐵橋梁結構具有良好的動力特性。

為確保列車能夠高速平穩行駛，橋梁軌道需要滿足嚴格的運行要求，另一方面，為高鐵橋梁提供用于檢查和維護的時間有限。據此，高鐵橋梁的施工應具有結構簡單、規格和外觀規范、施工方便、施工質量易于控制的特點，以達到消除結構中的薄弱環節和減少維護的目的。

（1）當列車在橋上運行時，由于速度過快而產生較大的振動，橋梁上部結構會產生較大的應力和撓度，橋梁軌道也會發生幾何形變，在這種情況下，列車運行時的平穩性和安全性等都會受到一定程度的影響。高鐵橋梁結構必須具備相當大的剛度和彎曲能力，并且不易發生明顯的幾何形變。為同時確保列車在高速行駛狀態下的安全性和舒適性，高鐵橋梁需要具備良好的的垂直方向和水平方向的剛度，以防止大幅度的振動破壞橋梁結構的完整性。另外，由上拱的徐變引起的結構變形和混凝土填筑造成的各處溫度不同也需要進行嚴格控制，以保證橋梁軌道的平滑度。

（2）由于橋梁各處結構的溫度發生變化產生溫差，列車的突然制動或橋梁方向的偏轉等情況，高鐵橋梁會在垂直方向發生少許位置偏差，因此，橋梁上的無縫軌道會被額外加載。過多的額外加載會破壞無縫軌道的結構，最終可能干擾列車高速行駛時的穩定性。因此，橋墩和橋臺必須具有足夠的縱向剛度，最大程度地減小軌道上的附加載荷以及橋梁與軌道之間的相對位移。

（3）高速鐵路是極為重要的運輸設施，橋梁結構應保持盡可能少或免維護。因此，建造高鐵橋梁的基本原則之一就是要保證橋梁結構的穩定性，與此同時，還要適當考慮橋梁結構的其他細節，在施工過程中嚴格遵循各項施工原則。無特殊情況發生時，高鐵橋梁的維護工作一般在晚上進行，通常需要約4 h，因此，橋梁結構應易于檢查和維護。

高速鐵路橋梁的特點可以概括為：①必須具備足夠的剛度和良好的完整性，這意味著在橋梁施工過程中會遇到較多的困難；②為避免高鐵橋梁上的無縫軌道受到過多的額外加載而被破壞，要嚴格控制橋梁的沉降和徐變，盡量縮小橋梁結構在垂直方向上產生的位置偏差；③由于高鐵運行的特殊性，為盡量減少高鐵橋梁的維護次數，要求橋梁結構有良好的耐用性。

2 高鐵橋梁設備的狀態要求

近年來，根據高速鐵路的發展要求，各國對列車高速行駛條件下橋梁結構所能承受的動力影響進行試驗，并對試驗結果進行數理分析，將分析得出的試驗報告應用于高鐵橋梁的設計工作，并逐漸改進和完善。

2.1 高鐵橋梁一般設計原則

為了滿足列車高速運行的安全性和平穩性要求，在設計橋梁結構時，應盡量做到簡明規范，適用于建筑物的建造和維護，此外，還需要考慮橋梁結構的耐用性和動力特性等。

雙排箱形截面梁結構適用于跨度≥20 m 的橋梁，如果需要，也可以使用2 個帶偏移孔的單行箱形截面支撐；跨度＜20 m的梁結構通常使用剛性鋼筋混凝土框架，框架結構和多部分T形梁使用水平連接形成整個橋面板。

此外，高鐵橋梁最重要的設計原則還體現在以下5 個方面：

（1）為確保橋梁上的軌道盡量少受列車高速運行時的動力影響，需要適當增強橋梁結構的剛度。

（2）為了維持橋梁無縫軌道的正常狀態，需要分別提高橋梁在水平方向和垂直方向允許產生的最小位移限度。

（3）嚴格限制地基施工后的不均勻沉降。

（4）改善橋梁結構的完整性。

（5）橋面結構滿足橋面系統的安裝要求，滿足提高結構耐用性，減少振動和噪聲的措施以及維護和修理要求。

2.2 橋梁結構設計基本原則

（1）為提供良好的運行條件，確保列車高速平穩行駛，在橋梁結構設計時應考慮高鐵橋梁結構使用對熱相對不敏感的材料。一些國家在建造新的高鐵橋梁時一般使用混凝土作為填筑材料，以做到免維護或盡量少維護。

（2）使用道硅橋面時，壓限以下的壓載物通?！?.25 m，并且底部有一層厚度0.1～0.15 m 的小石頭或其他透水性好的耐水性材料。

（3）由于金屬的線性膨脹，橋面板的位移很大。在橋面板一端安裝跨度＞15 m 的浮動軸承，可以考慮使用伸縮裝置在相應的橋面板上焊接長鋼軌。

（4）橋梁軌道的過渡銜接問題。由于橋梁和路基兩部分的剛度不同，橋頭可能會因此而跳倒，為避免該現象的發生，必須在施工時對與橋梁連接的路基進行一些特殊處理。如日本采用的特殊處理措施是橋墩后面的三棱柱中充滿礫石或礫石大小的硬礫石，并且需要壓實至90%以上的密度。

3 國內外高鐵橋梁設備維修養護經驗

3.1 我國既有維修養護經驗

3.1.1 橋梁軌道

高鐵橋梁線路各項指標的允許誤差都要比普通線路的更加嚴苛。為了確保橋上線路的拱度達到要求，應增加對橋上線路的檢查、監視和維護，增加對線路維護和檢查次數，并使用先進設備確保線路質量，從而保證列車行駛安全。

3.1.2 鋼梁

相關提速試驗表明，高速行駛對鋼橋的影響更大。鋼橋的振動，特別是側面振動的放大，會導致橋梁下軸承板產生裂痕。此外，還可能存在以下問題：上、下承板水平拉桿斷裂、鉚釘或螺栓松動、枕木失效或有效周期縮短以及護軌螺栓斷裂等。因此，在橋梁的日常維護過程中，需要注意以下6 點：①用于鋼橋的木墊緊固件，需要從原來使用的普通型變為K 型；②橋接面上裸露的帶槽螺釘不得松動；③注意鋼橋的橫向和縱向振幅。提速試驗表明，上端板支撐的平均橫向幅度遠遠超過橋梁測試規定的參考極限，同時，當達到一定條件時，梁體會發生共振；④注意橋梁橫截面的結構細節，避免無法控制承板上裂痕的發展趨勢；⑤注意鉚釘和螺栓的松動和斷裂；⑥注意頂蓋的腐蝕。

3.1.3 混凝土梁

相關測試結果表明，在列車時速為160 km/h 時，盡管橋梁的中間撓度、橫截面張力、水平方向的振幅等指標均未超過現行規范的最大允許值，但混凝土橋梁還是產生了裂紋。普通的雙T形混凝土和預應力混凝土梁在中間被撕裂，這意味著兩根梁的聯合張力無法協調。橫梁之間沒有橫梁的雙T 形橫梁振動相位不一致，橫梁下緣的內外張力差異明顯，傾斜明顯。因此，應考慮維護和修理：①注意監視交叉分區的狀態，并將非預應力分區轉換為預應力分區；②注意混凝土橋枕上的裂縫；③注意梁的撓度，鋼筋混凝土梁的開裂和預應力混凝土梁的開裂。

3.2 國外相關維修養護經驗

3.2.1 德國

德國制定的高速鐵路橋梁的設計原則特別強調統一的結構要求，并在設計中考慮維護控制通道的需求，以確保檢查員可以在檢查期間隨時到達橋梁結構的任何部分。德國在高鐵維護方面的經驗認為，及時檢查是維護橋梁結構的關鍵。為此，建立可以隨時隨地進行近距離檢查的維護控制通道已成為維護技術的重要組成部分。

3.2.2 日本

日本的高鐵把橋梁結構的檢查作為維護管理技術的重點，并將其檢查過程分為預檢查、整體檢查、始終檢查和隨時檢查，整體檢查又分為普通整體檢查和特殊整體檢查。該檢查通?；诩夹g人員的目視檢查，并有大量維護設備供選擇。如有必要，可以使用適當的儀器和設備進行詳細檢查。

3.2.3 法國

法國鐵路橋梁的維護主要是預防性維護，若故障已經發生，則對其進行維修保養。如果系統達到疲勞極限，則采取轉換措施。橋梁維護管理使用信息系統收集、分類和分析所有橋梁的數據，并精確定義系統的老化和維護要求，這被用作橋梁維護的基礎，以實現最合理的維護資源分配。

4 高鐵橋梁設備維修建議

4.1 確定維修養護周期

根據鐵路橋梁的位置和設計，應在研究討論后確定橋梁的適當維護周期。為了及時發現并解決問題，必須對鐵路橋梁及設備進行檢查。維護周期的確定應結合鐵路橋梁設備的運行狀態和不斷變化的法規，通過設置適當的維護間隔，不僅可以節省人工和物質資源的消耗，也大大提高了鐵路管理的效率。在此期間，主管部門應認真討論并制定適當的維護計劃，明確鐵路橋梁維修過程中的技術指標，明確操作標準和規范操作要求。

4.2 建立適當的維護體系

橋梁的不同部分需要有不同的維護。主管部門根據鐵路橋梁設備的變化規律和功能要求進行適當的維護檢查，并完善相關條款及細則。

4.3 全面質量控制

對操作質量進行全面控制。檢查設備除了在戶外進行例行檢查，還必須對所有員工、設備和項目進行檢查，以建立檢查責任系統和分級狀態控制。除了強調公司的標準化和嚴格的操作紀律外，公司的質量控制還包括對關鍵項目進行質量管理，并執行工作質量控制。

5 結束語

高鐵橋梁設備有其自身的特點和規律。例如，高速橋梁對諸如土樁和建筑工程等外部環境影響更為敏感，出現問題會直接影響橋梁軌道的穩定性和安全性。簡單梁的上拱的徐變變形、連續縱梁的溫度膨脹和收縮、約束拱橋、具有特殊結構的大面積橋梁變形變化等對軌道線平整度的影響仍待繼續研究分析和總結。因此，研究和掌握高速鐵路橋梁設備的變化規律和特性還有很長的路要走。此外，不懈地探索養護模式和創新作業方法，是高速鐵路橋梁設備維護的趨勢。高速鐵路橋梁設備的維護保養應樹立免維護、低維護的理念，積極促進新材料、新工藝、新設備的使用，全面提高設備的整體質量，增強設備的耐用性。