李 強 朱 力

（北京市地鐵運營有限公司 北京 100044）

1 引言

目前，城市軌道交通行業(yè)已經(jīng)進入集中跨越式發(fā)展階段[1]。北京是全國最早建設軌道交通的城市，進入21世紀以來，北京市進一步加快了軌道交通建設，截止2018年初，北京軌道交通交付運營里程達609 km，其中橋梁總長約150 km，約占總運營里程的25%。隨著運營年限的增加，橋梁病害數(shù)量呈逐年增加的趨勢，尤其是橋梁支座病害更為突顯。

2 支座病害治理的重要性和特殊性

2.1 重要性

隨著北京軌道交通橋梁運營年限的增加和交通量的增大，橋梁支座在使用過程中出現(xiàn)了各種病害，其中板式橡膠支座主要病害有:裂紋、鋼板外露、不均勻鼓凸與脫膠、支座脫空、超限剪切和支座位置串動等；盆式橡膠支座主要病害有:鋼件出現(xiàn)變形并開裂、鋼件脫焊、聚四氟乙烯板磨損、位移超限、轉角超限、錨栓剪斷和鋼盆銹蝕等。橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要組成部件，它能夠?qū)⑸喜拷Y構的恒載和活載可靠地傳遞給墩臺[2]，同時承受梁體端部水平移動和轉動等造成的復雜荷載，還能減輕上部結構震動對下部結構的不利影響[3]。由此可見，支座的安全可靠直接關系到橋梁結構的安全可靠，一旦發(fā)生較嚴重病害，將嚴重影響橋梁的承載能力和使用壽命，甚至引起坍塌事故，所以支座病害對橋梁結構的運營安全構成了極大的隱患[4]。為此，支座病害的治理已經(jīng)成為橋梁養(yǎng)護維修的重點環(huán)節(jié)。

2.2 特殊性

運營期間軌道交通橋梁支座病害的治理方法，除了要考慮到可靠性和有效性，確保治理工程的質(zhì)量和安全之外，還應保證軌道交通的正常運營，在不影響正常運營或盡量縮短中斷交通時間的條件下完成治理工作[5]。因此軌道交通支座病害治理工作有以下兩個主要特點:（1）治理時間緊，支座病害治理必須在每天中的運營結束后進行，按照北京軌道交通運營時間表，北京軌道交通的日有效治理時間僅為3.5 h，這對治理工序提出了很高的要求；（2）各項參數(shù)控制要求高，每日治理工作后的軌道交通必須滿足第二天正常運營要求，治理工作不能對軌道線路、接觸軌、波導管、步行板、聲屏障等設備設施產(chǎn)生影響，為此，各項參數(shù)要以毫米級來進行控制。

3 治理方法研究

軌道交通治理的特殊性對軌道交通病害支座的治理提出了更高的要求。目前北京軌道交通采取以下三種方法對支座病害進行治理:一是橋梁同步頂升法，主要針對發(fā)生嚴重的轉角超限、位移超限、剪切超限及鋼襯板脫空的病害支座；二是橋梁預頂升+灌漿料修復墊石法，主要針對上墊石嚴重腐蝕破損的病害支座；三是墊石局部加固補強法，主要針對下墊石脫空的病害支座。下面對各方法進行詳細分析。

3.1 同步頂升法

首先要對病害支座所在橋梁、墩臺進行檢測，掌握其結構狀態(tài)，同時對梁體的受力情況進行分析計算，根據(jù)不同的上部結構形式制定相應的頂升方案，確定頂升位置、頂升量和頂升力。此外，由于各主梁間的橫向聯(lián)系等結構將上部結構連成了一個整體，因此必須進行上部結構整體同步頂升，梁體才不會出現(xiàn)扭轉、結構開裂、負彎矩超限等問題，從而保證上部結構的安全[6]。自2011年以來，北京市軌道交通在運營期間采用同步頂升法共治理了63處病害支座，主要是板式橡膠支座和盆式橡膠支座，其中板式橡膠支座15處，盆式橡膠支座52處。

3.1.1 工藝流程

軌道交通橋梁支座病害治理同步頂升法的主要工藝流程如下所示:

施工準備→搭設作業(yè)平臺→蓋梁頂標高復測，確定頂升高度→檢查支座→荷載計算→頂升設備安裝→頂升設備調(diào)試→試頂升→正式頂升→支座拆除及清理蓋梁頂垃圾→更換支座→落梁→頂升設備拆除→拆除作業(yè)平臺，清理現(xiàn)場→完成作業(yè)。

3.1.2 施工過程分析

（1）頂升系統(tǒng)

同步頂升系統(tǒng)主要由電動機、高壓液壓泵、油箱、千斤頂、油管、分流器及操作控制系統(tǒng)等組成。一個泵站的流量通過分流器輸出，分別提供給多個執(zhí)行油缸，位移控制系統(tǒng)根據(jù)不同測點回饋的信號，控制每個油缸的帶載頂升速度，實現(xiàn)整個橋梁上部結構的同步提升動作，從而實現(xiàn)同步頂升的目的[7]。

（2）監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、終端展示屏幕及傳感器備份系統(tǒng)。工作原理是由主控計算機通過兩個數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)對現(xiàn)場安裝的應變、應力傳感器、位移傳感器和溫度傳感器進行實時數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示和記錄，并通過無線網(wǎng)絡傳送到現(xiàn)場指揮部。根據(jù)不同橋梁結構形式，對梁體位移、主梁跨中縱向應力、橫梁應力、軌面高程、軌道爬行、軌道應力和軌道溫度等內(nèi)容進行實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)對同步頂升的全過程監(jiān)控。

（3）頂升施工

軌道交通的頂升施工必須在停電期間進行，而且日有效工作時間約為3.5 h。因此，必須要合理安排施工工序，并且嚴格控制每項步驟的作業(yè)時間。板式橡膠支座的治理一般需要一個晚上停電周期，具體施工工序和所需時間詳見表1；盆式橡膠支座治理一般需要兩個晚上停電周期和一個白天運營周期完成，具體施工工序和所需時間詳見表2。

表1 板式橡膠支座治理步驟及所需時間

表2 盆式橡膠支座治理步驟及所需時間

（4）支座拆除

在橋梁頂升前應對支座螺栓進行試擰，以保證拆除時螺栓可以順利取出，同時測量支座上下墊石之間的距離，確定支座的撤出方向。橋梁頂升到位后，先拆除支座下座板上的固定錨栓，拆除時采用電風鎬，兩側各設一把鎬，釬頭插入下座鋼板與混凝土粘結處，兩把電風鎬對稱同時振沖，使下座鋼板松動并脫離墊石。當下座鋼板松動后，依次拆除上座板的固定錨栓，使上座板整體落在下座板上，再用螺栓連接固定拆下的支座，通過自制導軌將其拿出，再由吊車吊下運走。自制導軌如圖1所示。

圖1 自制導軌

（5）支座安裝

施工前要提前核實原支座型號，新支座應采用與原支座相同的型號。安裝新支座前應對墊石頂面進行打磨，保證其水平度，并核實螺栓孔位置及直徑。試擰支座螺栓，確認新支座鋼板螺栓孔的直徑，準確計算墊石高度，并要經(jīng)設計與監(jiān)理單位復核支座預留安裝高度，確保安裝新支座后的高度誤差小于±1 mm。

3.1.3 施工技術要點

對于在運營期間進行的同步頂升施工主要有施工時間短、精度要求高、難度大和多工種協(xié)同作業(yè)等特點。所以施工時應嚴格按照設計單位的計算結果指導施工，制定詳細周密的施工組織，否則極易在施工過程中出現(xiàn)各種各樣的問題，為此在整個施工過程中要注意以下幾個技術要點:

（1）要精確計算千斤頂?shù)奈恢?，根?jù)不同梁體結構形式，明確所需頂升力的大小、頂升高度及頂升步驟，頂升時進行位移量和頂升力雙指標控制[8]。

（2）施工前要先核對支座型號和尺寸，測量即將更換支座上下四角點的相對高程和支座上、下鋼板四角點的相對高程[9]。

（3）正式頂升前要進行預頂升試驗，預頂升位移不超過2 mm，試頂升期間檢查各環(huán)節(jié)是否有誤與可控。

（4）應對頂梁處兩側各50 m范圍內(nèi)的鋼軌、扣件及道床等進行全面檢查。

（5）施工應盡量在軌溫16～28℃之間時進行；禁止在0℃以下和28℃以上進行軌道施工作業(yè)[10]。

（6）做好軌道防護設計，確保頂升過程中軌道的變形在預測范圍內(nèi)，如橋梁不能正常落梁時，仍能保證軌道安全使用，且限界仍滿足行車安全需要。

（7）頂升時，控制梁體的頂升速度，頂升速度不應大于0.6 mm/min。

3.2 預頂升+灌漿料修復墊石法

該方法是預先使用千斤頂頂升梁體，使施加的頂壓力代替破損墊石上的支座提供的全部支座反力，支座不再受力后，對上墊石進行剔鑿，并支模澆筑新墊石。該方法整個施工過程能夠維持梁體的現(xiàn)狀位置，施工前后不改變梁體現(xiàn)狀位置及標高。

3.2.1 工藝流程

軌道交通橋梁支座病害治理預頂升+灌漿料修復墊石法的主要工藝流程如下所示:

施工準備→搭設作業(yè)平臺→安裝千斤頂（與梁底密貼）→千斤頂預壓脫換（停運后）→剔除墊石雜物→墊石鋼筋網(wǎng)安裝、支搭模板→支座灌漿料灌注及現(xiàn)場制作試塊→墊石混凝土養(yǎng)護→千斤頂卸載、密貼梁底并鎖死（強度滿足設計要求）→拆除模板和千斤頂→施工完成。

3.2.2 施工過程分析

千斤頂施加的頂升壓力應為支座承載力的100%，頂升時采用壓力和位移雙指標控制，保證梁體不產(chǎn)生大于0.5 mm的豎向位移[11]。然后對病害支座上墊石松散混凝土等進行全部剔除，剔除前將支座的四周用無紡布或塑料布等材料嚴密包裹，防止混凝土碎渣及漿液落入支座內(nèi)。采用對支座擾動較小的電錘等小型設備進行剔除，剔除過程中嚴禁碰觸主梁，剔除受損混凝土并露出基層未損傷的混凝土，將墊石內(nèi)生銹鋼筋網(wǎng)去除，清除浮灰、油污及疏松物，用高壓水槍沖洗干凈，然后清理浮水及附著物。

模板安裝前，安裝新鋼筋網(wǎng)片，墊石模板采用酚醛覆膜膠合板或木質(zhì)模板，提前按照實際尺寸加工成型，并在施工前在原支座墊石位置進行預拼裝加固，以確保結構尺寸的正確。模板分塊加工，安裝后組合成一體，用對拉螺栓固定，并用密封膠條和快干型密封膠對模具接縫處進行封閉。

模板經(jīng)檢查驗收無誤后，采用TGM支座灌漿料進行重力灌漿法施工，施工應在軌道交通停運后進行。在外側模板預留灌漿孔，預裝管徑為φ50 mm的PVC管作為灌漿孔，灌漿管口要高出墊石上表面。同時在模板的頂部分別預埋兩個管徑為φ20 mm的PVC管作為排漿嘴，其中一個排漿嘴應加彎頭，以確保脫空部位灌漿的充實。TGM支座灌漿料應在2 h內(nèi)達到30 MPa，墊石強度達到要求后，卸載千斤頂脫離梁體，新支座受力開始工作。

3.2.3 施工技術要點

（1）由于施工時間的要求，TGM支座灌漿料抗壓強度要確保在2 h內(nèi)達到30 MPa。施工時要做好試塊預留工作，并及時送往實驗室，以便及時掌握灌漿料強度。

（2）千斤頂采用壓力和位移雙指標控制，施工期間保證梁體不產(chǎn)生大于0.5 mm的豎向位移。

（3）施工時要對梁體豎向位移、順橋向位移、橫橋向位移、軌道高程變化和鋼軌應力進行實時監(jiān)測，并根據(jù)具體的梁體形式設置相應的預警值和控制值。

（4）模板安裝要牢固，密封性良好，確保TGM支座灌漿料不會從鋼板接縫處溢出。

（5）做好軌道、波導管等橋面設備設施的防護工作，確保施工過程中不對橋面設備設施造成超出限值要求的影響。

（6）由于線路日停運時間一般為3.5 h左右，灌漿料養(yǎng)護需2 h，因此施工時間僅約為1.5 h，為此要嚴格控制節(jié)點工藝，細化施工時間，確保在有限的時間內(nèi)完成上墊石修復工作。

3.3 墊石局部加固補強法

該方法是采用專用灌漿料對下墊石脫空嚴重的病害支座進行局部補強，補強過程中梁體現(xiàn)狀位置和標高不發(fā)生變化。

3.3.1 工藝流程

施工準備→搭設作業(yè)平臺→清理脫空墊石→封閉墊石→灌漿料灌注→灌漿料養(yǎng)護→拆除封閉墊石鋼板（強度滿足設計要求）→施工完成。

3.3.2 施工過程分析

在軌道交通停運后，剔除下墊石松散部分的混凝土，并將周邊清理干凈，用薄鋼板對下墊石周圍進行封閉加固，然后采用高位漏斗法或壓力注漿法向脫空的下墊石注入專用灌漿料，灌注時應保證灌料的密實性，灌漿料要與支座下鋼板和墊石緊密貼合，中間無縫隙[12]，待灌漿料強度達到設計要求后拆除薄鋼板，施工完成。

3.3.3 施工技術要點

（1）灌漿料抗彎和抗壓彈性模量要與待加固構件混凝土材料的相應性能相近，并具有一定的流動性，以便能夠順利注入，此外還要具有塑性膨脹和硬化膨脹雙重效應，以保證注入后的密實性。

（2）由于施工時間的要求，灌漿料抗壓強度要確保在2 h內(nèi)達到20 MPa。施工時要做好試塊預留工作，并及時送往實驗室，以便及時掌握灌漿料強度。

（3）封閉的薄鋼板要密實，確保灌漿料不會從鋼板接縫處溢出。

（4）由于線路日停運時間一般為3.5 h左右，灌漿料養(yǎng)護需2 h，因此施工時間僅約為1.5 h，為此要嚴格控制節(jié)點工藝，細化施工時間，確保在有限的時間內(nèi)完成下墊石加固補強工作。

4 結論

目前北京軌道交通已經(jīng)采用同步頂升、預頂升+灌漿料修復墊石和墊石局部加固補強三種方法治理了將近150處橋梁支座病害，從工程效果看三種方法能夠滿足各項嚴格控制指標的要求，對軌道等重要設備影響較小，治理所需時間能夠滿足正常運營要求，治理效果較好。通過上述分析和實踐證明，以上三種方法適用于城市軌道交通橋梁病害支座治理工作，有一定推廣意義，對城市軌道橋梁養(yǎng)護維修工作有一定參考價值。