铁路桥梁支架病害修复治理技术研究与应用_周恒.pdf

煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1矿区铁路桥梁支架存在的问题 兖矿集团自营铁路大小桥梁共 43 座，长度约 5593 延米， 其中特大桥 2 座， 大桥 4 座， 其余为中小 桥， 主要结构形式为简支梁结构， 桥梁两侧为钢结构 支架支撑的人行道及护栏， 钢结构支架通过预埋的固 定螺栓与桥梁梁体连接。 钢结构支架与桥梁梁体连接 螺栓出现锈蚀、 脱落、 拔出， 支架角钢锈蚀、 开裂等现 象， 致使人行道及护栏钢结构支架出现下坠， 严重的 部分甚至出现人行道及护栏倾斜达 20，严重威胁 作业人员安全； 同时在人行道及护栏两侧， 常敷设有 铁路信号通信电缆及光缆、 电力电缆等， 一旦出现人 行道及护栏坠落， 将直接造成电缆光缆断裂， 中断铁 路行车， 存在极大的安全隐患。 2矿区铁路简支梁桥人行道及护栏支架病 害修复的必要性 鉴于矿区铁路多座简支梁桥人行道及护栏钢结 构支架 （以下简称 “桥梁支架” ） 存在的病害情况， 选取 一座具有代表性的桥梁进行病害修复治理技术研究 非常必要。电厂线 K5370 处的胜利河桥，桥长 159m， 结构为简支梁有碴桥， 桥梁两侧各设有钢结构 支架支撑的 1.5 米宽钢制人行道及护栏， 护栏东侧敷 设有槽钢防护的信号及通信电缆。 经 30 多年的应用， 该桥梁钢结构支架与桥梁固定连接螺栓出现锈蚀、 脱 落、 拔出， 支架锈蚀、 局部开裂等情况， 钢结构支架连 续失效导致桥东端两侧人行道及护栏出现整体倾斜 下坠 30～50cm， 长度 22.0m， 桥西部南侧局部护栏倾 斜下坠 30- 40cm， 长度 16.5m， 倾斜下坠倾角达 20 以上， 作业人员无法上桥作业； 同时桥梁护栏支架如 继续下坠会导致电缆光缆拉断，进而影响铁路运输。 如何解决矿区铁路简支梁桥钢结构支架存在的病害 问题， 消除线路存在的安全隐患， 确保铁路设施安全、 持续、 稳定运行， 是工程技术人员亟需解决的问题。 铁路桥梁支架病害修复治理技术研究与应用 周 恒 , 韩延勤 , 李桂君 （兖矿集团铁路运输处 ， 山东 邹城 273500 ） 摘要 兖矿集团自营铁路大小桥梁共 43 座， 长度约 5593 延米， 其中特大桥 2 座， 大桥 4 座， 主要结 构形式为简支梁结构， 桥梁两侧为钢结构支架支撑的人行道及护栏。随着使用年限的增长， 钢结构支 架与桥梁连接螺栓出现锈蚀、 脱落、 拔出， 支架角钢锈蚀、 开裂等现象， 致使人行道及护栏出现下坠， 严 重影响作业人员及铁路设施安全。 以电厂线胜利河桥两侧钢结构支架出现的病害为研究对象， 在保证 正常运输的情况下， 制定安全可靠、 经济合理的人行道及护栏钢结构支架病害修复治理技术并应用实 施， 既解决了钢结构支架病害， 又节约了资金， 消除桥梁人行道及护栏存在的隐患， 保证了作业人员安 全和铁路安全运输。 关键词 铁路简支梁桥 ； 钢结构护栏 ； 植栓加固 ； 修复治理 中图分类号 U445文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0095- 03 Research and Application of Railway Bridge Support Disease Repair and Treatment Technology ZHOU Heng , HANYanqin , LI Guijun （YankuangGroup RailwayTransportation Office , Zoucheng 273500 , China Abstract Yankuang Groups self- operated railway bridges have a total of 43 large and small bridges with a length of about 5593 linear me- ters, of which there are 2 super bridges and 4 bridges. The main structural is a simple supported beam structure. Guardrail. With the increase of the service life, the connection bolts between the steel structure bracket and the bridge appear to rust, fall off, pull out, and the angles of the bracket are corroded and cracked, which cause the sidewalks and guardrails to fall, which seriously affects the safety of workers and railway facilities. Taking the damages of the steel structure brackets on both sides of Shenglihe Bridge of the power plant line as research objects, under the condition of ensuring normal transportation, the safe and reliable, economical and reasonable sidewalk and guardrail steel structure bracket disease repair and treatment technology was developed and applied. The steel structure bracket is diseased, which saves money and eliminates the hidden dangers ofbridge sidewalks and guardrails, ensuringthe safety ofoperators and safe railway transportation. Keywords railwaysimply- supported beambridge ; steel structure guardrail ; plant bolt reinforcement ; repair and treatment 95 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 3治理技术方案 3.1设计方案及研发应用过程 本着科学合理、 安全可靠、 经济适用的原则， 开展 电厂线胜利桥梁支架病害修复治理技术研究， 消除矿 区铁路简支梁桥人行道及护栏存在的隐患。 结合桥梁 支架、 人行道及护栏存在的不同程度的病害， 研究在 不影响行车安全的前提下， 对支架采用自行设计螺栓 组件连接、 高强度化学螺栓锚固等新工艺、 新材料， 同 时对局部损坏严重的支架、人行道及护栏整体更换， 对既有电缆槽及电缆提前防护， 确保作业人员、 既有 设施及行车安全。研发应用过程 现场调查胜利河桥 桥梁支架、 人行道及护栏存在病害位置及程度→初步 方案设计→现场螺栓组件及锚固试验→完善设计图 纸 （见图 1 ） 和治理方案→治理机具及材料准备→人 行道电缆槽防护→桥梁支架加工、 制作→拆除失效护 栏及支架→清理道碴沟、 锚固化学螺栓→螺栓组合构 件安装→桥梁支架栏安装→人行道及护栏除锈、 刷 漆→电缆槽恢复。 图 1桥梁支架病害修复治理设计图 3.2关键技术 3.2.1自行设计固定螺栓组合构件 胜利河桥既有桥梁钢结构支架上部螺栓安装位 置处于梁体挡碴墙上部边缘，挡碴墙顶部宽度约 15cm， 长时间风化出现裂纹脱落现象， 并且内部钢筋 密布无法直接钻眼锚固螺栓。为避免损伤桥梁钢筋， 根据现场情况， 课题组经过多次现场试验、 研究论证， 自行设计了桥梁支架固定螺栓组合构件（如图 1 所 示 ） 。具体设计方案 在桥梁钢筋空隙钻眼， 用加工 L 型螺栓穿眼与桥梁内侧锚固的化学螺栓焊接， 桥梁内 侧清理石碴至梁体底板，在地板钻眼锚固化学螺栓， 用等直径的钢筋与 L 型螺栓焊接，在梁体内侧 L 型 螺栓水平段套置一块加工好的钢板（200*150*8 ） ， 钢 板紧贴梁体内侧壁与螺栓焊接。 L型螺栓、 方形钢板、 底板锚固化学螺栓连成一体成为固定螺栓组合构件。 在梁体内侧组件周围绑扎 “井” 字形钢筋网， 梁体内壁 凿毛用 C30 砼将螺栓组合构件与钢筋网浇筑在一 起， 新浇筑砼体积为 350*250*300。用加工 L 型螺栓 穿眼与桥梁内侧底板锚固的化学螺栓用等直径的钢 筋焊接，在梁体内侧 L 型螺栓水平段套置一块钢板 （200*150*8 ） 。锚固支架的同时对桥梁挡碴墙起到加 固作用。 图 2固定螺栓组合构件及安装设计图 3.2.2引入、 应用高强度化学螺栓锚固 支架下部螺栓及内侧底板采用高强度化学锚固 螺栓， 锚固力强， 形同预埋无膨胀应力， 经试用后效果 良好。 高强化学锚栓是由乙烯基树脂为主体原料的高 强度锚栓， 耐酸碱、 耐低温、 耐老化耐热性能良好， 常 温下无蠕变耐水渍，在潮湿环境中长期负荷稳定， 抗 焊性、 阻燃性能良好， 抗震性能良好； 其优势是锚固力 强， 形同预埋无膨胀应力， 边距间距小安装快捷， 凝固 迅速， 节省施工时间； 采用玻璃管包装利于目测管剂 质量， 玻璃管粉碎后充当细骨料， 粘接充分。 具体实施 方案 采用 M20260 螺栓， 化学胶管为 HYJ20， 钻孔 直径为 24mm， 钻孔深度 170mm， 钻孔时根据螺栓规 格对应直径与深度要求， 钻孔完毕用毛刷和气筒彻底 清空， 通常反复三次； 植入胶管将高强化学胶管按方 向植入孔中， 埋入螺栓， 用电动工具将螺栓钻入孔中， 钻速应不大于 750r/min； 静置硬化， 根据治理现场环 境温度， 等待足够时间硬化； 最后安装角钢支架。 3.2.3人行道及护栏的局部更换及加强修复治理 依据设计院出具的设计方案， 需对胜利河桥 （长 175m ） 两侧人行道及护栏全部更换， 需治理资金 80 万 元。课题组针对桥梁支架、人行道及护栏损坏轻重不 一， 多次组织现场评估、 鉴定、 测量， 确定对严重下坠部 （下转第 99 页 ） 96 ChaoXing （上接第 96 页 ） 分进行了整垮拆除更换 （两侧共计 60.5m ） ， 对其他部位 进行了加固处理 （100 处 ） 的方案。根据桥梁人行道宽 度确定支架长度， 支架采用 L75758 角钢， 手弧焊 形式焊接， 下料时加工坡口， 将焊缝两侧 20～30mm范 围内用丙酮擦净。 焊接时不要在焊件上随意引弧， 焊后 可采取强制冷却措施， 加速接头冷却速度。 图 3桥梁人行道及护栏、 支架断面图 4桥梁支架病害修复治理技术的应用效果 课题组组织完成了电厂线胜利河桥桥梁支架的 病害修复治理， 经过 1 年多的现场持续应用， 效果 良好， 有效解决了桥梁支架关键节点病害治理的问 题， 消除了安全隐患， 确保了作业人员、 铁路设施及 行车安全， 实现了铁路运输的安全畅通； 该治理方 案因地制宜、 安全可靠、 成本低、 易实施， 提高了治 理效率， 节约了大量资金； 为矿区铁路桥梁支架、 人 行道及护栏修复治理提供了科学依据与指导， 对其 他地段出现类似问题的桥梁均可参照治理， 具有广 泛的推广应用价值。 作者简介 周恒 （1982-） ， 男， 汉族， 山东省金乡县人， 2005 年毕业 于山东科技大学自动化专业， 工程硕士， 现就职于兖州煤业 股份有限公司铁路运输处， 从事铁路工程、 技术管理工作， 工 程师。 （收稿日期2020- 2- 6） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 网、 铺网， 同时需要工人频繁搭接， 以致工作面所挂的 网片整体性较差。 由于淋水的影响， 致使金属网锈蚀， 给现场带来严重的安全隐患。 2 ） 矿用柔性网片是一种新型树脂纤维聚合网片， 一般采用高强度、 高模量、 低蠕变的聚合长丝纤维经 纬向整体编织及表面涂层处理制成。 柔性网片单片宽 度 5m， 长度 100～500m， 可根据井下工作面实际的使 用尺寸提前在地面编织为整体网片。 网片经纬向无弯 曲状态， 交叉点全部用高强纤维长丝针织捆绑结合起 来， 形成牢固的结合点， 可以充分发挥网片的整体稳 定性和特殊力学性质。 3效果分析 1 ） 有效的减少了三号探巷支护失效频率。 2 ） 锚杆加长锚固对巷道周围煤体有更好的约束 作用， 提高了锚杆的支护作用。 3 ） 锚索预紧力的提高有效的控制了巷道围岩的 前期变形。 4 ） 对于全长锚固， 应力、 应变沿锚索长度方向分布 极不均匀， 离层和滑动大的部位锚索受力很大， 杆体受 力对围岩变形和离层很敏感，能及时抑制围岩离层和 滑动， 支护刚度高的同时提高了锚索的抗剪性能。 5 ） 矿用柔性网片具有网片面积大、 柔韧轻盈、 抗 拉力强、 阻燃抗静电性能优异、 重量轻、 便于运输的特 点。 网片施工过程工人劳动强度小、 灵活性强， 可预制 成不同强度和规格； 另外由于网片网孔小， 减少了顶 板漏矸问题， 极大地提高了施工安全性。 4总结 1 ） 冲击地压矿井来说， 煤巷掘进支护出现大范 围高频次失效后应立即停止掘进分析原因，采取措 施进行处理，保证支护强度的同时降低经济指标为 首要问题。 2 ） 针对现场出现的支护失效问题对巷道支护进 行系统性优化， 提高系统整体支护效率， 提高掘进 速度， 降低巷道支护综合成本， 解决生产接续紧张 等问题。 作者简介 侯会伟1986- ， 男， 汉族， 山东省济宁市人， 2010 年毕业 于山东科技大学采矿工程专业， 本科。现就职于山东省天安 矿业集团有限公司， 从事安全管理工作， 工程师。 （收稿日期 2020- 2- 6） 99 ChaoXing