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铁路客站钢结构雨棚安全管理及整治提升

发布时间:2022年3月24日 点击数:435

0 引言

铁路客站钢结构雨棚作为重要的临线(跨线)设施,为铁路旅客便捷、舒适乘降提供了重要保障。随着铁路房屋建筑工程的快速发展,雨棚已成为与铁路线路空间关系最近、可靠度保障要求最高、与工务及供电等专业交叉最紧密的房建设备。

在雨棚的设计阶段,从早期的北京站大跨度悬挑桁架结构到近期的雄安站箱型钢管柱框架结构,谷邛英[1]、范重等[2]学者就雨棚的结构选型、静力计算、动力时程分析等进行了研究;在施工阶段,康力涛[3]、陈月平等[4]就无站台柱雨棚和装配式雨棚的施工工序、技术措施、施工过程监测等展开了研究。但针对雨棚建成后的日常运维、改造提升研究较少。

目前,我国早期设计建设的雨棚服役时间已普遍超过20年,近年来相继发生的雨棚故障已对列车行车安全造成影响。同时证明了铁路客站钢结构雨棚安全管理及整治提升的必要性和紧迫性,中国国家铁路集团有限公司(简称国铁集团)工电部《2021年房建工作要点》[5]明确提出将无站台柱雨棚防脱落作为房建安全风险管控的重点之一。

1 概况

我国钢结构雨棚的建设主要历经了3代,第1代是混合结构雨棚(主体结构以混凝土柱结构为主,仅梁和屋面板采用钢结构),于1996年前后建设;第2代是有站台柱钢结构雨棚(主体结构和屋面板均为钢结构,见图1 (a)),于2000年前后建设;第3代是大跨度无站台柱雨棚(见图1 (b)),2004年建成的北京站无站台柱雨棚是我国首个无站台柱雨棚,随后广泛应用于特等站和早期建设的京津、京广、京沪高铁沿线车站。

2012年,由于连续发生雨棚屋面、吊顶板坠落事故,为从源头提高雨棚结构强度,加大雨棚安全储备,原铁道部出台《关于印发<铁路客站雨棚专项整治会议纪要>的通知》[6]《关于加强中小型客站雨棚设计工作的通知》[7],要求对2003年以来开通运营的客站雨棚全面进行检查、加固,中小型客站原则上采用有站台柱雨棚,并出台了中小型客站雨棚推荐形式(见表1),我国雨棚建设又重新以有站台柱雨棚为主。

图1雨棚形式

图1雨棚形式  下载原图


  

表1 中小型客站雨棚推荐形式  下载原图



表1 中小型客站雨棚推荐形式

2 安全风险

2.1 全路雨棚安全事件统计分析

通过梳理雨棚安全风险,对全路发生的代表性雨棚安全事件进行收集、分析,发现客站钢结构雨棚存在的突出安全风险主要包括:围护结构风揭脱落、部件松脱;钢结构主体结构杆件及焊缝开裂。钢结构雨棚安全风险类型见表2。围护结构部件松脱占比达87%,其安全管理已经成为雨棚安全管理的核心。

  

表2 钢结构雨棚安全风险类型  下载原图



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表2 钢结构雨棚安全风险类型

2.2 武汉局集团公司管内雨棚安全风险

在梳理全路通报的雨棚安全事件之外,通过对中国铁路武汉局集团有限公司(简称武汉局集团公司)管内雨棚安全风险进行排查,发现雨棚主要安全风险主要包括:雨棚结构锈蚀,结构部件及附属设施松动、开裂,施工遗留物清理不彻底等。

(1)钢结构锈蚀。钢结构锈蚀组成见图2。

图2 钢结构锈蚀组成

图2 钢结构锈蚀组成  下载原图


(2)结构部件及附属设施松动、开裂。主体结构存在的主要病害为螺栓松脱,结构构件开裂等,结构部件及附属设施松动、开裂组成见图3。

(3)施工遗留物清理不彻底。遗留施工马道、钢筋、屋面板材、角钢、砂轮等材料。分布在雨棚柱顶、柱间横梁、吊顶夹层部位。

通过对全路雨棚安全事件统计分析和武汉局集团公司管内雨棚安全风险排查表明,围护结构的病害及潜在故障是最主要的雨棚安全风险。

图3 结构部件及附属设施松动、开裂组成

图3 结构部件及附属设施松动、开裂组成  下载原图


3 安全管理措施

3.1 安全管理SWOT分析

针对以上雨棚主要安全风险,通过态势分析法(SWOT)对雨棚安全管理进行分析,钢结构雨棚安全管理SWOT分析矩阵见表3。

3.2 安全管理措施

(1)坚持将雨棚设备故障作为雨棚安全管理发展的新契机。土地房产部各级干部和专业技术人员全员上阵分片包保,全程参加各段隐患排查作业。各房建生活段切实增强对房建设备安全、特别是雨棚结构部件松脱关系到运输安全和公共安全的重要性认识,做到“真排查”,坚决克服以往对钢结构检查的侥幸心理和无所作为等思想。

(2)坚持立足自身主动作为与运用先进科技手段相结合。土地房产部层面积极与科研机构和高校开展合作,探索钢结构检测监测新技术应用和登高检查工机具研究。各房建生活段层面立足自身,创新工作方法,研制简易登高作业平台等小发明、小创造,联系工务、供电等兄弟单位采用轨道车及转运曲臂车、使用供电作业车等方式大幅提高排查效率。

(3)坚持应急处置与全面排查整治相结合。各房建生活段全面落实钢结构雨棚装饰部件敲击检查工作,重点完成施工遗留物清理和雨棚结构部件松动的临时加固。同时,扩大排查范围,全面摸清管内客站钢结构雨棚存在的锈蚀、开裂等设备病害,以及缺失技术资料、缺少相应检测工机具等管理方面问题。

(4)坚持抓新建车站提前介入源头质量控制与提高现场工班日常巡检质量相结合。重新修订完善《集团公司房建设备提前介入实施细则》,进一步明确房建设备在可研、施工图、施工等各个阶段的介入检查重点、检查机构和人员分工、检查问题协调销号等机制。与科研、检测单位联合在高铁训练段举办钢结构检查检测技术培训班,提高房建生活段、车间、工区各级专业技术人员的钢结构理论知识和焊缝探伤等实操技能水平,切实提高钢结构基础病害的排查发现能力。

(5)坚持先行先试与及时吸纳全路好的做法相结合。近年来,武汉局集团公司房建系统主动探索,先后拆除2个车站的雨棚吊顶板,从根本上消除松脱隐患。同时,先后采用石墨烯防腐涂料、水性防腐涂料等新材料、新工艺完成钢结构锈蚀病害整治。

4 整治提升措施

当前,全路钢结构雨棚已大规模投入使用近10年,从各类通报看,近年来钢结构雨棚安全事故和安全事件频发,严重影响正常运输秩序,钢结构主体结构失稳甚至会造成灾难性后果。雨棚金属屋面渗漏水、钢结构主体结构锈蚀等病害也严重影响站容、站貌和客运服务品质。全面整治钢结构雨棚存量病害、消除安全隐患、防范安全风险已迫在眉睫。整治提升措施的关键是应用新型检测技术,及时准确地发现病害和故障;研究整治加固措施,切实可行地消除病害和故障。

  

表3 钢结构雨棚安全管理SWOT分析矩阵  下载原图



表3 钢结构雨棚安全管理SWOT分析矩阵

4.1 检测技术应用

(1)雨棚钢结构检测监测新技术应用。将基于视频的雨棚钢结构风致振动智能监测技术应用于雨棚封边板的振动监测中(见图4)。以非接触方式监测高速列车通过时,各封边板的振幅时程数据(见图5)。将监测数据与有限元仿真计算得出封边板的正常振幅对比,及时有效发现松动的封边板。

图4 封边板振动图像

图4 封边板振动图像  下载原图


图5封边板振幅时程曲线及振动频率

图5封边板振幅时程曲线及振动频率  下载原图


(2)登高检查工具研发。研发轻型高空作业平台(见图6)。配备底盘移动模块、高空升降模块、视觉检测模块、激光除锈模块。对人员无法到达的吊顶管联内部进行检查(见图7)。

(3)视觉检测模块。通过获取的图像进行灰度化、图像滤波、图像增强、去噪等步骤输出裂缝图像(见图8、图9)。

针对钢结构雨棚主体结构病害,受限于检查条件和人员业务水平,对一些深层次结构病害难以及时发现。为此,土地房产部积极与检测单位对接合作,对管内钢结构雨棚进行可靠性检测鉴定,重点围绕结构变形、材料强度、截面有效厚度、焊缝质量等方面进行检测,并进行承载力复核,及时有效发现雨棚钢结构的缺陷、病害。

图6 轻型高空作业平台

图6 轻型高空作业平台  下载原图


图7 管联内部

图7 管联内部  下载原图


图8 裂缝图像化处理流程

图8 裂缝图像化处理流程  下载原图


图9 图像检测

图9 图像检测  下载原图


4.2 整治措施

(1)钢结构主体结构锈蚀整治。钢结构具有易腐蚀的特点,客站钢结构雨棚均露天,受气候、大气污染、钢结构自身防腐工艺等影响较大。全路钢结构雨棚普遍出现了锈蚀现象[9],东南沿海地区以及受污染严重地区尤为突出。《铁路运输房建设备大修维修规章(试行)》规定,已使用年限小于25年的室外钢结构涂装,综合维修周期为10年;大于25年的综合维修周期为5年。针对此类隐患优先对已腐蚀到结构层的雨棚进行全面整治,确保一级焊缝无锈蚀,逐步对涂膜剥离、油饰起泡等病害进行整治。优先采用耐腐蚀性能好、锈转移(免除锈)、附着力强、抗盐雾性好、抗老化、施工工艺好的新材料。

(2)屋面板锈蚀整治。武汉局集团公司管内钢结构雨棚金属屋面板主要有4种类型:单层彩钢板、彩钢夹芯板、镀锌压型钢板、铝镁锰合金板。单层彩钢板和彩钢夹芯板的使用寿命普遍为8~10年,厚度仅为0.6 mm,锈蚀后若打磨除锈,板厚将进一步缩减,强度和可靠性直线下降,目前《铁路旅客车站设计规范》和《铁路旅客车站细部设计指南》均已禁止使用单层彩钢板作为站房和雨棚屋面,推荐使用1.0 mm厚的铝镁锰合金板和镀锌压型钢板作为金属屋面板。

针对此类病害,结合技术改造和客站基础设施改造,将管内单层彩钢板和彩钢夹芯板金属屋面更换为1.0 mm厚的铝镁锰合金板或镀锌压型钢板。对已锈蚀的压型钢板以除锈刷漆为主,后期逐年将0.6 mm厚的压型钢板更换为1.0 mm厚的铝镁锰合金板或镀锌压型钢板。

(3)吊顶板松脱整治。雨棚吊顶板的主要作用是遮挡雨棚内部的管线、保温层,增强美观性,多采用卡扣、自攻螺钉、拉铆钉等固定方式与金属龙骨连接,细部构造较多,每座雨棚有上万个连接点,长期受列车震动、风荷载、大气环境等外部环境和原施工质量等内在因素影响,极易出现松动、脱落现象,尤其是线路正上方的吊顶板,脱落后将直接威胁行车安全。

雨棚吊顶板日常巡检难度较大,尤其是吊顶板内部的龙骨锈蚀等病害不易发现,吊顶板拆除后不仅可从源头消除脱落隐患,而且可以更直观地对雨棚渗漏、锈蚀等病害进行巡检,提升病害发现的时效性。针对此类隐患以拆除为主,拆除前应充分评估吊顶拆除对屋面抗风揭性能的影响及对内部管线的影响,由设计单位出具改造说明和图纸。保留大型客站雨棚吊顶板,加强高空作业平台应用,及时除锈和加固。

(4)檐口板松脱整治。雨棚檐口板的主要作用是遮挡挑檐内部构件不受雨水浸蚀和增加建筑美观。雨棚檐口板主要材质为单层彩钢板、彩钢夹芯板、铝单板、压型钢板4类,采用自攻螺钉、拉铆钉等固定方式与金属龙骨连接,受主材、龙骨锈蚀,钉眼松动等影响,松脱风险较大,檐口板一般在线路正上方或紧邻股道,安全风险较大。

单层彩钢板、彩钢夹芯板、压型钢板檐口板主要建设于2009—2012年,已使用约10年,此类板材设计寿命一般为10~15年[10]。目前,全路新建站房、雨棚檐口板一般采用铝单板,具有质量轻、刚性好、强度高、不燃烧性及耐久性和耐腐蚀性好的特点,并且铝单板工艺性好,便于根据现场需求加工成型。针对檐口板松脱类隐患,将单层彩钢板、彩钢夹芯板、压型钢板檐口板更换为铝单板,委托设计单位对既有铝单板檐口板进行二次加固,进一步提升可靠性。

5 结论

近年来,铁路客站钢结构雨棚相继出现的故障、事故表明提升雨棚安全管理工作质量、开展整治提升已刻不容缓。通过对雨棚的安全风险统计分析,提出安全管理和整治提升措施。

(1)雨棚安全事件中,围护结构部件松脱占比最大,达到78%。围护结构的病害及潜在故障是最主要的雨棚安全风险,对围护结构部件松脱的安全管理应成为雨棚安全管理的核心。

(2)雨棚安全管理机遇与挑战并存。应坚持将雨棚设备故障作为雨棚安全管理发展的新契机;坚持立足自身主动作为与运用先进科技手段相结合;坚持抓新建车站提前介入源头质量控制与提高现场工班日常巡检质量相结合;坚持先行先试与及时吸纳全路好的做法相结合。

(3)雨棚整治提升应加强新型检测技术应用,及时准确地发现病害和故障。针对主体结构锈蚀、屋面板锈蚀、维护结构松脱等故障隐患,采取切实可行的整治加固措施,分类分项将病害和故障消除。

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