高鐵橋梁施工中大型施工車輛變線技術(shù)探討

王外存，李 松，唐 英，張三峰

(1.中鐵三局集團(tuán)有限公司，太原 030008;2.西南交通大學(xué) 土木學(xué)院，成都 610031;3.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，成都 610031)

受施工條件、施工工期、施工環(huán)境等多方面因素的影響和制約，在兩條并行高速鐵路的橋梁施工中，常常需要將一些重型施工機(jī)具(如架橋機(jī))以及預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁(如900 t級箱梁)等重型施工荷載從橋上由一條線路轉(zhuǎn)移到相鄰的另一條線路上。實際施工中，一般采用900 t級運(yùn)梁車從一座橋梁上將這些重型裝備跨線運(yùn)送到相鄰的另一座橋梁上。運(yùn)梁車的這種跨線運(yùn)送施工荷載的過程通常被簡稱為變線過程。顯然，大型施工車輛變線過程中的運(yùn)行方式與運(yùn)營階段高速列車的正常運(yùn)行方式不同。從結(jié)構(gòu)分析的角度看，兩者對橋梁結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)必然存在較大的差異［1］。其中，高速列車對梁的作用主要體現(xiàn)為彎曲效應(yīng)，而重型施工車輛變線過程中對梁的偏載作用勢必使梁中產(chǎn)生更為明顯的彎扭聯(lián)合作用效應(yīng)。再加上相對于高速列車而言，900 t級運(yùn)梁車對梁的作用荷載更為集中，使得這類重型施工車輛對梁可能產(chǎn)生比高速列車對梁更為不利的作用效果。由于常規(guī)設(shè)計中未考慮這類重型施工荷載對梁所產(chǎn)生的上述復(fù)雜的力學(xué)效應(yīng)，若簡單地讓這類重型施工車輛直接在相鄰的兩座橋梁上變線，對箱梁而言，則存在較大的安全隱患，甚至造成箱梁破壞，進(jìn)而引發(fā)施工事故。為確保施工和橋梁結(jié)構(gòu)的安全，有必要對高速鐵路施工中運(yùn)梁車的變線問題進(jìn)行分析和研究。然而，目前尚鮮見關(guān)于這類施工問題的措施或理論分析方面的報道，探討高速鐵路施工中重載施工車輛橋上變線施工技術(shù)，即成為當(dāng)前高速鐵路施工中亟待解決的重要施工技術(shù)問題之一。

本文將以900 t級運(yùn)梁車的變線仿真分析結(jié)果以及變線施工實踐為基礎(chǔ)，探討高速鐵路橋梁施工中大型重載施工車輛橋上變線施工技術(shù)。

1 工程背景

在某客運(yùn)專線并行橋梁施工中，擬采用HJ900 t架橋機(jī)為兩座并行橋梁分別架設(shè)225孔和237孔簡支梁。為適應(yīng)工期要求，施工中需要采用 DCY900A型運(yùn)梁車在相鄰兩座橋跨布置均為(60+100+60)m的連續(xù)梁橋上變線，以便將架橋機(jī)和待架設(shè)箱梁分批次轉(zhuǎn)運(yùn)到與之并行的另一條線路上。兩座連續(xù)梁橋橫橋向基本尺寸及相互位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 連續(xù)梁橫向相互位置關(guān)系(單位:mm)

DCY900A型運(yùn)梁車的基本參數(shù):16軸，相鄰軸距2.2 m，單軸有四輪，共計64個承載車輪。每個車輪接地面積為419 mm×680 mm，質(zhì)量約275 t。

運(yùn)送的混凝土箱梁質(zhì)量約900 t，運(yùn)送的架橋機(jī)質(zhì)量約680 t。

運(yùn)梁車變線過程中直接作用的兩片連續(xù)梁分別為單箱單室，變高度，變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。箱梁頂寬10.54 m，底寬6.7 m。梁體各控制截面梁高分別為:端支座處及邊跨直線段和跨中處為4.85 m，中支點處梁高7.85 m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑 R=377.542 m;頂板厚45 cm，腹板厚分別為50 cm、80 cm，底板厚由跨中的50 cm按圓曲線變化至中支點梁根部的94.8 cm，中支點處加厚150 cm。全橋共設(shè)5道橫隔梁。

2 相關(guān)問題及對策

2.1 設(shè)置橋面臨時承載結(jié)構(gòu)

盡管兩片平行的連續(xù)梁翼緣板間僅相距2 cm(如圖1所示)，從幾何尺度方面看，運(yùn)梁車可以直接橫跨這兩片平行的連續(xù)梁。但是，若讓運(yùn)梁車直接在這兩片梁間運(yùn)行，其車輪荷載將直接作用在箱梁翼緣板上。計算表明，重載運(yùn)梁車單胎作用力可達(dá)213.7 kN/輪。該荷載值已完全超出了連續(xù)箱梁原設(shè)計中考慮的箱梁翼緣板所能承受的荷載。因此，若讓運(yùn)梁車的車輪荷載直接作用在箱梁翼緣板上勢必會造成箱梁翼緣板破壞。為保證結(jié)構(gòu)安全，避免重載運(yùn)梁車變線過程中車輪荷載直接作用在箱梁翼緣板上，必須對橋面進(jìn)行處理，把運(yùn)梁車車輪荷載對翼緣板的直接作用方式變?yōu)殚g接作用方式。為此，本文采取在箱梁頂面搭設(shè)臨時結(jié)構(gòu)將荷載傳遞到箱梁腹板附近的施工措施來解決上述問題。

亦即在箱梁頂面運(yùn)梁車變線范圍內(nèi)鋪設(shè)3層分別由縱向鋼軌、橫向工字鋼和面層鋼板組成的臨時承載結(jié)構(gòu)對運(yùn)梁車輪壓荷載進(jìn)行分配(為便于敘述，以下將該承載結(jié)構(gòu)簡稱為“臨時承載結(jié)構(gòu)”)。臨時承載結(jié)構(gòu)的布置形式如圖2所示。其中:第一層是在箱梁腹板的正上方、順橋向鋪設(shè)4組鋼軌，每組由3根間距為300 mm的鋼軌組成;第二層是在鋼軌上、沿橫橋向按間距200 mm鋪設(shè)一層工字鋼(工字鋼型號為I28b);第三層是在工字鋼上鋪設(shè)一層5 mm厚的防滑鋼板。運(yùn)梁車從防滑鋼板上面橫向變線。

圖2 臨時承載結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

相關(guān)仿真計算結(jié)果顯示［2］，在運(yùn)梁車運(yùn)輸架橋機(jī)和32 m梁變線過程中，當(dāng)運(yùn)梁車沿預(yù)定變線路線(路線形式詳后)運(yùn)行至最不利變線位置時，I28b工字鋼中最大、最小應(yīng)力分別為6.67 MPa和 －6.75 MPa。I28b工字鋼與鋼軌之間的最大擠壓局部應(yīng)力約為12 MPa。鋼軌與預(yù)應(yīng)力混凝土梁之間的最大擠壓局部應(yīng)力約2.6 MPa。可見，臨時承載結(jié)構(gòu)可以滿足相關(guān)材料的承載力要求［3-5］。

此外，為方便運(yùn)梁車運(yùn)行，實際施工中還需在上述臨時承載結(jié)構(gòu)的兩端10 m范圍內(nèi)的箱梁頂面上鋪設(shè)級配碎石順坡。

2.2 走行路線及變線位置的合理選取

確定運(yùn)梁車在橋上的變線運(yùn)行路線時，主要應(yīng)從行車的平順性以及有利于結(jié)構(gòu)受力并注意施工需要等三個方面進(jìn)行綜合考慮。依據(jù)DCY900A型運(yùn)梁車和相關(guān)承載結(jié)構(gòu)的特點，結(jié)合本次施工的實際需要，本文采用如圖3所示的由直線和大半徑圓曲線等組合而成的走行路線。

圖3 運(yùn)梁車走行線路

圖3中位于連續(xù)梁中跨跨中附近的，走行路線上由一片梁進(jìn)入另一片梁的位置點稱之為運(yùn)梁車走行過程中路線的跨線位置。在設(shè)計運(yùn)梁車變線路線過程中，從幾何尺度方面考慮并兼顧受力和實際施工需要等因素，初步確定的運(yùn)梁車走行路線與兩片連續(xù)箱梁的相對位置關(guān)系如圖3所示。然而，進(jìn)一步的仿真計算結(jié)果表明［2］，如果將運(yùn)梁車走行過程中的跨線位置設(shè)置為圖3所示位置，則位于B客運(yùn)專線的連續(xù)梁中會有部分區(qū)域的拉應(yīng)力將超出《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB 10002.3—2005)中C55混凝土的強(qiáng)度規(guī)定值，不能滿足規(guī)范要求。究其原因，主要是因為運(yùn)梁車變線過程中位于該片連續(xù)梁跨中的車輪偏多，跨中荷載相對較大的緣故。因此，在不影響施工的前提下，本文將運(yùn)梁車的走行路線在圖3中所示位置的基礎(chǔ)上向連續(xù)梁左端平移了5 m。仿真計算表明，運(yùn)梁車在向左平移了5 m后的走行路線變線的過程中，兩片連續(xù)梁均能滿足《新建時速200～250公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》中對梁體允許變形值和《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB 10002.3—2005)中對混凝土材料允許強(qiáng)度值的相關(guān)規(guī)定［6］。

可見，運(yùn)梁車走行過程中走行路線的跨線位置與梁體的相互位置關(guān)系將直接影響到箱梁的受力狀態(tài)，必須進(jìn)行相應(yīng)的理論計算，而不得隨意設(shè)置。依據(jù)計算結(jié)果并結(jié)合實際施工需要選擇好運(yùn)梁車走行路線的跨線位置是確保施工安全，消除施工隱患的必要環(huán)節(jié)。

2.3 縱向鋼軌間橫向聯(lián)結(jié)的設(shè)置

圖4所示是運(yùn)梁車變線過程中橋面臨時承載結(jié)構(gòu)的仿真計算結(jié)果。從圖4可以看出，在運(yùn)梁車變線走行過程中，臨時承載結(jié)構(gòu)中縱向布置的鋼軌將交替出現(xiàn)脫空和側(cè)向偏壓現(xiàn)象。因此，需要采取措施，方能確保鋼軌不側(cè)傾。

圖4 荷載作用下臨時承載結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)

依據(jù)計算結(jié)果，本文采用加強(qiáng)每組鋼軌橫向聯(lián)系的方法來增加鋼軌的橫向穩(wěn)定。具體做法是:對于4組縱向布置的鋼軌，分別在每組鋼軌的頂部，每隔1 m焊接1 cm厚連接鋼板，使之形成一個整體。

實踐證明，采用上述措施，可以有效地防止鋼軌側(cè)傾。

3 結(jié)語

隨著我國高速鐵路建設(shè)的深入發(fā)展，并行線路橋梁施工中重載施工車輛在橋上變線轉(zhuǎn)運(yùn)重型施工荷載，將成為高速鐵路橋梁施工中不可回避的一個施工環(huán)節(jié)。借助于結(jié)構(gòu)仿真分析結(jié)果和施工實踐經(jīng)驗，本文較為系統(tǒng)地討論了高速鐵路橋梁施工中重載施工車輛橋上變線過程中的關(guān)鍵性技術(shù)問題，并提出了相應(yīng)的處理措施。可為今后高速鐵路及其他線路中同類施工問題的解決提供指導(dǎo)和借鑒。

［1］馬耕.混凝土寬箱梁橋上運(yùn)梁過程仿真分析［J］.鐵道建筑，2011(1):1-3.

［2］西南交通大學(xué).錢江鐵路新橋南引橋900 t運(yùn)梁車變線仿真分析報告［R］.成都:西南交通大學(xué)，2011.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］140號 新建時速200～250公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.