客運專線梁場設(shè)置方案綜合性分析

孫玉蘭

(哈大鐵路客運專線有限公司，遼寧沈陽 110002)

哈大鐵路客運專線(以下簡稱哈大客專)縱貫東北三省，途經(jīng)3個省會城市(哈爾濱、長春、沈陽)、1個計劃單列市(大連)和6個地級市(營口、鞍山、遼陽、鐵嶺、四平、松原)。線路正線全長903.939 km，其中遼寧省553.103 km，吉林省269.685 km，黑龍江省81.151 km。

哈大客?？偣て?9個自然月，跨越冬二區(qū)至冬五區(qū)，每年冬休3個月，因此施工有效月僅為44個月。其中，站前工程為44個自然月，32個有效月，而箱梁預制和架設(shè)兩項在關(guān)鍵線路上就占了22.3個自然月，16.3個有效月。因此，作為箱梁預制和架設(shè)實施主體的梁場是哈大客專施工組織設(shè)計的關(guān)鍵?，F(xiàn)根據(jù)哈大客專各梁場的現(xiàn)場情況進行綜合性分析。

1 哈大客專梁場設(shè)置概況

哈大客專全線共設(shè)置了31個梁場，382個制梁臺座，2 300個單層存梁臺座，412個雙層存梁臺座。根據(jù)標段劃分情況，梁場設(shè)置呈現(xiàn)出三區(qū)段性。哈大客專梁場任務(wù)劃分曲線圖見圖1，哈大客專梁場綜合指標見表1。

圖1 哈大客專梁場任務(wù)劃分曲線

第一區(qū)段為大連—沈陽段，梁場設(shè)置總體呈現(xiàn)不均衡性。該區(qū)段架梁供應(yīng)范圍為333.06 km，箱梁預制和架設(shè)任務(wù)為7 508孔，共設(shè)置了12個梁場，平均制架梁任務(wù)應(yīng)為626孔，平均運梁半徑應(yīng)為13.9 km，而實際單個梁場承擔的最大制架梁任務(wù)為990孔(5#)，占區(qū)段比例的13.2%，最小制架梁任務(wù)為277孔(1#)，占區(qū)段比例的3.7%;最大運梁半徑為24.8 km(4#大里程)，最小運梁半徑為4.3 km(7#大里程)。該區(qū)段梁場任務(wù)劃分見圖2。

表1 哈大客專梁場綜合指標

圖2 哈大客專大連—沈陽段梁場任務(wù)劃分餅圖

第二區(qū)段為沈陽—四平段，梁場設(shè)置相對均衡，規(guī)模普遍較大。該區(qū)段架梁供應(yīng)范圍為161.04 km，箱梁預制和架設(shè)任務(wù)為3 214孔，進場初期共設(shè)置了4個梁場，其任務(wù)依次為907孔、661孔、888孔、758孔。2009年5月因受地方征地拆遷和優(yōu)化工期影響，新建了16#-1梁場，梁場數(shù)量增至5個，13#—15#梁場任務(wù)保持不變，16#梁場任務(wù)調(diào)整為581孔，16#-1梁場任務(wù)為258孔(含第三區(qū)段81孔)，共計3 295孔。該區(qū)段梁場任務(wù)劃分見圖3。

圖3 哈大客專沈陽—四平段梁場任務(wù)劃分餅圖

第三區(qū)段為四平—哈爾濱段，梁場設(shè)置較均衡，規(guī)模適中。該區(qū)段總長度為323.57 km，箱梁預制和架設(shè)任務(wù)為8 584孔(后調(diào)整為8 503孔)，共設(shè)置了14個梁場，平均制架梁任務(wù)為607孔，平均運梁半徑為11.95 km，實際各梁場的制架梁任務(wù)均未超出平均值的20%，大小里程運梁半徑的比例除個別梁場外均接近于1。該區(qū)段梁場任務(wù)劃分見圖4。

圖4 哈大客專四平—哈爾濱段梁場任務(wù)劃分餅圖

2 哈大客專梁場設(shè)置分析

梁場設(shè)置除需考慮線路沿線的地形地貌、水文地質(zhì)、交通運輸、地材資源、社會經(jīng)濟等因素外，還要著重考慮施工總工期、制架梁工期、資金成本等因素。下面對三個區(qū)段的特點進行分析。

2.1 第一區(qū)段

大連至沈陽段梁場設(shè)置主要受兩種因素影響:

1)自然地理環(huán)境。該段從地形地貌來看以大石橋為界可分南北兩段，南段即大連至大石橋段，以剝蝕丘陵為主，地形起伏變化較大，溝谷及洼地發(fā)育，因此該段路基、橋梁、隧道結(jié)構(gòu)物相互交錯，為梁場的設(shè)置增加了一定難度。北段即大石橋至沈陽段，為沖洪積平原，地形平坦開闊，局部地段地勢稍高，因此該段除鞍山設(shè)置一座隧道外，其余地段主要為特大橋梁，梁場設(shè)置條件相對較好。

2)資金成本。哈大客專第一區(qū)段縱貫了遼寧省東南沿海經(jīng)濟發(fā)達地段和遼中老工業(yè)基地區(qū)，沿線不但房屋密集、企業(yè)林立，且密布海產(chǎn)品養(yǎng)殖場和經(jīng)濟林木作物區(qū)，梁場土地使用成本高。

因此，大連至大石橋段的梁場規(guī)模普遍較小，由圖1、圖2均可以看出1#—4#梁場制架梁任務(wù)較小，僅占該區(qū)段的3.7% ～6.0%，梁場占地、制存梁臺座數(shù)量也都相對偏少;而大石橋至沈陽段除5#(隧道隔斷)和12#(靠近沈陽市區(qū))梁場外，其它梁場規(guī)模、制架梁任務(wù)和運梁半徑等指標都比較適中。

2.2 第二區(qū)段

沈陽至四平段主要位于遼北地區(qū)，地貌單元屬于遼河平原，地形較為平坦，比較有利于梁場的設(shè)置。但進場之初，本著“因地制宜、少占耕地，永臨結(jié)合”的原則，該段僅設(shè)置了4個梁場，其中14#，15#，16#分別與鐵嶺、開原和昌圖站相結(jié)合，規(guī)模較大。

2.3 第三區(qū)段

四平至哈爾濱段的地貌單元屬于松嫩平原，地勢總體呈中間高南北低，地形較為平坦，河流水系發(fā)達，交通便利，各方面都比較有利于梁場的設(shè)置。因此該段梁場設(shè)置總體比較均衡，梁場各指標適中合理。

3 哈大客專梁場設(shè)置綜合性評定

梁場設(shè)置的效果如何可通過多種方式進行評定，而最直接可行的評定指標，則是梁場設(shè)計制梁能力的發(fā)揮程度。為此，特提出制梁臺座空置率這一概念并以此進行分析。哈大客專梁場箱梁預制周期和制梁臺座空置率曲線見圖5。

圖5 哈大客專梁場箱梁預制周期和制梁臺座空置率曲線

3.1 箱梁預制周期

箱梁預制周期即梁場自生產(chǎn)首片箱梁起，直至所承擔的箱梁預制任務(wù)完成為止所持續(xù)的施工天數(shù)(施工天數(shù)=日歷天數(shù)—冬休天數(shù))，記為Tf。

由圖5可以看出:①哈大客專的箱梁預制周期(16#-1梁場除外)變化范圍為245≤Tf≤468，平均值Tfa=353 d;31個梁場中有25個箱梁預制周期變化范圍為300＜Tf＜450。②哈大客專的箱梁預制周期呈現(xiàn)出兩區(qū)段性，即以16#-1梁場為界，分為南段的遼寧省內(nèi)的1#—16#梁場和北段的吉林、黑龍江省內(nèi)的17#—30#梁場兩段。南段16個梁場箱梁預制周期相差不大，除4#，5#梁場外350＜Tf＜450;北段14個梁場箱梁預制周期非常接近，除 19#，20#，28#梁場外 250 ＜Tf＜350，其中有8個梁場箱梁預制周期均在300 d左右，南北兩段Tf值區(qū)間跨度相差了約100 d。

3.2 制梁臺座空置率

制梁臺座空置率即每個制梁臺座的空置時間占有效工作時間的比例，公式為

式中:ηv為制梁臺座空置率，理想情況下ηv=0;qf為制梁臺座數(shù);Qg為箱梁預制孔數(shù);A為先期建設(shè)的武廣、鄭西等線路每生產(chǎn)一片箱梁需占用制梁臺座的持續(xù)時間，取 5.5 d/孔。

由圖5可以看出:①哈大客專的制梁臺座空置率計算值較高，－7.7%≤ηv≤97.3%，平均值 ηva=26.3%。②哈大客專的制梁臺座空置率折線也呈現(xiàn)出三區(qū)段性。第一區(qū)段(1#～12#梁場)，除 1#，12#梁場外，制梁臺座空置率變化范圍為10% ＜ηv＜50%，平均為30%;第二區(qū)段(13#～16#梁場)，4個梁場制梁臺座空置率數(shù)值較大，依次為67.6%，74.4%，97.3%，36.5%，平均為69.0%;第三區(qū)段(17#～30#梁場)，14個梁場中的9個制梁臺座空置率變化范圍為－7.7%≤ηv≤8.7%，制梁臺座計算周轉(zhuǎn)率均在5～6 d，與經(jīng)驗數(shù)據(jù)基本相符。

3.3 綜合性分析

從制梁臺座空置率計算公式可以看出，梁場規(guī)模確定的條件下制梁臺座空置率ηv受唯一的自變量Tf影響。而影響箱梁預制周期Tf的因素有很多，涵蓋了箱梁預制和架設(shè)施工全過程中的各種因素，具體可分為:①梁場設(shè)置方案的影響，梁場設(shè)置的不均衡性和規(guī)模過大會導致箱梁預制周期增加(南北兩段Tf值區(qū)間跨度相差約100 d);②梁場內(nèi)因素，如生產(chǎn)工人業(yè)務(wù)不熟練、設(shè)備故障率較高、梁場取證周期長等;③梁場外因素，架梁通道不暢導致箱梁預制周期增加;④其它因素，如惡劣天氣影響無法施工等。

需特殊說明的是，與其他線路不同，哈大客專因處在我國東北嚴寒地區(qū)，冬季時間較長，受持續(xù)負溫影響相對嚴重。最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年哈大客專全線負溫天數(shù)自南往北為128～203 d，而哈大客專的指導性施工組織確定每年12月至次年2月定為冬休期，共計90 d，因此箱梁預制周期中約有38～113 d為負溫作業(yè)天，平均值Tfn=75.5 d，受此影響，制梁臺座占用時間增加，制梁功效降低。因此哈大客專的制梁臺座空置率均值ηva需進行修正。具體計算過程為

其中，T'fa為修正后箱梁預制周期均值;ηva為修正前制梁臺座空置率均值;η'va為修正后制梁臺座空置率均值;qfa為制梁臺座數(shù)均值;Qga為預制箱梁數(shù)均值;B為負溫作業(yè)時，每生產(chǎn)一片箱梁需占用制梁臺座的持續(xù)時間，取7 d/孔;k為修正系數(shù)。

由上述計算可以看出，受負溫影響，哈大客專制梁臺座空置率均值僅為5.42%，證明設(shè)計制梁能力在箱梁預制周期內(nèi)得到了較大發(fā)揮。同時說明，負溫對嚴寒地區(qū)箱梁預制周期和制梁臺座空置率影響較大。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)方法是綜合考慮梁場位置、規(guī)模、交通運輸條件、地材資源、計劃工期等因素，確定梁場設(shè)置方案的，雖然也進行方案比選，但沒有固定的衡量標準。本文應(yīng)用制梁臺座空置率進行分析，使得梁場設(shè)置方案的屬性數(shù)字化，可以更加科學、經(jīng)濟、合理地確定梁場設(shè)置方案。

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