鐵路D型便梁運架臺車研制及應(yīng)用

喬文祿

【摘 要】新建高鐵太原南站開通運營后，需增建1-6m綜合作業(yè)通道，長220m，下穿22股道，在不影響運營的條件下，對鐵路采用24米D梁進行線路架空加固，然后在D梁下方進行基坑開挖、綜合作業(yè)通道現(xiàn)澆施工。由于跨線股道多，D梁吊裝超出了汽車吊施工范圍，無法進行汽吊施工。為確保既鐵路運營安全，最大化降低施工對鐵路運營的影響，減少施工手續(xù)，降低特殊設(shè)備需求，自主設(shè)計制造了DQLJ-6.5-40型D型便梁不斷電運架臺車，論文介紹了運架臺車的設(shè)計建模、檢算及施工工藝、操作要點，為今后D型梁運架設(shè)計及施工方案的編制提供了技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】D型便梁；運架臺車；便梁運架；設(shè)計施工

引言

D型施工便梁是原鐵道部定型產(chǎn)品，在既有線上施工下穿式涵洞、地道、小橋、管道，對線路進行加固后方能施工，在路基上開挖灌注砼支墩后架設(shè)縱梁并在其上安裝鋼枕?，F(xiàn)有D型便梁安裝及拆除主要采用輪胎起重機或軌道起重機吊裝作業(yè)。使用輪胎起重機吊裝時需要占用大量空間，在站場內(nèi)、涵洞旁受場地影響較大，經(jīng)常無法展開吊裝作業(yè)。在電氣化鐵路區(qū)段安裝拆除D型便梁施工時需跨越接觸網(wǎng)及回流線等電氣化牽引網(wǎng)系統(tǒng)，鋼絲繩、吊具及D型便梁容易侵入接觸網(wǎng)限界，危及牽引網(wǎng)、吊裝設(shè)備安全及人身安全。使用軌道起重機吊裝需要專門租用軌道起重機，施工股道接觸網(wǎng)需要斷電，租賃價格高且運輸不便，受限制較多，成本極高。如何在接觸網(wǎng)不斷電條件下完成D型便梁運架是一項技術(shù)難題，依托太原南站新增1～6m綜合作業(yè)通道D梁運架施工，課題組研制并使用了D梁運架臺車。

1 .D型便梁運架臺車研制意義

新建高鐵太原南站開通運營期間，在南咽喉新增1～6m綜合作業(yè)通道，長220米，下穿22股道，在不影響運營的條件下，對鐵路采用24米D梁進行線路架空加固，然后在D梁下方進行基坑開挖、綜合作業(yè)通道現(xiàn)澆施工。由于跨線股道多，D梁吊裝超出了汽車吊施工范圍，無法進行汽吊施工；采作鐵路電氣化軌道作業(yè)車進行吊裝施工，需接觸網(wǎng)停電，同時作業(yè)區(qū)段需對接觸網(wǎng)點內(nèi)進行腕臂拆除、網(wǎng)線撥移和恢復(fù)施工，接觸網(wǎng)停電范圍大，對樞紐運輸影響大，“天窗點”時間短（1小時），無法滿足施工需求。如果接觸網(wǎng)不需停電，“天窗點”時間可延長至3小時，施工時間大大增加。

針對接觸網(wǎng)不斷電架設(shè)拆除D24型施工便梁施工方案進行研究，解決跨越多股電氣化軌道的D型便梁施工難題，確保既有鐵路的運營安全，最大化降低了施工對鐵路運營的影響。

D24型施工便梁主要由兩根縱梁及37根橫梁及相關(guān)連接件組成，其縱梁長度為24.5m，重16噸，需要使用機械架設(shè)及拆除；橫梁重量較輕可使用人工搬運及安裝，因此主要研究解決D24型施工便梁縱梁的安裝難題。

2.三維建模及設(shè)計

2.1參數(shù)選擇

1、跨度6.5m，支撐點跨度2.8m

2、設(shè)計單側(cè)起重量Q=16.5t，雙側(cè)起重量Q=33t

3、設(shè)計重載運行速度 20m/min，空載運行速度 60m/min

4、橫移小車橫移速度 0.2m/s

5、臺車軌距 1435mm

6、橫移小車軌距692mm

7、運架臺車整機重量 1.5t/臺

2.2 運架臺車設(shè)計

DQLJ-6.5-40型D梁運架臺車由兩臺完全相同的運架臺車、三套牽引裝置組成，每臺運架臺車重3000kg，外形尺寸為：1800mm×6500mm×3100mm。運載一組兩片D型施工便梁時總重約為40噸。運架臺車采用整體式結(jié)構(gòu)，盡量減少需人工搬運的設(shè)備，施工地點僅需預(yù)先放置枕木墩，無需預(yù)先放置兩側(cè)支腿；空車縱橫移均采用人工推行，重車縱橫移采用電動牽引裝置。

2.3三維建模

三維建模采用SOLIDWORKS進行建模，設(shè)備除軸承及螺栓外未進行輕量化及模型化處理。

3.臺車結(jié)構(gòu)檢算

采用手工計算結(jié)合有限元軟件進行計算。計算時考慮1.5 倍的荷載系數(shù)作為安全儲備，遇有對稱受力時考慮2/3 的偏載系數(shù)，均考慮結(jié)構(gòu)自重。有限元計算采用COSMOSXprsee軟件進行。

3.1橫梁強度檢算

主梁強度：

主梁采用國標25B型工字鋼制作，材料為Q235，整根主梁無接頭。

經(jīng)查詢GB/T706-2008熱軋型鋼25B型工字鋼規(guī)格為250*118*10.

根據(jù)GB/T706-2008截面及圖紙在Solidworks2010中建立1：1模型，為保證精確，未對模型進行輕量化處理。

根據(jù)設(shè)計圖分析主梁受力結(jié)構(gòu)：

經(jīng)查詢圖紙及D型便梁說明書等得出條件：D型便梁縱梁S11重量16030kg，主梁為三立柱形式，簡化為兩組簡支梁，故每側(cè)主梁受力長度為6.5m/2=3.25m，自重136.5kg，橫移滑車及16t倒鏈重量約150kg，43kg軌重139.75kg，其他零星材料20kg，每根D型便梁由4根主梁平均負載，故每根主梁受力為：

F=[16030kg+150kg+（136.5kg+139.75kg+20kg）×2]/4×9.8N/kg

=41092.6N≈41100N

考慮偏載系數(shù)及安全系數(shù)后，每根主梁受力為：41100N×1.5/0.66=93409N

根據(jù)工況分別計算橫移滑車在主梁中心及主梁一側(cè)兩種工況下的受力及變形情況。

經(jīng)查詢Q235A鋼對應(yīng)德國DIN標準材料鋼號1.0037；德國DIN標準鋼號S235JR。因此選擇1.0037/S235JR鋼參數(shù)進行計算。

經(jīng)查詢GB50017-2003，Q235鋼材在厚度小于16mm時強度值取215Mpa。

經(jīng)計算，25B型工字鋼作為主梁能滿足設(shè)計要求，最小強度為設(shè)計強度的1.35倍。最大應(yīng)力值為203Mpa<215MPa（GB50017-2003），安全。最大形變量為1.359mm<4000/400=10mm，考慮到安全系數(shù)的原因，判定為安全。經(jīng)計算，25B型工字鋼作為主梁能滿足設(shè)計要求，最小強度為設(shè)計強度的1.34倍。最大形變量為6.23mm<4000/400=10mm，考慮到安全系數(shù)的原因，判定為安全。

考慮到25B工字鋼制作的主梁上另有43kg/m分擔壓力及應(yīng)力，因此，判定主梁可以承載D24型D型便梁主梁S11吊裝的載荷。

3.2立柱強度檢算

根據(jù)圖紙，立柱采用DN100螺旋焊管，外徑114.3mm，壁厚4mm。

截面積A=πR1?-πR2?=3.14×57.15?-3.14×53.15?=10256-8870=1385.74mm?=13.857cm?

立柱受力計算，立柱受力為主梁反力，故每根D型便梁由4根主梁平均負載，故每根主梁受力為：

F=[16030kg+150kg+（136.5kg+139.75kg+20kg）×2]/4×9.8N/kg

=41092.6N≈41100N

考慮偏載系數(shù)及安全系數(shù)后，每根主梁受力為41100N×1.5/0.66=93409N

立柱受力F立柱=93409/2=46704.5N

立柱承受壓力為 46704.5N/13.857cm?=3370.5N/cm?=33.75Mpa

經(jīng)查詢GB/T3091-2008 低壓流體輸送用焊接鋼管中規(guī)定最大應(yīng)力值為33.75Mpa<235MPa（GB/T3091-2008），安全。

4. D便梁臺車運架施工工藝

4.1施工準備

4.1.1選擇合適位置并清理場地。根據(jù)現(xiàn)場實際情況就近選擇無坡度的直線段線路外側(cè)，長度≥35m 、寬度≥10m，交通方便并方便吊車吊裝作業(yè)、不易積水平整空地，地面承載力≥40kN/m?。地面標高應(yīng)比線路軌頂標高略低，以方便滑軌架設(shè)；在地面規(guī)劃出兩對橫向滑軌布置位置及D型便梁存放位置；橫向滑軌軌距為1435mm，軌木為木枕。規(guī)劃橫移裝置支腿位置，并進行支腿下墊枕木鋪設(shè)。

4.1.2鋪設(shè)橫向滑軌。根據(jù)規(guī)劃的橫向滑軌布置位置進行枕木及滑軌的預(yù)鋪，兩對橫向滑軌線間距為14-20m，布置時需要注意組裝式D型便梁連接螺栓不得壓在D型便梁滑車上。橫向滑軌必須與線路垂直，兩對滑軌線間距誤差不得大于±10mm，滑軌需與線路標高相符，滑軌軌底標高等于線路軌頂標高，滑軌需水平鋪設(shè)，四條滑軌軌頂標高誤差≤5mm，地面不平整時必須墊平調(diào)整，如果為封鎖施工，預(yù)留跨越線路的滑軌不鋪設(shè)，預(yù)先處理好地基及預(yù)拼好滑軌枕木，封鎖施工時抬入線路并用魚尾板或急救器與預(yù)鋪橫移滑軌連接。

4.1.3放置D型便梁滑車。在預(yù)鋪滑軌上放置D型便梁滑車，并用鐵鞋固定；可以采用吊車吊裝；放置前檢查滑車各軌道輪旋轉(zhuǎn)是否順暢，有無異物影響旋轉(zhuǎn)。

4.1.4放置立柱。將立柱放置在D型便梁滑車上，用旋轉(zhuǎn)軸固定，注意安裝回轉(zhuǎn)軸套及回轉(zhuǎn)軸定位銷；插入滑車定位銷。

4.1.5吊裝D型便梁。使用吊車將D型便梁縱梁吊裝至便梁滑車上；吊裝時接頭螺栓不得壓在便梁滑車上；D型便梁縱梁與立柱間距為10cm，立柱與便梁之間用方木支撐。

4.1.6固定D型便梁。將固定D型便梁用L型杠插入立柱預(yù)留孔中，使用專用螺母將L型杠鎖緊完成D型便梁固定。

4.1.7安裝D型便梁鋪設(shè)裝置并固定。使用汽車起重機將D型便梁鋪設(shè)裝置吊裝架放置在立柱上，吊裝架方向與D型梁平行，用旋轉(zhuǎn)軸固定，注意安裝回轉(zhuǎn)軸套及回轉(zhuǎn)軸定位銷；插入D型便梁鋪設(shè)裝置定位銷。

4.1.8在線路中心做標記，在預(yù)計橫移終點線路位置做線路中心標記，軌距取標準軌距1435mm，中心距717.5mm，標記精度±1mm，采用墨斗彈線方式將中心標記在枕木上，標記長度不小于6根枕木。

4.1.9橫移D型便梁滑車使其中心與線路中心重合。在封鎖施工時間到達或具備施工條件時，將剩余橫向滑軌鋪設(shè)在線路上，固定牢靠，可用軌距桿保持軌距。

4.2施工工藝及技術(shù)要點

4.2.1開始橫移D型梁滑車及D型梁。橫移前撤去橫移方向鐵鞋，采用人工控制鐵鞋方法，保持橫移過程中鐵鞋在D型梁滑車軌道輪前20-30cm，防止溜逸，橫移反方向采用倒鏈牽引防止橫移過快產(chǎn)生危險；主要采用橫移牽引裝置牽引的方式橫移，輔以人工推動。

4.2.2橫移必須同步進行，當出現(xiàn)不同步時，較快的一側(cè)需停止橫移等待較慢一側(cè)，防止D型便梁滑車出軌；橫移速度不應(yīng)大于0.2m/s，接近終點時應(yīng)緩慢推動，平穩(wěn)減速使D型便梁滑車中心線與線路中心線重合，精度應(yīng)在±10mm范圍內(nèi)，并校核線路尺寸，使用鐵鞋固定D型便梁滑車，用液壓缸頂起D型便梁并抽出橫向滑軌，在D型便梁標定位置安裝橫擔鋼軌，并使用扣件固定在D型便梁上，將分體式液壓道岔起道機起道油缸固定在鋼軌上，使用起道油缸頂起D型便梁，頂起約5cm。頂升時應(yīng)注意各油缸同步頂升，防止傾覆。

4.2.3旋轉(zhuǎn)D型便梁滑車與線路重合，拔出D型便梁滑車定位銷，人工推動D型便梁滑車旋轉(zhuǎn)90°，與線路重合。旋轉(zhuǎn)時注意緩慢并保持D型便梁平衡，不可硬推，落下便梁使滑車放置在線路上，緩慢落下分體式道岔起道機油缸，落下時需要保持各油缸同步，直到D型便梁滑車平穩(wěn)落到線路上，使用鐵鞋固定D型便梁滑車。

4.2.4拆除橫擔鋼軌及起道油缸，沿線路將滑車推移到指定位置，使用縱向牽引裝置沿線路將滑車移動到指定位置，速度不得大于0.5m/s，接近后減速慢行，使D型便梁與預(yù)定位置對齊，拆除牽引裝置。

4.2.5使用鐵鞋固定滑車，每個滑車均需雙方向固定，旋轉(zhuǎn)橫移裝置與線路垂直。拔出橫移裝置限位銷，人工推動橫移裝置旋轉(zhuǎn)90°與線路垂直，放下支腿用枕木支撐牢固，松開支腿固定螺栓，緩慢放下兩側(cè)支腿，使用固定螺栓固定，支腿與地面之間墊入枕木并支撐牢固，枕木可在預(yù)定卸梁位置預(yù)先鋪設(shè)，鋪設(shè)時注意地面承載力是否足以支撐D型便梁及移梁裝置重量，以防支腿下沉導致橫移裝置整體傾覆。

4.2.6吊起并橫移D型便梁到指定位置，使用D型便梁鉤勾住D型便梁上邊緣。將D型便梁鉤鋼絲繩固定在起吊倒鏈上，使用15噸倒鏈將D型便梁吊起，距離滑車約20mm，取下D型便梁橫移滑車下鐵鞋，將鐵鞋放置在預(yù)定落梁位置，兩套D型便梁橫移裝置上操作人員同時搖動橫移絞盤，緩慢橫移D型便梁到預(yù)定位置；橫移速度不得大于0.2m/s，并確保兩側(cè)同步橫移，誤差不超過10cm；如兩側(cè)不同步則較快一側(cè)停止橫移，另一側(cè)進行調(diào)整，待兩側(cè)同步后繼續(xù)同步橫移。

4.2.7使用鐵鞋從兩側(cè)固定D型便梁橫移滑車，落下便梁，兩側(cè)同步放松倒鏈，緩慢下降D型便梁到預(yù)定位置，支撐D型便梁防止傾覆，松開D型便梁鉤，拆除D型便梁鉤及鋼絲繩，收起支腿旋轉(zhuǎn)便梁移動裝置與線路平行，撤出支腿下枕木。

4.2.8松開支腿固定螺栓，人工推動支腿至收起位置，使用固定螺栓固定支腿，拔出D型便梁鋪設(shè)裝置限位銷。旋轉(zhuǎn)D型便梁鋪設(shè)裝置與線路平行并插入限位銷。取出鐵鞋將滑車推回原位，取出D型梁滑車下鐵鞋，將D型梁滑車及D型便梁鋪設(shè)裝置推回橫移滑軌位置，支起滑車并插入橫移軌排。

4.2.9將液壓道岔起道機油缸固定在支腿上，使用液壓道岔起道機頂起D型梁滑車，插入橫移軌排，旋轉(zhuǎn)滑車并落在橫移軌排上，旋轉(zhuǎn)D型梁滑車與橫移軌排重合，降下手搖千斤頂使D型梁滑車落在橫移軌排上，滑車下道并拆除軌排，將D型梁滑車推出線路并用鐵鞋固定。

4.2.10拆除線路上的橫移軌排，完成D型便梁架設(shè)，對施工現(xiàn)場進行檢查清理，檢查機具及附件，做好下次施工準備。拆卸D型便梁時反向執(zhí)行此步驟。

5.結(jié)語

太原南站新增綜合通道施工中，自主設(shè)計制造了DQLJ-6.5-40新型D便梁不斷電運架臺車，安全正點完成了22組D型便梁的安裝及拆除施工，有效解決了連續(xù)跨越多股鐵路D型便梁施工難題，最大化降低D型便梁安裝拆除對既有線路的影響，確保鐵路運營安全，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，節(jié)約成本32萬元，為鐵路站場內(nèi)跨多股鐵路安裝拆除施工提供了一種新型的運架臺車，也為今后同類型工程施工提供了技術(shù)方案借鑒。