一種新型既有線鐵路橋梁換架技術(shù)研究

張戈

摘要：針對(duì)不同的橋梁結(jié)構(gòu)形式及換架環(huán)境，提出了一種利用“架橋機(jī)”進(jìn)行橋梁換架施工作業(yè)的新方法，并設(shè)計(jì)出換架施工的配套設(shè)備。方案采用鐵路架橋機(jī)的“逆過程”進(jìn)行換架，對(duì)“T”型梁片進(jìn)行分片吊離，采用倒裝龍門吊和運(yùn)梁平車配合“T”梁的運(yùn)輸。換梁設(shè)備能更換32米及以下跨度預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土“T”形梁片，同時(shí)隨鋪軌排，換架一孔32米梁周期不大于2小時(shí)，同時(shí)解決了跨河橋梁換架的難題。通過對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究，不但有利于推動(dòng)我國對(duì)既有鐵路橋改造過程中的技術(shù)攻關(guān)，也為我國高架橋梁換架做了技術(shù)儲(chǔ)備，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

Abstract： For different forms of bridges and conditions， a new beam-replacing method of using the "bridge erecting machine" is put forward in the paper， with construction equipment. The draft replaces the bridge by using the reverse process of the bridge erecting machine， hanging the "T" beams respectively， using the reverse gantry crane and transportation truck for the transport of the T-girder bridge. The equipment of beam-replacing can replace concrete T-girder bridge about 32 meters and the following， while laying the track panel， not more than two hours for a 32 meters beam， addressing the problems of beam-replacing under the river-crossing condition. It is of much practical to study the technical scheme， not only may help tackle the key technical difficulties in the process of transforming the existing railways in our country， but also provide technical reserves for replacing the beam of the railway bridge with tall piers.

關(guān)鍵詞：橋梁;既有線;換架;架橋機(jī)

Key words： bridge;existing railway;beam-replacing;existing railway

中圖分類號(hào)：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）26-0135-03

0? 引言

橋梁作為鐵路線路中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其良好的工作狀態(tài)是保證鐵路安全運(yùn)營的最基本條件。隨著對(duì)鐵路提速以及開行重載列車的需求，使得對(duì)既有線橋梁的換架是不可避免。由于我國高速鐵路的快速建設(shè)，“以橋代路”的修建模式更是使橋梁所占比例越來越高。因此，對(duì)于橋梁的換架研究也必須不斷深入。王宇，王海林等[1]提出了采用大噸位龍門吊將作業(yè)孔內(nèi)的兩片舊梁及軌道材料一次性吊離的施工方案，并成功的應(yīng)用于京廣鐵路石家莊市南154#橋的換架梁施工。李彥軍，高印強(qiáng)等[2]提出了采用大噸位、自走形高架臺(tái)車結(jié)合龍門吊對(duì)既有線橋梁進(jìn)行整孔換架的施工方法。張波[3]針對(duì)既有線小跨度橋梁提出了采用汽吊法進(jìn)行換梁，并成功應(yīng)用于京包線美岱召-薩拉齊區(qū)間的舊梁換架。張耀輝，陳士通等[4]針對(duì)鐵路高墩橋梁的換架施工難題，提出了采用橋上運(yùn)換架一體機(jī)進(jìn)行橋梁換架施工作業(yè)的新方法，推動(dòng)了我國對(duì)跨河橋梁和高架橋換架施工技術(shù)的攻關(guān)。因此，對(duì)于鐵路橋梁換架技術(shù)的升級(jí)是保證鐵路正常運(yùn)營的必要條件。

該技術(shù)主要研究了一套能適應(yīng)各種線路條件的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的既有線鐵路橋的換架方法，利用“窗口時(shí)間”更換“T”梁的新技術(shù)，并研究設(shè)計(jì)出換梁施工的配套設(shè)備。

1? 換架梁機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鐵路既有線上特別是在繁忙干線上更換梁體結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)技術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)性高的特殊工程，具有急、難、險(xiǎn)、重的特點(diǎn)[4]。因此，換架梁成套設(shè)備設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格的計(jì)算和對(duì)各方面環(huán)境的綜合考慮，研究設(shè)計(jì)了一套科學(xué)完整的設(shè)備方案。一套完整的換架梁裝備主要由換架梁機(jī)（1套）、鐵路專用運(yùn)梁小車（4輛）、快速拆裝倒裝龍門（2套）和鐵路專用運(yùn)梁車（若干）組成。換架橋機(jī)是換架梁的核心裝備，主要用于橋位拆除舊梁和架設(shè)新梁。近端專用獨(dú)立運(yùn)梁小車（2輛為1套）用于給換架橋機(jī)喂新梁，遠(yuǎn)端專用獨(dú)立運(yùn)梁小車（2輛為1套）從換架橋機(jī)出舊梁。近端快速拆裝倒裝龍門用于從鐵路專用運(yùn)梁車上卸新梁，給近端專用獨(dú)立運(yùn)梁小車裝車;遠(yuǎn)端快速拆裝倒裝龍門用于從遠(yuǎn)端專用獨(dú)立運(yùn)梁小車為舊梁卸車，給鐵路專用運(yùn)梁車裝車。換架梁成套設(shè)備概念如圖1所示。

1.1 換架梁機(jī)總體設(shè)計(jì)原則

①換架梁機(jī)應(yīng)適應(yīng)既有鐵路“T”形梁片線路斷面情況，以不侵入鐵路建筑限界、不影響鐵路接觸網(wǎng)和旁側(cè)線路列車運(yùn)行為原則對(duì)換架梁機(jī)外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

②換架梁機(jī)應(yīng)滿足單片“T”形梁片+道碴的起重要求，并能進(jìn)行整體橫移以達(dá)到精確落梁的要求。

③換架梁機(jī)總體高度應(yīng)為可調(diào)節(jié)的，以適應(yīng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)場的需要。

④換架梁機(jī)的設(shè)計(jì)部分包括：主機(jī)、運(yùn)梁平車、龍門吊。這種組合配置能使整個(gè)架梁鋪軌作業(yè)工序完善、先進(jìn)，并能連續(xù)作業(yè)。

⑤換架梁機(jī)的研究設(shè)備是要適應(yīng)各種工作環(huán)境的要求，對(duì)跨線、跨河等橋梁要考慮設(shè)計(jì)要求，混凝土梁提結(jié)構(gòu)要充分考慮相關(guān)要求因素。

1.2 換架梁機(jī)選型

目前，鐵路“T”梁架橋機(jī)有單臂和雙臂兩種型式，都各有長處和優(yōu)點(diǎn)，都為鐵路建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。但實(shí)踐證明，DJK型單臂架橋機(jī)更具有較多的優(yōu)良特性，被用戶所接受，故選用單臂型式DJK型架橋機(jī)，定名DJK160型。

1.3 換架梁機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

①額定起重量：160t;

②適宜跨度：32m及以下;

③架設(shè)梁片適宜縱坡：±2%;

④架設(shè)梁片最大外形尺寸（寬×高）：2.4m×3m;

⑤架設(shè)曲線橋最小半徑：600m;

⑥落梁方式：機(jī)械全斷面一次到位;

⑦喂梁方式：專用獨(dú)立運(yùn)梁小車喂梁。

換架橋機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括：吊梁行車、機(jī)臂、0號(hào)柱、1號(hào)柱、2號(hào)柱、3號(hào)柱、吊軌小車、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等組成。吊梁行車在走形系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下于主梁上前后運(yùn)行，吊梁行車縱移為雙軌式，軌道設(shè)置于主梁腹板正上方?？紤]到限界和運(yùn)輸問題，主梁采用箱型單梁結(jié)構(gòu)，拼接板栓接，便于梁機(jī)的拆裝和運(yùn)輸。0號(hào)柱為主梁的前支承點(diǎn)，設(shè)有固定節(jié)、折疊節(jié)和調(diào)整節(jié)，以滿足橋梁縱坡、變跨作業(yè)和最后一孔梁架設(shè)的需要。1號(hào)柱是該機(jī)的最重要承力結(jié)構(gòu)。由柱根、柱身、柱頂組成，龍門結(jié)構(gòu)型式置于五軸轉(zhuǎn)向架的中心處。2號(hào)柱由柱根、柱身、橫梁等組成，并在橫梁上設(shè)有擺臂小車和豎向拉臂機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)臂擺頭和翹頭功能。3號(hào)柱為板梁式桁架結(jié)構(gòu)，安裝在機(jī)臂后端下方，通過鎖緊機(jī)構(gòu)與主梁的前橫連接，并設(shè)置成一定的上翹，柱身為兩根可伸縮立柱，使下導(dǎo)梁天車運(yùn)行平穩(wěn)。吊梁小車采用懸掛式安裝在機(jī)臂的上耳梁上面，前后共兩臺(tái)，前為主動(dòng)，由牽引機(jī)構(gòu)的鋼絲繩牽引，后為被動(dòng)。吊梁小車帶有橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其橫移量為1200mm，可實(shí)現(xiàn)空中橫移梁。

2? 換架梁機(jī)換架關(guān)鍵技術(shù)

2.1 換架施工方案

總體方案：換架梁以換梁為主，兼顧架新梁，考慮單雙線換架梁。換架梁工藝分為新舊梁體系轉(zhuǎn)換，橋機(jī)架設(shè)，拆除軌排，清渣，移走舊梁，換置新梁。換梁前若干天，架設(shè)，拆除軌排，清渣，移走舊梁，換置新梁。換梁前若干天，在“天窗時(shí)間”內(nèi)完成換梁前的準(zhǔn)備工作，為隨后的換梁工作做好準(zhǔn)備。換梁前的準(zhǔn)備工作包括：拆除梁上步行道、墩頂防震落梁支架，清理道碴，雜物清理，支座定位，試頂梁，鋸軌排。換梁當(dāng)天，“天窗時(shí)間”開始后，換架梁成套設(shè)備按順序進(jìn)場，至換梁位置后將各設(shè)備卸至相應(yīng)位置并固定。設(shè)備固定完畢后開始拆卸軌排，拆除梁片兩端支座，切割梁片橫向連接鋼板。舊梁運(yùn)出：吊起其中一片“T”梁，主機(jī)橫移至線路中心位置后，向舊梁運(yùn)出方向送出，落至專用獨(dú)立運(yùn)梁小車上。專用獨(dú)立運(yùn)梁小車走行至倒裝龍門處，將舊梁梁片倒裝到運(yùn)梁專用車上運(yùn)出場外。第二片舊梁片運(yùn)出同理。新梁架設(shè)：運(yùn)梁專用車從新梁喂入方向?qū)⑿铝浩\(yùn)至倒裝龍門處，將新梁倒裝至專用獨(dú)立運(yùn)梁小車上。專用獨(dú)立運(yùn)梁小車行至換架梁機(jī)下喂梁，由換架梁機(jī)起吊前移，至指定位置后橫移、落梁。第二片新梁片的架設(shè)同理。新梁片架設(shè)完畢后，埋設(shè)支座、焊接梁片橫向連接鋼板、鋪碴同時(shí)進(jìn)行，隨后鋪設(shè)軌排并整理道床。換架梁設(shè)備出場：按與進(jìn)場時(shí)相反的順序?qū)⒊商讚Q架梁設(shè)備運(yùn)出場外。其方案流程圖如圖2所示。

2.2 “天窗”時(shí)間內(nèi)換架施工程序

由于換架后架設(shè)新橋過程和以往架橋流程一致，故在此只介紹吊離舊梁的過程。

①起吊前工況，架橋機(jī)從橋的一側(cè)駛?cè)氍F(xiàn)場，見圖3所示。

②換架梁機(jī)行入待換架的舊梁位置，1號(hào)柱和2號(hào)柱支撐，0號(hào)柱逐漸伸直，見圖4所示。

③0號(hào)柱和2號(hào)柱支撐，1號(hào)柱前移，前移到指定位置后，0號(hào)柱旋轉(zhuǎn)到指定位置，見圖5所示。

④1號(hào)柱和2號(hào)柱支撐，準(zhǔn)備拆除內(nèi)側(cè)舊梁，見圖6所示。

⑤吊起舊梁，由運(yùn)梁平車運(yùn)離開現(xiàn)場，見圖7所示。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

2.3.1 適用范圍

能夠架設(shè)直線、曲線半徑小于2500m，并更換32m及以下跨度預(yù)應(yīng)力混凝土“T”形梁片，同時(shí)隨鋪軌排。

2.3.2 技術(shù)特點(diǎn)

①簡支模式架設(shè)。前后支腿兩支點(diǎn)支撐，形成架梁狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，受力簡單。

②簡支過孔。天車、下導(dǎo)梁天車及輔支腿相互配合，使換架梁機(jī)過孔狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，整機(jī)縱向

穩(wěn)定性較好，安全性高。

③梁體吊裝穩(wěn)定性好。兩臺(tái)天車相互配合，攜梁三維運(yùn)動(dòng)，滿足梁體同步吊運(yùn)、橫向微動(dòng)調(diào)整，吊裝梁體采用“四點(diǎn)起吊、三點(diǎn)平衡”，使梁體受力狀態(tài)較好。

④整體高度低。卷揚(yáng)機(jī)后置和天車分離，有效降低整機(jī)高度，通過高空限界能力強(qiáng)。

⑤方便架設(shè)首、末跨梁體。采用高置下導(dǎo)梁，方便的解決了橋線中首跨、最后兩跨梁體的架設(shè)。

⑥作業(yè)效率高。架梁、運(yùn)梁工序分離，提高施工作業(yè)效率。

⑦安全可靠。起吊裝置中配置了監(jiān)控報(bào)警、緊急制動(dòng)裝置。

⑧變跨調(diào)整方便。輔支腿、前支腿等互相配合，能滿足架橋機(jī)變跨調(diào)整的需要。

⑨操作方便。設(shè)置專用駕駛室和無線遙控兩套操作裝置，尤其是遙控裝置，能夠緊靠作業(yè)現(xiàn)場，視線良好，操作簡捷，安全可靠;配備梁體橫向微調(diào)功能，對(duì)位方便，落梁準(zhǔn)確。

3? 結(jié)束語

該項(xiàng)目完成后，提高了鐵路橋梁更換技術(shù)的適用范圍，可以解決更多既有鐵路橋梁服役時(shí)間過長，提速限制較大的問題。研究設(shè)計(jì)出的換梁設(shè)備除了可用于各種線路條件的既有運(yùn)營鐵路橋梁更換項(xiàng)目，還可單獨(dú)用于新建鐵路“T”梁梁片的架設(shè)施工，使用性好，并且可以應(yīng)用于大部分的復(fù)雜環(huán)境，提高了設(shè)備的利用率、經(jīng)濟(jì)效益、適用性能。該項(xiàng)目將為企業(yè)逐漸帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，使得既有鐵路橋梁“T”梁更換技術(shù)的適用性有了明顯的提高，且在“窗口時(shí)間”內(nèi)施工對(duì)線路運(yùn)營影響較小;對(duì)保證換梁施工質(zhì)量、提高設(shè)備利用率、提高施工效率具有重要意義，社會(huì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

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