京通鐵路電氣化改造換梁工程關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制與優(yōu)化

王志剛

（中國鐵路北京局集團有限公司 北京工程項目管理部，北京 100038）

0 引言

2018年9月，中國鐵路總公司、河北省人民政府共同以《關(guān)于京通鐵路昌平至朝陽地段電氣化改造工程可行性研究報告的批復(fù)》（鐵總發(fā)改函〔2018〕676號）批復(fù)了京通鐵路電氣化改造工程的可行性研究報告；2018年底，該工程的初步設(shè)計和施工圖文件也相繼批復(fù)。京通鐵路中國鐵路北京局集團有限公司（簡稱北京局集團公司）管段北京段全長128.455 km，計劃工期2019年1月1日—2021年12月31日。2019年4月1日，施工單位進場；2019年5月，北京市交通委員會發(fā)函，要求北京局集團公司管段懷密線工程竣工時間為2020年9月底，且應(yīng)具備開通市郊列車條件。針對換梁工程，建設(shè)單位組織相關(guān)參與方對關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行多次優(yōu)化與控制，最終實現(xiàn)目標。

1 優(yōu)化換梁數(shù)量，滿足工務(wù)要求

京通鐵路為Ⅰ級、單線、非電氣化鐵路，其北京局集團公司管段現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土梁530孔。其中，圖號“大（65）138”梁體279孔、“叁標橋006A”梁體227孔、其他梁體24孔。1979年，京通鐵路建成驗交，發(fā)現(xiàn)原鐵道兵橋梁工廠和北京第二建筑構(gòu)件廠的“大（65）138”梁體有291孔（運營后更換12孔）存在封端混凝土強度不足、管道壓漿不實、梁體裂紋等問題。對此，原鐵道部要求“京通鐵路中臺子—隆化橋梁按中-21級掌握，橋梁限速70 km/h”。此后，該路段限速運營近40年，驗交時存在質(zhì)量問題的梁體病害發(fā)展加快，無質(zhì)量問題梁體也出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絲束走向開裂嚴重、上拱度超限等問題。

2017年9月，北京局集團公司北京工程項目管理部組織中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司等單位，對京通鐵路北京局集團公司管段既有橋梁梁體病害進行現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)昌平—懷柔北（全長56.2 km）嚴重病害主要集中在“大（65）138”24 m、32 m梁。主要病害有：梁腹板開裂、梁體裂紋、預(yù)應(yīng)力管道壓漿不足、橫隔板斷裂、梁體上拱度過大和混凝土標號不足等。昌平—懷柔北的平、縱斷面線路條件可滿足100 km/h運營要求，因橋梁病害原因，既有鐵路實際限速70 km/h，不滿足北京市要求的北京至懷柔運營時間60 min以內(nèi)要求。考慮京通鐵路全線正實施電氣化改造，若此次不實施換梁，未來的實施難度、安全風(fēng)險和投資更大。京通鐵路北京局集團公司管段病害橋梁現(xiàn)存24 m簡支梁5孔、32 m簡支梁7孔，需更換處理；其他200多孔梁體維持既有。實施換梁后，昌平—懷柔北列車運行速度可提升至100 km/h。病害橋梁分布于京通鐵路興壽—雁棲湖3區(qū)間28 km范圍內(nèi)（見圖1）。其中，對桃峪口大橋第10孔，沙峪口大橋第1、2、4孔，沙峪口中橋第1孔，平義分大橋第7、8孔，蔡家墳中橋第1、2孔，牤牛河中橋第1孔，紅螺鎮(zhèn)大橋第7、8孔實施換梁。

圖1 換梁地段平面圖

2 優(yōu)化換梁施工圖，滿足設(shè)計要求

2.1 梁型選擇

既有梁型為“大（65）138”，共計7座橋梁12孔，施工場地集中于水庫、果園、河谷，交通多有不便。為與既有橋面寬度保持一致，采用“專橋（01）2051”系列圖紙并進行局部修改。橋?qū)?.9 m，梁梗中心距2.0 m。24 m梁全長24.60 m，梁高2.10 m，梁頂寬度1.95 m，每孔梁質(zhì)量162.20 t；32 m梁全長32.60 m，梁高2.50 m，梁頂寬度1.95 m，每孔梁質(zhì)量227.56 t。

2.2 支座類型及支承墊石處理

根據(jù)專家論證會意見，支座采用與既有支座型號及高度一致的搖軸支座。24 m梁搖軸支座全高0.4 m；32 m梁搖軸支座全高0.5 m。既有橋梁運營多年，梁頂?shù)理暮穸葏⒉畈积R，擬更換的12孔梁梁頂至軌底高度最小0.444 m、最大0.764 m。若更換梁體與非更換梁體梁頂平齊，可能導(dǎo)致梁頂?shù)理暮穸冗^大或過?。?-3］，與“專橋（01）2051修正圖”使用條件不符，需單獨設(shè)計并進行局部修改；另外，目前僅換部分病害嚴重的梁孔，可能導(dǎo)致未來換梁時梁頂?shù)理暮穸炔唤y(tǒng)一。因此，軌底至梁頂高度按60 cm控制，梁間伸縮縫采用異型鋼板處理。

對于現(xiàn)狀梁底至支承墊石頂高度小于支座高度的橋墩，采取鑿除既有支承墊石的措施；對于現(xiàn)狀梁底至支承墊石頂高度大于支座高度的橋墩，采用鋼墊塊加高支承墊石。鋼墊塊周圍包打C40鋼筋混凝土，與既有支承墊石形成整體［4-6］。根據(jù)現(xiàn)場實測，墊石加高（鑿除）高度見表1。

表1 墊石加高（鑿除）高度

2.3 墩臺及基礎(chǔ)檢算

京通鐵路既有橋臺多為圓形橋墩、圓端形橋墩及矩形墩，多采用明挖基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)，由于換梁后上部結(jié)構(gòu)自質(zhì)量增加，且支座位置發(fā)生變化，設(shè)計單位抽取典型工點橋墩進行整體穩(wěn)定、墩頂位移和應(yīng)力等檢算［7］，計算結(jié)果表明，均滿足要求。抽取典型工點基礎(chǔ)進行檢算，計算結(jié)果表明，基礎(chǔ)偏心、傾覆穩(wěn)定、滑動穩(wěn)定及基底應(yīng)力（單樁承載力）均滿足要求。

3 優(yōu)化購、運梁方案，滿足架梁需求

換梁工程共計12孔24片，若新建制梁場成本太高，建議采用購梁方式。擬定購梁方案如下：

（1）購自中鐵十四局集團房橋有限公司。經(jīng)問詢，該公司主業(yè)改為建筑配件生產(chǎn)，無制梁業(yè)務(wù)。

（2）購自中鐵十四局集團房橋有限公司忻州制梁場。運梁方式為鐵路運輸，運輸距離遠、貨運手續(xù)繁瑣。

（3）購自中鐵十四局集團房橋有限公司唐山曹妃甸制梁場。運梁方式為梁場汽運至曹妃甸車站，再由鐵路特貨運至換梁車站。經(jīng)調(diào)查，因貨運手續(xù)繁瑣，改由梁場汽運至北京豐懷軌枕廠專用線，再由鐵路特貨運至換梁車站。

為確保購、運梁安全、順利，應(yīng)重點抓住以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

（1）盯控公路運梁路徑，確保按期、保質(zhì)到達。首先進行沿線路徑調(diào)查，對上跨設(shè)備、管線進行提前處理；對橋梁承載、曲線半徑進行調(diào)查，與路政辦理相關(guān)運梁手續(xù)，做好運輸保護措施；運梁途中專人盯控，做好信息溝通。

（2）及時整修線路，做好鐵路運梁沿線檢查。北京懷柔軌枕廠—懷柔北為約2 km鐵路專用線，木枕失效、小半徑曲線、幾何尺寸超限等病害較多，應(yīng)與工務(wù)段協(xié)調(diào)，做好整修工作。對鐵路沿線尤其車站站臺、上跨纜線、鄰側(cè)限界，做好限界測量、調(diào)查、整修，確保運梁工作順利完成。

（3）穩(wěn)定運梁設(shè)備及運營安全需要。與中國鐵路特貨運輸有限公司簽訂協(xié)議，保證梁體加固設(shè)備到位；與北京局集團公司北京貨運中心簽訂協(xié)議，做好貨車運梁及施工過程中新、舊梁運輸前加固、龍門架運行前后加固檢查確認；協(xié)調(diào)調(diào)度所及時扣留需要的平板車，確保運梁車輛到位；與北京局集團公司北京機務(wù)段簽訂租車協(xié)議，確保2臺機車到位；與中鐵六局集團有限公司豐橋橋梁有限公司簽訂協(xié)議，確保吊車數(shù)量和到位時間，并做好吊梁場地處理。

4 優(yōu)化換梁施工方案，滿足工期需求

4.1 優(yōu)化施工計劃，實現(xiàn)大封鎖施工

由于7孔梁分布于4站3區(qū)間，換梁后需限速運行，進行附屬結(jié)構(gòu)尤其澆筑橫隔板混凝土施工，必須達到設(shè)計強度才可封錨壓漿。根據(jù)《北京鐵路局營業(yè)線施工安全管理實施細則》（京鐵師〔2018〕408號）第11條“……繁忙干線和干線原則上單線1個區(qū)段慢行處所不超過2處……同一區(qū)間內(nèi)慢行處所不超過1處……”［8］，若連續(xù)換梁施工，無法填報施工計劃；若1橋1點，加上前期放散、梁體支座、連接部分處理開始限速到結(jié)束，1座橋基本施工時間約為10 d。根據(jù)前期制梁、運梁準備情況，2020年7月底、8月初，新梁到位，2020年8月下旬進行靜、動態(tài)驗收，無法按期在2020年9月底完成京通鐵路北京段電氣化改造工程。北京局集團公司于2020年5—7月多次組織進行施工方案專題研究，考慮新冠肺炎疫情爆發(fā)，客車上座率不足，最后決定采用大封鎖方案：

（1）由北京局集團公司行文，經(jīng)北京市政府同意，停運北京市開行的內(nèi)燃動力市郊列車。

（2）由北京局集團公司行文，經(jīng)中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）同意，停運跨局列車。

（3）調(diào)整北京局集團公司管段內(nèi)貨車運行徑路，封鎖時間為8月3日6：00—16日6：00，其中換梁時間4～5 d，2個鐵路架橋機同時進行。

4.2 優(yōu)化準備環(huán)節(jié)，確保大封鎖施工

大封鎖施工前，完成施工場地、道路等臨時占地手續(xù)，實施管線遷改，組織進場人員安全培訓(xùn)、技術(shù)交底。做好駐站防護人員崗位培訓(xùn)，并持證上崗。材料、機具準備到位，并辦理進場報驗手續(xù)。完成架橋機組裝調(diào)試及取證工作，運梁車進場組裝調(diào)試報驗手續(xù)，吊裝公司資質(zhì)審核、吊裝設(shè)備報驗，完成架橋機、汽車吊操作人員、焊接等特殊工種資格審核［9-10］。安裝施工動力電源，各墩臺頂安設(shè)配電箱，布設(shè)臨時用電線路，安裝照明燈具。另外，針對以下方面進行強化：

（1）橋機走行、復(fù)核新梁工作。對架橋機、運梁車等走行線路既有行車設(shè)施及障礙物進行調(diào)查，對有影響的設(shè)備提前聯(lián)系相關(guān)單位進行改移或采取有效的防護措施，確保走行路徑暢通和設(shè)備安全；安排專業(yè)技術(shù)人員及監(jiān)理駐場，檢查新梁質(zhì)量，復(fù)核梁長、支座位置和支座類型，確定吊點。向相關(guān)部門報送梁片和支座出廠合格證明。

（2）大封鎖點前施工準備。大封鎖施工前，利用2個Ⅲ級點完成桃峪口大橋、蔡家墳中橋換梁處所的高溫放散、護輪軌拆除；桃峪口大橋第10孔、蔡家墳中橋第1孔橋位處步行板更換，部分T梁橫隔板及橫向張拉拆除；舊梁試頂，線路備砟等準備工作。大封鎖施工后，繼續(xù)安排線路隊、橋梁隊提前做好上述準備工作。

（3）完成架橋機演練。在北宅站完成吊車吊梁、運梁車運梁、喂梁，架橋機移梁等負載演練；完成架橋機、運梁車運行演練；點前進行架橋機過孔演練、龍門架運轉(zhuǎn)演練，8月1日、2日，第1臺DJK160架橋機在興壽站3道—桃峪口大橋換梁孔位，開始模擬演練；第2臺TJ165B架橋機在平義分站1道—蔡家墳中橋換梁孔位，開始模擬演練。

5 做好施工控制，確保安全質(zhì)量

換梁施工基本作業(yè)程序如下。

第1步：人工整體拆除，移出橋上線路，割除人行道角鋼支架；支撐舊梁、割除剩余橫隔板、清理道砟、拆除梁下通道；架橋機、運梁車自出發(fā)站行至施工現(xiàn)場，架橋機完成升高位。

第2步：架橋機過孔，0#柱支墊完成，列車推送龍門架到位并支立；千斤頂頂?shù)?片舊梁、切割舊支座螺栓。

第3步：吊除第1片舊梁，并移至運梁車；千斤頂頂?shù)?片舊梁，切割舊支座螺栓。

第4步：吊除第2片舊梁，并移至運梁車；1#運梁車運送第1片舊梁至龍門架處，起吊梁片上列車加固，運梁車運行回施工現(xiàn)場。

第5步：第2片舊梁運至龍門架處并起吊梁片，第2片舊梁上列車加固；檢查確認后，列車運送2片舊梁返回車站，并用吊車進行卸梁作業(yè)；同步鑿除支座墊石、鋪干硬性砂漿、鋪設(shè)鋼板。

第6步：列車運送2片新梁返回龍門架處，倒裝第1片新梁至運梁車，運梁車運送第1片新梁至架橋機處喂梁。

第7步：架橋機架設(shè)第1片新梁，倒裝第2片新梁至運梁車；運梁車運送第2片新梁至架橋機處喂梁。

第8步：架橋機架設(shè)第2片新梁，新梁列車返回車站，舊梁列車空平板運行至龍門架處列車；支撐第1片新梁、焊接鋼板與支座底板，灌注鋼板螺栓孔砂漿。

第9步：架橋機收0#腿，退出作業(yè)面；安裝新梁兩側(cè)臨時欄桿、焊接兩端及跨中橫隔板、安裝縱橫向鋼蓋板，第2片新梁焊接鋼板與支座底板，灌注鋼板螺栓孔砂漿；焊接剩余橫隔板鋼板及鋼筋、穿橫向鋼絞線及錨具。

第10步：縱移軌排并連接，上砟整道，恢復(fù)線路；架橋機、運梁車、龍門架共同行至下座橋梁進行換梁。

如此循環(huán)，完成7座橋12孔病害梁更換。架橋機轉(zhuǎn)場后，人工連接橫隔板鋼板和鋼筋，恢復(fù)橋面系，進行橫隔板混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力橫向張拉、壓漿作業(yè)；達到設(shè)計強度后，恢復(fù)常速。在施工中，除按上述基本作業(yè)程序?qū)嵤┩?，還應(yīng)對以下方面進行重點控制。

5.1 架橋機水平控制

DJK160架橋機在曲線地段換梁時，為保證其在換梁狀態(tài)下保持水平，需要對既有曲線2股鋼軌調(diào)平，采用軌距拉桿控制軌距，起落道方式調(diào)整超高。換梁前，每3 m安裝1根軌距桿。在桃峪口大橋K26+950—K26+999下股起道30 mm，抽出鋼軌上股膠墊，下股增加2塊10 mm膠墊，將超高調(diào)整在10 mm以內(nèi)，換梁作業(yè)完成后，恢復(fù)線路至既有超高。在更換桃峪口大橋與沙峪口大橋T梁時，對沙峪口K33+500—K33+550、平義分大橋K34+560—K34+610上股落道100 mm后起道搗固與下股齊平，換梁作業(yè)完成后上股起道至既有超高。TJ165B架橋機自帶超高調(diào)整裝置，在牤牛河中橋與紅螺鎮(zhèn)大橋曲線換梁時，無需調(diào)整既有曲線狀態(tài)。

5.2 架梁控制

第1片梁落至最低位置進行縱向?qū)ξ?，橫移就位，安裝調(diào)整好支座位置，使梁端及梁間縫隙符合規(guī)定，梁梗垂直；第1片梁到位后，采用φ120 mm圓木支撐梁體，梁端每側(cè)支撐1根；第2片梁就位后，2片梁端部應(yīng)平齊，端部錯位≤10 mm，相對高差≤20 mm。梁體橫向偏差±15 mm、縱向偏差±20 mm。梁體穩(wěn)固，梁縫均勻，保持橫向預(yù)應(yīng)力預(yù)留孔道對齊。

5.3 人工移梁控制

因沙峪口中橋、紅螺鎮(zhèn)大橋均位于600 m曲線，桃峪口大橋位于1 000 m小曲線，且線路中線存在偏移，曲線外側(cè)舊梁的拆除與曲線外側(cè)新梁架設(shè)，行車橫移無法使梁體到位，故需進行人工移梁：

（1）新舊梁施工順序。吊除舊梁時，先拆除曲線內(nèi)側(cè)舊梁，再人工移梁拆除曲線外側(cè)舊梁；架設(shè)新梁時，先人工移梁架設(shè)曲線外側(cè)新梁，再架設(shè)曲線內(nèi)側(cè)新梁。

（2）人工移梁滑移裝置布置。首先在人工移梁側(cè)墩臺位置放置鋼墊墩，鋼墊墩與梁底之間放置43 kg/m、2.5 m鋼軌滑軌1根?；壪露撕附訉?00 mm、厚10 mm鋼板，增加滑軌與鋼墊墩接觸面積，防止滑軌傾覆，滑軌與鋼墊墩之間用薄硬雜木板找平?；壣戏胖没盒〈?，滑梁小船用10 cm寬槽鋼焊制，焊上支撐擋板，槽內(nèi)用聚四氟乙烯板填平塞緊，涂黃油，鋼板與梁體間放石棉板，起防滑與保護梁體作用，外側(cè)固定φ120 mm圓木支撐，防止梁體傾覆。船長1.1 m，整個滑行系統(tǒng)略高于支座10～20 mm。人工移梁滑移裝置布置示意見圖2。

圖2 人工移梁滑移裝置布置示意圖

（3）拆除曲線外側(cè)舊梁。舊梁兩端各用2臺100 t千斤頂將梁體微微頂起，千斤頂與梁底之間利用150 mm×150 mm×20 mm墊板增加受力面積。前、后行車走行到位后，前行車掛好吊梁鋼絲繩并起吊梁體前端，用2臺千斤頂頂起梁體后端，兩端同步作業(yè)，保持梁體水平，以梁底高于滑行軌道1～2 cm為宜。滑行軌道安裝到位后，千斤頂與前行車同步落位，將梁后端落至滑行軌道。緩緩拉動倒鏈，前行車同步橫移，使梁體向墩中心橫移約30 cm。梁體到位后，拆除移梁鋼絲繩，后行車掛鋼絲繩，前、后行車同時起吊梁片。

（4）架設(shè)曲線外側(cè)新梁?；栖壍腊惭b到位，前后行車同步落梁，將梁后端落至滑軌，防傾覆措施安裝到位后，摘除后端吊梁鋼絲繩。后端緩緩拉動倒鏈，同時前行車橫移，使梁體向曲線外側(cè)移動，兩者保持速度一致。梁體橫移到位后，用2臺千斤頂頂起梁體后端，以梁底距滑移軌道1～2 cm為宜。撤出滑移軌道，安裝支座。穩(wěn)梁，打支撐，完成架梁作業(yè)。

5.4 支座控制

拆除舊梁前對墊石四周進行鑿毛，拆除舊梁后對墊石表面進行鑿毛，深度為表1中墊石加高（鑿除）高度加+30 mm，然后鋪設(shè)錨固灌漿料找平。每個新支座下方與砂漿間鋪設(shè)1塊30 mm厚鋼板，鋼板尺寸長1 320 mm，寬565 mm（活動支座）或575 mm（固定支座）。鋼板橫橋向比新支座長223 mm，縱橋向比新支座長100 mm。鋼板上鉆φ31 mm孔，孔位與支座螺栓孔中心位置相同。新梁就位前放置新螺栓和大鋼板，待縱橫向位置確定后將支座下板與大鋼板焊接，澆筑錨固灌漿料錨固鋼板4根螺栓。

5.5 架橋機過孔控制

按照設(shè)計要求，梁體橫向連接必須保證梁端及中間處鋼板及鋼筋焊接牢固，穿橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨具，進行初張拉。支座底面和墊石面密貼，上下座板間無縫隙，整孔梁無三條腿現(xiàn)象。支座落位前，應(yīng)安裝好全部地腳螺栓，螺栓應(yīng)擰緊無縫隙。線路軌枕盒及枕木頭部道砟不少于1/3，枕底道砟串實，軌枕數(shù)量、扣件標準符合相關(guān)規(guī)定，靜態(tài)幾何尺寸偏差不超過常用保養(yǎng)標準。

5.6 換裝龍門架控制

換裝龍門架支立于靠近換梁橋臺附近的直線段位置（見表2），滿足架梁作業(yè)及存放車輛的需要，左右支柱與線路中心保持一致。在線路兩側(cè)鋪設(shè)長5.0 m石砟，起到找平作用；石砟標高與既有軌枕標高一致，2個支柱支撐面保持同一高程。為保證龍門架石砟基礎(chǔ)穩(wěn)定，用裝石砟的編織袋圍筑石砟基礎(chǔ)，將石砟搗固密實，并做地基承載力試驗。石砟上鋪厚20 mm、寬1.25 m、長3.60 m鋼板，并鋪設(shè)1層（220 mm×160 mm×1 250 mm）木枕作為支腿基礎(chǔ)。

表2 換裝龍門架支立位置

5.7 恢復(fù)線路控制

（1）小機搗固開通線路。新梁架設(shè)完成后，線路、鋼結(jié)構(gòu)、圬工隊伍繼續(xù)作業(yè)。橋梁施工達到架橋機過孔條件。線路施工利用拆除的軌排重新恢復(fù)軌道，軌排下穿縱向滑軌，軌排滑移至連接位置，安裝接頭夾板，連通線路，進行撥道、起道作業(yè)，按照軌面設(shè)計標高起道，上道砟搗固線路。上砟采用自制運砟車（容積為1.8 m×1.1 m×1.5 m，裝砟3 m3，共8個）上砟，采用液壓搗固機和軟軸搗固機進行搗固，達到放行列車條件后開通線路，限速運行。

（2）橫隔板施工。每孔2片新梁就位后，將梁端2處、跨中1處橫隔板及連接鋼板焊接，達到架橋機過孔條件。架橋機過孔后將剩余中間橫隔板及連接鋼筋焊接（32 m梁橫隔板共7處連接、24 m梁橫隔板共5處連接），并將橫隔板鋼絞線穿入，橫向兩端上緊錨具。完成橫向連接鋼筋綁扎、模板加固、混凝土澆筑，達到設(shè)計強度后進行張拉壓漿。平義分大橋第8孔為最后更換的T梁，2020年8月7日23：00換梁完畢，8月8日0：00開始施工，8月15日24：00前完成張拉壓漿工作，具備階梯提速條件。

（3）大機搗固提速。使用老K車進行補砟作業(yè)，對缺砟地段進行補砟，利用大機進行提速搗固作業(yè)，滿足提速至100 km/h條件。2020年8月16日正點開通線路并按照規(guī)定進行階梯提速。

6 結(jié)束語

京通鐵路電氣化改造換梁工程從設(shè)計到實施，經(jīng)過一系列關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制與優(yōu)化，按照規(guī)定時間節(jié)點完成了換梁施工，滿足了2020年9月30日竣工要求，具備開通市郊列車條件。其中，在滿足工務(wù)需求情況下進行的設(shè)計優(yōu)化，減少了換梁數(shù)量、節(jié)約了資金，為順利完成換梁施工創(chuàng)造了先決條件；在既有鐵路電氣化改造中，大封鎖施工方案具有解決施工與運輸矛盾的優(yōu)勢，也有值得借鑒的意義。