運營鐵路區(qū)間更換道岔連續(xù)鋼箱梁橫向多點同步頂推技術

陳欣韻 曹 明 胡強強 潛英飛 周 雄 羅 征

（1.杭州地方鐵路開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310009；2.中鐵二十四局集團浙江工程有限公司，浙江 杭州 310009；3.浙大寧波理工學院，浙江 寧波 315000）

0 引言

運營鐵路多股道大跨度連續(xù)道岔鋼箱梁更換施工比較少見，在施工技術、工藝工法上經(jīng)驗積累不足，因此，在鋼箱梁更換頂推過程中面臨著多方面的難點和挑戰(zhàn)[1-3]。本文結合新建紹興城際鐵路二期工程金柯橋大道站工程，對運營鐵路區(qū)間更換道岔連續(xù)鋼箱梁技術進行研究，通過科學的工程設計和合理的施工方案，采用先進的技術手段和設備，以及嚴格的施工管理和安全措施，保證了工程的順利進行和質(zhì)量的有效控制。

1 工程概況

新建紹興城際鐵路二期工程金柯橋大道站，因增設車站和咽喉區(qū)道岔需要，將原4-32m雙線組合簡支T梁改造為道岔連續(xù)鋼箱梁和簡支鋼箱梁。既有雙線組合T梁單孔橫移重量為825t，四孔舊梁總重3300t。（24+32+24）m道岔連續(xù)鋼箱梁橫移重量為1607t，下設6條滑道，2×24m 簡支鋼箱梁橫移重量合計為1270t，下設4 條滑道，五孔新梁總重2877t，如圖1所示。

2 施工面臨的難點問題

2.1 梁體轉移和安裝

由于道岔連續(xù)鋼箱梁和簡支鋼箱梁重量較大，且需要進行橫移操作，因此需要考慮如何保證轉移和安裝的安全性和穩(wěn)定性。需要綜合考慮施工機械的選擇、梁體的支撐和固定、工人的操作技能等因素，制定詳細的操作方案和安全措施。

2.2 滑道設計和施工

該工程采用了滑道來實現(xiàn)梁體的橫移，如圖1所示，因此滑道的設計和施工至關重要。需要考慮滑道的材料選擇、滑移摩擦系數(shù)的計算和測試、滑道的布置和固定等，以確保梁體順利地移動和定位。道岔和連續(xù)梁的連接：該工程需要將道岔和連續(xù)梁進行連接，需要考慮連接部位的力學特性、接口的精度和密封性等因素，以確保連接的可靠性和安全性。

2.3 施工時間和空間限制

該工程需要在運營區(qū)間內(nèi)進行施工，因此施工時間和空間都受到了限制。需要綜合考慮施工機械的效率、工人的操作技能、安全措施等因素，制定詳細的施工計劃和方案，以保證施工進度和質(zhì)量。

3 鋼箱梁橫向多點頂推施工方法與設備

道岔連續(xù)鋼箱梁及簡支鋼箱梁均為等高變寬度截面連續(xù)鋼箱梁，梁高2.7m，其中道岔鋼箱梁采用單箱三室結構，而簡支鋼箱梁則采用單箱五室結構；小里程道岔連續(xù)梁端寬度為11.64m，大里程簡支鋼箱梁端寬度為25.80m。該鋼箱梁橫向多點頂推施工，不僅要設計好方案，還必須選擇好設備。

3.1 頂推施工方法

3.1.1 施工步驟

根據(jù)新建橋墩位置在其兩側設置支架與滑道，共布置十條滑道，滑道軸線與鐵路中心線垂直，鋼箱梁則采用多滑道同步頂推模式，鋼箱梁橫移距離為27.8m，千斤頂無法一次頂推到位，需采用多循環(huán)-多千斤頂同步協(xié)同頂推施工，即每次千斤頂達到頂程后收回并在千斤頂后方設置頂鐵，重復以上步驟至頂推完成。

3.1.2 面臨的問題

該工程隸屬舊鐵道線路平直段增設車站工程，除在新建車站內(nèi)部增設車道，還將對車站兩側平直段進行變截面梁加寬改造，將原有4跨T梁移出更換為5跨變截面鋼箱梁+3跨道岔連續(xù)梁。該工程存在以下難點：

（1）如何在鐵路運營區(qū)間的8h 天窗內(nèi)保證新、舊橋更換的及時性；

（2）如何保證變截面箱梁整體橫移的同步性，以及鋼箱移動偏位后的糾偏措施；

（3）如何降低變截面頂推過程中的水平推力。

3.1.3 施工方案

（1）在保證安全和質(zhì)量的前提下，合理安排施工進度，利用既有鐵路的停運時間，采用高效的施工技術和設備，最大限度地縮短施工周期，確保在規(guī)定的8h 天窗內(nèi)完成新、舊橋更換任務。同時，工作人員嚴格按照規(guī)程進行操作，加強與鐵路運營管理方面的溝通協(xié)調(diào)，以保證整個施工過程的安全和順利進行。

（2）針對變截面箱梁整體橫移的同步性和偏位后的糾偏措施，采用了一系列先進的技術措施。例如，在頂推過程中，采用同步位移控制系統(tǒng)和分組連接頂推設備，對所有千斤頂發(fā)出同步位移指令，以指定最快的平移速度將橋梁移位至指定設計點，保證了頂推過程的同步性和準確性。同時，在鋼箱梁的水平雙向糾偏過程中，工作人員根據(jù)實際情況調(diào)整頂推設備和糾偏措施，確保了鋼箱梁的整體穩(wěn)定和精確定位。

（3）為了降低變截面頂推過程中的水平推力，采用了聚四氟乙烯板作為三向千斤頂下部滑道，解決了超大荷載作用下滑移摩擦系數(shù)大及摩擦件發(fā)熱的難題。此外，還對頂推設備和滑道進行了精密調(diào)試和維護，確保了設備的穩(wěn)定性和頂推過程安全平順。

3.2 施工設施設備

變截面鋼箱梁橫向多點頂推采用了滑道-三向千斤頂?shù)捻斖品绞絒4]，布置方式如圖2 所示。三向千斤頂下部滑道采用聚四氟乙烯板，解決了超大荷載作用下滑移摩擦系數(shù)大及摩擦件發(fā)熱的難題，滑道設置有側向限位裝置。在鋼分配梁反力后背與鋼滑道反力后背間安裝頂推千斤頂，并將所有頂推千斤頂進行分組連接同步位移控制系統(tǒng)，隨后對所有千斤頂發(fā)出同步位移指令，以指定最快的平移速度將橋梁移位至指定設計點（全程約18.25m，大概只需要19 個行程，約需要2h），千斤頂采用固定式頂推后背，前方加裝頂鐵進行長距離頂推，每隔5m 進行一次頂推后背的移動。隨后開始鋼箱梁的水平雙向糾偏，對正完畢后再次打開液壓鎖，橋梁通過整體同步下落指令，將橋梁下落至墩柱支座上，最后進行梁體上鋪軌道、電信系統(tǒng)的連接，完成移位任務。為了確保頂推過程的順利進行，還進行了大量的準備工作，包括設計和制造頂推設備、安裝滑道和限位裝置、搭建工作平臺、調(diào)試同步位移控制系統(tǒng)等。在頂推過程中，工作人員嚴格按照操作規(guī)程進行，不斷檢查頂推設備和滑道的狀態(tài)，以保證頂推過程的安全和穩(wěn)定性。同時，還采用了一系列有效的措施來降低頂推過程中的風險和誤差，例如采用了自動化的位移控制系統(tǒng)，進行了反力的精確分配，使用了高精度的測量儀器等。

圖2 鋼箱梁橫向多點頂推施工

4 鋼箱梁橫向多點頂推施工關鍵技術

4.1 多點同步頂推控制技術

4.1.1 PLC液壓控制系統(tǒng)的工作原理

在鋼箱梁多點頂推過程中，為了確保頂升的同步性，采用了先進的計算機液壓同步控制系統(tǒng)，即PLC 系統(tǒng)，通過計算機指令來控制液壓千斤頂，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的高精度控制。具體地說，當千斤頂開始頂升時，PLC 系統(tǒng)會根據(jù)其預設的算法自動調(diào)整各個千斤頂?shù)膲毫?，以保持千斤頂之間的力平衡。這樣，即使承受的荷載不同，各千斤頂所需的頂力值與實際提供的值也能夠相符，從而實現(xiàn)了各個千斤頂?shù)耐竭\動。這種計算機液壓同步控制系統(tǒng)不僅可以確保千斤頂?shù)耐叫裕€可以實現(xiàn)高效、精準的操作，從而提高了施工的安全性和效率。該控制系統(tǒng)通過高精度傳感器實時監(jiān)測各千斤頂?shù)膲毫ψ兓?shù)據(jù)反饋給計算機進行分析和控制。此外，為了確保施工過程中的安全性和穩(wěn)定性，還采用了多重保護措施，如設置了液壓系統(tǒng)壓力過高保護、位移傳感器故障保護、液壓管路泄漏保護等，保證了施工過程中的安全和可靠性。為了更好地實現(xiàn)多點頂推的同步性，該控制系統(tǒng)還采用了預壓力技術，即在頂推過程開始前，先對各個千斤頂進行預壓，使其保持一定的壓力狀態(tài)，以便在頂推過程中能夠更加靈活地響應控制信號，從而保證頂推過程的同步性和精度。總的來說，該計算機液壓同步控制系統(tǒng)具有高效、準確、可靠、安全等特點，能夠有效地解決鋼箱梁多點頂推施工中的同步性問題，是非常成熟可靠的技術手段。

4.1.2 PLC控制系統(tǒng)的具體實施

利用PLC系統(tǒng)可實現(xiàn)千斤頂頂推的單個動作、單組動作以及群組動作的控制。利用PLC液壓組1控制6臺千斤頂，利用PLC液壓組2控制兩跨簡支鋼箱梁，在加載過程中采用PLC群組控制，使10臺千斤頂同步、同時頂推，直到到達就位位置前再轉為單組控制，最后再利用箱梁底部糾偏千斤頂進行前后位置糾偏，直至頂推就位。頂推采用10臺200t頂推千斤頂，這些千斤頂分別布置在各個滑道上。

（1）連續(xù)鋼箱梁采用其中6臺千斤頂進行頂推，加載過程中，PLC電控系統(tǒng)通過群組控制方式控制這6臺千斤頂同步工作，以確保鋼箱梁平穩(wěn)移動。在加載過程中，利用PLC液壓組2對兩跨簡支鋼箱梁進行控制，以確保其正確移動并且不受到過度壓力的影響。當頂推接近就位位置時，PLC電控系統(tǒng)會將控制方式轉換為單組控制。在此期間，PLC 液壓組1 會單獨控制這6 臺千斤頂，以確保它們可以根據(jù)鋼箱梁的位置進行精細調(diào)整。

（2）在頂推就位之前，PLC 電控系統(tǒng)還會利用箱梁底部的糾偏千斤頂對鋼箱梁進行前后位置糾偏，以確保其準確就位。

（3）為了確保千斤頂?shù)恼９ぷ骱桶踩?，PLC 電控系統(tǒng)還需對其進行實時監(jiān)控和故障檢測。例如，如果千斤頂?shù)膲毫^大或過小，或者其位置偏移超過一定范圍，PLC 電控系統(tǒng)會自動停止其工作，并發(fā)出警報提示操作人員進行處理。

（4）在實際應用中，PLC 電控系統(tǒng)還需要與其他設備配合完成頂推工作。例如，PLC 電控系統(tǒng)需要與液壓系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)等進行協(xié)同工作，以確保千斤頂能夠按照預定軌跡和速度移動，同時還需要與人機界面進行交互，以方便操作人員對其進行監(jiān)控和控制。

總之，利用PLC 電控系統(tǒng)對千斤頂進行控制，可以實現(xiàn)單個動作、單組動作以及群組動作的控制，從而有效地實現(xiàn)頂推的控制和調(diào)整。

4.2 鋼箱梁頂推施工過程的監(jiān)測與控制

（1）靜力水準儀是一種用于測量結構變形的高精度儀器，它通過對結構變形的測量來評估結構的安全性能。在該工程中，靜力水準儀被用來監(jiān)測主梁的變形情況。為了保證測量數(shù)據(jù)的準確性和實時性，配備了GPRS-A無線數(shù)據(jù)采集儀，并將其連接到傾角傳感器、靜力水準儀、應變儀等設備上。

數(shù)據(jù)采集儀具有多種輸出接口，包括Zibgee(RS485)、GPRS、RS485和液晶顯示屏，使其具有靈活、方便的使用特性。在鋼箱梁標高測點斷面中，共布置了5個測點(CH1～CH10)，并將無線靜力水準儀布置在箱梁頂部的中間位置，這樣可以采集到箱梁頂部的標高數(shù)據(jù)，并與前面的理論計算結果進行對比，特別是在最后階段箱梁拼接時，對標高偏差的控制將變得更加嚴格。通過靜力水準儀的實時監(jiān)測，施工人員可以及時掌握結構變形情況，并及時調(diào)整施工方案，避免發(fā)生安全事故。

（2）在施工過程中，還將采用全站儀、自動水準儀等現(xiàn)代測量技術對施工質(zhì)量進行全程監(jiān)測和控制，以確保鋼箱梁的安裝精度和穩(wěn)定性。同時，對于梁體的沉降和變形等情況也將進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題將立即采取相應的措施進行處理。梁體高程及應力監(jiān)測斷面如圖3所示。

圖3 梁體高程及應力監(jiān)測斷面

（3）還需考慮施工期間對鐵路運營的影響，因此將采用分段施工的方式，通過合理的施工計劃和交通組織措施，最大程度地減少對鐵路運營的影響。

（4）在施工期間還將采取嚴格的安全措施，如建立安全防護網(wǎng)、設立警示標志等，確保工程能夠安全高效地進行。

5 結束語

本文以紹興城際鐵路二期工程金柯橋大道站更換道岔連續(xù)鋼箱梁為例，對多跨連續(xù)變截面鋼箱梁整體橫移同步連續(xù)頂推施工的安全控制關鍵技術進行了研究，結論如下：

（1）為保證連續(xù)變截面鋼箱梁整體頂推的安全性，項目采用了聚苯乙烯滑道-三向糾偏千斤頂?shù)捻斖品绞剑渲腥蚣m偏千斤頂放置在滑道上，作為滑塊實現(xiàn)鋼箱梁平穩(wěn)滑動，并作為鋼箱梁頂推過程發(fā)生偏位后的及時糾偏措施。

（2）運用PLC 液壓同步控制系統(tǒng)，對頂推過程中各頂升點壓力、位移和應力進行實時監(jiān)控；運用多臺千斤頂總組控制及單組控制，最終實現(xiàn)了變截面鋼箱梁整體橫移的同步性。

（3）采用靜力水準儀對主梁的變形進行施工監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測到的偏位數(shù)據(jù)，運用三向千斤頂進行了箱梁糾偏。