箱梁場的規(guī)劃研究

胡金生 中鐵二十四局集團(tuán)有限公司

隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，適合于高速鐵路的橋梁占整條線路的比例越來越大，箱梁的數(shù)量也越來越多。梁場的規(guī)劃研究正在成為一項(xiàng)重要的研究工作，合理的規(guī)劃不僅對經(jīng)濟(jì)環(huán)保，還對制梁過程中的質(zhì)量安全能起到積極的控制作用。

1 梁場選址

梁場的選址應(yīng)根據(jù)供應(yīng)梁的重心、交通狀況、地質(zhì)條件等因素來確定。簡言之，經(jīng)濟(jì)性是梁場選址的唯一出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。其一般應(yīng)遵循以下幾個基本原則：

（1）梁場選址需要有足夠規(guī)模的臨時用地來滿足生產(chǎn)和生活的需要，但在滿足該條件的前提下應(yīng)盡量減少征地，節(jié)約成本。

（2）梁場選址需要重點(diǎn)考慮地形地貌、地質(zhì)條件等因素。900t箱梁對制存梁臺座的承載能力和不均勻沉降提出了很高的要求，要優(yōu)先選用地質(zhì)條件好、地基承載力高的地方，長江中下游沖積平原建梁場需要大量地基處理的費(fèi)用。同時要利用地形較好的空地，以減少土石方工程量。

（3）梁場選址應(yīng)考慮交通狀況、原材料來源。預(yù)制梁場應(yīng)盡量與既有公路相連，方便大型設(shè)備和材料的運(yùn)輸，減少臨時便道的設(shè)立；箱梁體積大，每榀箱梁需要大量的材料，應(yīng)充分考慮料源是否豐富、穩(wěn)定，以及運(yùn)距長短。

（4）梁場選址應(yīng)該優(yōu)先考慮在供應(yīng)梁的橋群重心處，且優(yōu)先考慮運(yùn)梁便道運(yùn)梁，不得已方考慮跨橋墩提梁。跨橋墩提梁需在梁場多配置一臺提梁機(jī)，提梁機(jī)的價格在1000萬元以上，增加了梁場的投入。

（5）梁場選址應(yīng)考慮水、電供應(yīng)。預(yù)制梁工廠化生產(chǎn)，水電是重要的生產(chǎn)資源，要求水電供應(yīng)必須滿足正常施工生產(chǎn)和生活需要。

（6）梁場選址應(yīng)滿足運(yùn)距和工期的要求。箱梁單側(cè)運(yùn)輸不宜太遠(yuǎn)，因考慮夜間不宜架梁，其次隨著運(yùn)距的增加運(yùn)輸成本也增加，和移動模架現(xiàn)澆相比將失去其規(guī)模內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性，而且運(yùn)輸距離太遠(yuǎn)架梁速度下降，難以滿足工期要求。通常單側(cè)運(yùn)輸距離不宜超過20km。

（7）梁場選址應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離村莊和居民生活區(qū)，以免夜間施工干撓居民休息。

2 梁場平面布置

制存梁場的平面布置是否科學(xué)合理直接影響制梁的速度和施工的經(jīng)濟(jì)性。按照制、存梁臺座和線路的關(guān)系平面布置主要有二種形式：縱列式和橫列式。梁場的平面位置設(shè)計(jì)同時也與所采用的設(shè)備有關(guān)，特別是混凝土的運(yùn)輸方式?；炷恋倪\(yùn)輸方式有兩種，其一混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送到地泵，其二地泵直接輸送到梁面上。

縱列式是制梁生產(chǎn)線與存梁線同線或平行，一般緊靠線路且平行線路布置的一種平面布置形式?？v列式梁場布置容易組織箱梁生產(chǎn)全過程流水作業(yè)，從鋼筋制作、鋼筋綁扎、立模到制梁、移梁、存梁在一條生產(chǎn)線上，各工序作業(yè)過程清晰，環(huán)環(huán)相扣，較易通過優(yōu)化工藝過程節(jié)省工序時間，縮短關(guān)鍵線路工期，減少每循環(huán)臺座占用時間，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的提高。縱列式梁場從原材料進(jìn)場、半成品加工轉(zhuǎn)運(yùn)、箱梁混凝土澆筑到箱梁成品形成等，核心生產(chǎn)區(qū)全部覆蓋在起重機(jī)作業(yè)區(qū)下，小型機(jī)具、設(shè)備、構(gòu)件、物品轉(zhuǎn)運(yùn)非常方便，利用2臺450噸門式起重機(jī)可實(shí)現(xiàn)作業(yè)范圍內(nèi)所有材料、設(shè)備、箱梁的搬運(yùn)吊裝；如圖1所示。

圖1 縱列式平面布置圖

橫列式是制梁生產(chǎn)線與存梁線方向垂直，一般緊靠線路且垂直線路布置的一種平面布置形式。按照制梁生產(chǎn)線的條數(shù)它又分為單向橫列式和多向橫列式。單向橫列式梁場也較容易組織箱梁生產(chǎn)流水作業(yè)，鋼筋制作、鋼筋綁扎、立模、制梁在一條生產(chǎn)線上，各工序作業(yè)過程清晰，利用小型門式起重機(jī)可覆蓋整個制梁區(qū)，實(shí)現(xiàn)材料、工具和模板的運(yùn)輸及吊裝；其缺點(diǎn)是較單向縱列式布置相比，箱梁運(yùn)輸需要另外配置移梁機(jī)械，如提梁機(jī)或900噸門式起重機(jī)。當(dāng)為多向橫列式布置時，制梁生產(chǎn)線成一字排開，使得多條制梁生產(chǎn)線重合，仍然利用小型門式起重機(jī)可覆蓋整個制梁區(qū)，實(shí)現(xiàn)材料、工具和模板的運(yùn)輸及吊裝，節(jié)省了周轉(zhuǎn)時間，提高了模板的利用率，配置的移梁機(jī)械可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模移梁，所以多向橫列式布置適合于大規(guī)模制梁或存梁時間較長的梁場平面布置。如圖2所示。

圖2 四向橫列式平面布置圖

制、存梁區(qū)域的位置關(guān)系固定后，就可以綜合安排其它區(qū)域和設(shè)施的位置。材料堆放區(qū)、綜合辦公生活區(qū)、鍋爐房、配電房等在梁場內(nèi)的平面布置應(yīng)統(tǒng)籌安排，從節(jié)約投資和便于管理的角度出發(fā)，一般應(yīng)遵循以下幾個原則：

(1)梁場位置應(yīng)緊湊，充分利用場地，減少臨時工程的規(guī)模，降低臨時工程造價。

(2)材料堆放區(qū)、砼攪拌站等與制梁相關(guān)的設(shè)備應(yīng)盡量靠近制梁區(qū)，盡量減少中間環(huán)節(jié)作業(yè)量，提高工作效率。

(3)蒸汽鍋爐房、配電房等危險區(qū)應(yīng)遠(yuǎn)離人員生活和工作區(qū)域，減少安全事故隱患，同時辦公生活區(qū)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離噪音區(qū)、粉塵區(qū)，創(chuàng)造良好的辦公生活環(huán)境。

(4)水路、電路、蒸汽管道、混凝土輸送管路應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，使輸送線路既能覆蓋作業(yè)范圍又能實(shí)現(xiàn)最短化。

3 制梁場地規(guī)模

梁場的規(guī)模應(yīng)根據(jù)所生產(chǎn)的箱梁數(shù)量、制架梁工期、梁的生產(chǎn)周期、存梁周期等綜合確定。按照梁場平面布置的要求，影響制存梁場規(guī)模的因素主要是制梁區(qū)和存梁區(qū)的面積，因此制存梁臺座數(shù)量的配置將決定梁場的規(guī)模，也是梁場規(guī)劃設(shè)計(jì)的不同的施工方法和工藝流程，制梁的速度，是否采用專業(yè)制梁隊(duì)伍等都使得制梁的速度有所差別，存梁時間也不同，使得制、存梁臺座的配置差別較大。

3.1 影響制、存梁臺座數(shù)量的因素

3.1.1 占用制梁臺座的作業(yè)循環(huán)時間

制梁占用的制梁臺座時間越短，則制梁速度越快，需要配置的制梁臺座數(shù)量就越少。目前的設(shè)計(jì)主要以整體吊裝內(nèi)模、預(yù)張拉、初張拉，及蒸汽養(yǎng)護(hù)為主，制梁各流程平均耗時如表1所示。

表1 制梁各流程平均耗時表

由表1可見，單臺座循環(huán)時間約為4天，倘若采取更加嚴(yán)密的施工組織、各道工序零銜接時間、保證設(shè)備的良好狀態(tài)和蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)等還可以稍微縮短循環(huán)作業(yè)時間。本文為便于研究設(shè)單臺座制梁時間為u天。

3.1.2 占用存梁臺座的作業(yè)循環(huán)時間

存梁占用的存梁臺座時間越短，則存梁周轉(zhuǎn)越快，需要配置的存梁臺座數(shù)量就越少。規(guī)范規(guī)定混凝土終張至少要齡期達(dá)到10天，水泥凈漿強(qiáng)度、封錨混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。一般而言水泥凈漿強(qiáng)度和封錨混凝土強(qiáng)度在一周可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因此不以以上兩強(qiáng)度為控制時間，通常完成箱梁徐變觀測30天后箱梁出場。無碴軌道箱梁的徐變觀測持續(xù)在張拉后的三個月，通常在橋位上繼續(xù)觀測。各流程平均耗時如表2所示。

表2 存梁各流程平均耗時表

可見，單存梁臺座循環(huán)時間約為40天，本文為便于研究設(shè)單臺座存梁時間為v天。

3.1.3 架梁的速度

架梁的速度影響梁場存梁臺座的周轉(zhuǎn)速度，一般而言一個梁場配置一臺運(yùn)梁車和一臺架橋機(jī)，工期異常緊張或制梁數(shù)量很多時，可考慮配置兩套運(yùn)架設(shè)備。在架橋機(jī)上配置了足夠的夜間照明后，梁場的制梁速度難以滿足架梁的要求，橋機(jī)經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，除非運(yùn)梁距離達(dá)到20km時，可采用兩臺運(yùn)梁車供梁。同樣研究的通用性，根據(jù)可以求出不同供應(yīng)范圍內(nèi)可以達(dá)到的架梁速度，運(yùn)架梁各流程平均耗時或速度如表3所示。

表3 運(yùn)架梁各流程平均耗時或速度表

根據(jù)上表和現(xiàn)場實(shí)際的架梁速度（已考慮運(yùn)架設(shè)備的維修保養(yǎng)時間）得出：當(dāng)運(yùn)距為 0～6km 時，3孔/天；當(dāng)運(yùn)距為 6～10km時，2.5孔/天，當(dāng)運(yùn)距大于10km時，2孔/天。進(jìn)度計(jì)劃安排中可以按此速度架梁，也可以在該速度范圍內(nèi)略作調(diào)整安排架梁。

3.2 制、存梁臺座數(shù)量的配置

綜合前面所述，對前提條件進(jìn)行如下假設(shè)：

（1）本研究以架梁為控制工期，對最大架梁情況進(jìn)行分析；

（2）為了保證開始則能架梁，實(shí)行提前制梁；

（3）綜合考慮制存梁臺座的數(shù)量，以便于組織生產(chǎn)為前提，考慮試驗(yàn)臺座和富余系數(shù)，適度增加存梁臺座數(shù)量；

（4）制梁臺座設(shè)置后充分利用，不間斷制梁。

因此，以累計(jì)架梁天數(shù)x為橫坐標(biāo)軸，累計(jì)架梁數(shù)目y為縱坐標(biāo)軸，則架梁為由三段連續(xù)直線組成的曲線，三段直線的斜率分別是3、2.5和2，曲線起點(diǎn)為原點(diǎn)，架梁曲線方程為：

以累計(jì)制梁天數(shù)x為橫坐標(biāo)軸，累計(jì)制梁數(shù)目y為縱坐標(biāo)軸，則制梁曲線方程為：為制梁速率，b為存梁臺座的數(shù)量）

滿足條件為：任何時刻，制梁數(shù)-存梁期限內(nèi)的制梁數(shù)≥架梁數(shù)，即：

不等式組(1)

不等式兩邊均為直線或直線段。因此對于分段函數(shù)，只須起點(diǎn)、終點(diǎn)分別滿足不等式即可，得：

將a與b的不等式轉(zhuǎn)化成a與b的方程組，然后進(jìn)行線性規(guī)劃，求出a與b可能的取值范圍：

方程組(3)

觀察可得，該方程組有規(guī)律可循。在以a為橫坐標(biāo)，b為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，方程一為斜率為正，且與方程二交點(diǎn)橫坐標(biāo)為2的直線，由于M/2通常遠(yuǎn)大于v，則方程二、三、四為斜率為負(fù)的直線，且其兩兩交點(diǎn)橫坐標(biāo)均小于2（詳見圖 3）。

由圖3可知，關(guān)于不等式組（2）的取值范圍為黑線及箭頭所指區(qū)域，要使a、b較小且合理，則a宜≤2。綜合考慮確定求出a值后，根據(jù)單臺座制梁周期為u天，則制梁臺座數(shù)量為au，代入直線方程可求得b的最小值。

圖3 關(guān)于ab的線性規(guī)劃

以滬寧城際鐵路呂城制梁場為例，制梁任務(wù)439孔，架梁工期2009年3月20日至10月31日，制梁臺座10個，存梁臺座78個(其中20個雙層存梁臺座)，高效經(jīng)濟(jì)地完成了制梁任務(wù)。

本研究也可為公路梁梁場規(guī)劃參考之用。