重載鐵路T形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工技術(shù)

劉飛 劉曉峰 李吉亮 王雅慧

（1.國能黃大鐵路有限責(zé)任公司，山東東營 257091；2.中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司北京工電大修段，北京 100071；3.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081；4.中鐵上海工程局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300450）

截至2020年底，我國鐵路營業(yè)里程已經(jīng)達(dá)到14.63 萬km，其中重載鐵路約1 萬km，主要為朔黃、大秦、浩吉等專用線。雖然重載鐵路規(guī)模偏小，但承擔(dān)了我國煤炭、鐵礦石等大宗貨物大部分的運輸任務(wù)。除新建瓦日、浩吉鐵路滿足30 t軸重重載運輸外，既有線路基礎(chǔ)設(shè)施建成時間跨度大、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，部分線下基礎(chǔ)設(shè)施不適應(yīng)重載運輸，有待強化［1］。我國鐵路橋梁領(lǐng)域的工作者們分別從設(shè)計、施工、維護(hù)、評估等方面進(jìn)行了研究。在設(shè)計方面，許三平［2］結(jié)合蒙華鐵路三荊段對重載鐵路活載選擇、梁型選擇、橋墩設(shè)計提出了建議；付建軍等［3］通過對新活載標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的研究，改善了25 t 軸重列車運營下連續(xù)梁的服役狀態(tài)。在施工方面，古蘭玉［4］研究了上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工技術(shù)，對影響上跨橋施工的主要因素進(jìn)行了分析，并對復(fù)雜情況下上跨橋施工方案的比選方法進(jìn)行了歸納；王明慧、國洪光等［5-6］分別對新白沙沱長江特大橋跨既有線鋼桁梁施工方案和頂推施工技術(shù)進(jìn)行了研究。在維護(hù)方面，張勇等［7］對三條上跨既有線鐵路橋梁的平板支座、弧形支座、搖軸支座和鉸軸支座的病害類型及原因進(jìn)行了分析；石秋君［8］針對既有鐵路橋梁支座病害原因，提出了新型板式橡膠支座、鉸軸滑板支座、球型鋼支座等新型支座的選用及更換方案；尹雙慶等［9］結(jié)合京廣線漢水橋鋼板梁更換施工，研究了鐵路既有線橋梁換梁施工中支座處理技術(shù)。在評估方面，王飛球等［10］采用BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對上跨既有線高速鐵路橋梁施工進(jìn)行了安全風(fēng)險評估。

本文結(jié)合上跨寧苛線（寧武—苛嵐）的神朔鐵路B-221號橋移梁施工，開展天窗點內(nèi)重載鐵路T形梁扭轉(zhuǎn)橫移關(guān)鍵技術(shù)研究。

1 工程概況

神朔鐵路K212+823.262—K213+456.526 區(qū)段原設(shè)計為單曲線，由于橋梁施工錯誤，致使該區(qū)段線路形成復(fù)曲線。上下行均由三段曲線組成，復(fù)曲線降低了列車運行的速度及平穩(wěn)性，增加了線路養(yǎng)護(hù)維修的工作量。為解決該問題，增強線路運輸能力，須調(diào)整復(fù)曲線為單曲線。扭轉(zhuǎn)移梁為該區(qū)段線路調(diào)整的關(guān)鍵性和控制性工程。

在朔黃鐵路K213+230 的B-221 號橋開展T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移現(xiàn)場試驗。橋跨布置為3 孔32 m 超低高度預(yù)應(yīng)力簡支T 形梁。設(shè)計活載為中-活載，梁體全長32.6 m，單片T 形梁質(zhì)量112.02 t。輕、重車線梁體分開，T 形橋臺，采用雙曲面鋼支座，支座固定端位于線路東端，樁基礎(chǔ)和橋臺基底置于細(xì)圓礫土地層中。其中第2 孔梁上跨寧苛線，為T 形梁的扭轉(zhuǎn)橫移增大了施工難度。

全橋布置于圓曲線上，橋梁原設(shè)計無預(yù)偏心。上行線為重車線，無縫線路，75 kg/m 鋼軌，Ⅲ型軌枕；下行線為輕車線，無縫線路，60 kg/m鋼軌，Ⅱ型軌枕。

線路調(diào)整前上行、下行線曲線半徑分別為860.0，855.6 m；線路調(diào)整后上行、下行線曲線半徑分別為506.8，502.0 m。梁體位置按平分中矢法布置。根據(jù)調(diào)整后曲線線型及橋梁布置對T 形梁進(jìn)行扭轉(zhuǎn)橫移，如圖1所示。橋梁上下行橫向位移量見表1。

圖1 T形梁扭轉(zhuǎn)橫移示意

表1 橋梁上下行橫向位移量

2 T形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工參數(shù)與設(shè)備

2.1 施工參數(shù)

T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移的關(guān)鍵在于梁體頂起后橫向頂推平移。通過室內(nèi)試驗測試復(fù)合銅-鋼、鉛銅合金-鋼、聚四氟乙烯-鋼三種常用組合材料在干摩擦和潤滑摩擦條件下動靜摩擦因數(shù)，結(jié)果見表2?？梢?，聚四氟乙烯-鋼的摩擦因數(shù)≤0.04，滑動效果最佳，故選為滑動面材料。

表2 三種組合材料摩擦因數(shù)測試結(jié)果

通過現(xiàn)場試驗油泵工作壓力為2.5 MPa，頂推力約153 kN，摩擦因數(shù)為0.03，符合要求，可有效完成頂推橫移過程。

2.2 施工設(shè)備

1）多向頂推千斤頂

32 m 簡支T 梁的單片梁重為1120.2 kN。軌道及附屬設(shè)備按每延米5 t計算，曲線段考慮不利因素每孔梁最重按4600 kN 計算。橫移摩擦因數(shù)按0.04 ～0.10考慮，移梁需要的最大水平推力為490 kN。

每孔梁配備4臺多向頂推千斤頂（圖2）。千斤頂參數(shù)：豎向頂升力2500 kN，行程160 mm，本體高度345 mm；橫向頂推力580 kN，行程±55 mm，本體高度430 mm。

圖2 多向頂推千斤頂

2）PCL多點同步液壓控制系統(tǒng)

梁體頂升和平移要求精度高，須確保所有千斤頂同步可控作業(yè)，據(jù)此研發(fā)了適用于天窗點內(nèi)T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移的多向頂推千斤頂和配套使用的PCL 多點同步液壓控制系統(tǒng)，如圖3所示。該控制系統(tǒng)參數(shù)為：同步精度≤±0.1 mm，工作壓力70 MPa，每臺液壓千斤頂工作流量1 L/min，千斤頂最小頂推距離5 mm/min，同步誤差3 mm，貼合壓力15 MPa。

圖3 PCL多點同步液壓控制系統(tǒng)

3）位移監(jiān)測及控制設(shè)備

圖4 位移傳感器的布置

為確保施工時垂向和橫向位移與設(shè)計相符，布置了垂向和橫向位移傳感器（圖4），施工過程中把頂升量和橫向位移實時上傳到指揮中心，及時監(jiān)控作業(yè)進(jìn)程。垂向和橫向位移監(jiān)測精度為±0.1 mm。

該線路扭轉(zhuǎn)橫移區(qū)段縱向坡度為12‰，須確保垂向頂起后在縱向不偏移的情況下梁體橫向位移符合設(shè)計要求。為防止梁體出現(xiàn)縱向偏移設(shè)計了防縱向偏移裝置，如圖5 所示。為確保梁體在橫向位移過程中安全可控，設(shè)計了防梁體橫向位移超限架，如圖6所示。

圖5 防縱向偏移裝置

圖6 防梁體橫向位移超限架

3 天窗點T形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工

線路上下行分開進(jìn)行移梁施工?？紤]到梁體位置及線路情況，先對下行輕車線進(jìn)行移梁，然后對上行重車線進(jìn)行移梁。每次橫向移動單行線的3 孔梁，單行線梁體橫向移動均在天窗點內(nèi)完成。施工分為工裝安裝與調(diào)試、天窗點內(nèi)施工準(zhǔn)備、扭轉(zhuǎn)移梁、線路恢復(fù)4個工序。具體如下：

1）工裝安裝與調(diào)試

根據(jù)移梁設(shè)計位置，技術(shù)員測量放線，鑿除新錨固螺栓的位置，既有墊梁石加長，高度與既有墊梁石平齊。

拆除既有防梁體橫向位移限位架，按照設(shè)計位置做好新的限位架；松開支座錨固螺栓保證起梁時脫開，并將雙曲面鋼支座搖軸和座板焊聯(lián)，防止起梁時支座分離。

安裝并調(diào)試PCL 多點同步液壓控制系統(tǒng)與多向頂推千斤頂，安裝位移監(jiān)測設(shè)備，完成液壓控制系統(tǒng)精度測試、位移監(jiān)測、穩(wěn)定性測試和千斤頂貼合試驗。

2）天窗點內(nèi)施工準(zhǔn)備

拆除護(hù)軌，保證移梁時護(hù)軌隨梁體同時移動。對每孔梁上主軌進(jìn)行切割，保證每孔梁的梁縫處有不小于0.5 m 的軌縫，或者將相鄰兩條鋼軌上下錯開。拆除人行道板，更換為木制步行板。電纜槽全部解除，電纜與梁體不允許有任何接觸?？v向蓋板全部拆除，放至橋外側(cè)平坦處。橫向蓋板處石渣全部清除，橫向蓋板移除。支座螺栓拆除，試起梁。試起梁及其他輔助工作須在封鎖天窗點內(nèi)進(jìn)行。

3）扭轉(zhuǎn)移梁

每孔梁每端布置2 個多向頂推千斤頂，第2 孔梁垂向頂起完成貼合后，根據(jù)線路坡度（12‰），為減少縱向偏移，嚴(yán)格執(zhí)行“低端先起先落、高端后起后落”。先將1#墩垂向頂起30 mm，然后將2#墩垂向頂起30 mm。垂向頂起完畢，同方向開始橫向移動梁體，通過PCL多點同步液壓控制系統(tǒng)同步頂升5個循環(huán)，前4個循環(huán)1#墩、2#墩均頂進(jìn)40 mm，最后1 個循環(huán)1#墩、2#墩分別頂進(jìn)50，8 mm 到達(dá)設(shè)計位置。每循環(huán)各墩臺技術(shù)員必須嚴(yán)格復(fù)核垂向頂起量和橫向位移情況，并上報指揮部。技術(shù)員先復(fù)核橫向位移無誤后，再復(fù)核垂向頂起量。確認(rèn)無誤后進(jìn)行落梁作業(yè)并精確調(diào)平支座到設(shè)計位置。扭轉(zhuǎn)移梁關(guān)鍵作業(yè)項目用時見表3。

表3 扭轉(zhuǎn)移梁關(guān)鍵作業(yè)項目用時 min

4）線路恢復(fù)

下行線第2孔梁扭轉(zhuǎn)橫移完成后，開始恢復(fù)線路。在兩線間開始安裝竹膠板蓋板，并回填袋裝石渣，確保第2 孔梁處既有線正點開通。同時開展下行線第1孔和第3 孔梁的扭轉(zhuǎn)橫移作業(yè)，扭轉(zhuǎn)橫移過程與第2孔梁類似。上行線橋梁扭轉(zhuǎn)橫移與下行線作業(yè)過程相同。所有橋梁扭轉(zhuǎn)橫移完成后，清理墩臺，養(yǎng)護(hù)墊梁石加長段，恢復(fù)縱向蓋板與石渣。

4 結(jié)語

為確保上跨既有線3孔32 m簡支T形梁扭轉(zhuǎn)橫移順利進(jìn)行，對T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工技術(shù)進(jìn)行了研究。對橫向滑移面組合材料的摩擦因數(shù)進(jìn)行了計算及試驗，選取聚四氟乙烯-鋼作為滑動面材料，實測摩擦因數(shù)為0.03；研發(fā)了適用于天窗點內(nèi)T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移的多向頂推千斤頂和配套使用的PCL 多點同步液壓控制系統(tǒng)，采用垂向、橫向位移傳感器監(jiān)測梁體垂向頂起量和橫向位移，并設(shè)計了梁體橫向、縱向位移限位裝置。

在上跨的既有線與移梁線路雙封鎖的情況下，先完成上跨既有線的下行線第2 孔梁梁體移梁工作，使其恢復(fù)正常行車，隨后完成下行線第1 孔和第3 孔梁的梁體扭轉(zhuǎn)橫移作業(yè)，最后完成上行線橋梁扭轉(zhuǎn)橫移作業(yè)?？蔀榻窈箢愃七\營鐵路橋梁施工提供參考。