六七式鐵路舟橋升降墩技術創新與優化設計

張俊英

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

1 概述

六七式鐵路舟橋是我國于1967年自行研制成功的鐵路舟橋制式器材。它主要用于應急克服江河障礙,保障鐵路運輸。亦可根據需要,拼組成水上施工設備供施工使用,也可作為臨時水上交通運輸用。 1976年唐山大地震,京山鐵路薊運河大橋被震壞,用六七式鐵路舟橋器材搶架了一座薊運河鐵路浮橋,及時保障了京山鐵路復線開通,為唐山抗震救災作出了貢獻。六七式鐵路舟橋器材作為基本建設工程中的水上工程設施、運輸船舶使用,對國民經濟產生了一定效益。在平時應急搶修和水上工程施工中發揮了重要作用。

六七式鐵路舟橋從1967年設計定型距現在已有40多年,在唐山地震搶架薊運河鐵路浮橋和在訓練以及在平時基建工程使用中,暴露出器材裝卸車和上下水、門橋拼組速度慢,結構龐大復雜,桿件種類繁多,易毀難修,不適應現代應急搶修的要求。2006年經國家交戰辦批準六七式鐵路舟橋器材技術改造任務書(國動交戰[2006]44號),主要對棧橋進行技術改造。經過方案研究設計、技術設計、試制、拼組架設試驗與演練,于2010年9月通過了技術評審。

棧橋包括活動棧橋和固定棧橋。活動棧橋起升降調節作用,升降塔在六七式鐵路舟橋中用來支承活動棧橋和邊孔。根據水位漲落,通過升降橋面使棧橋與邊孔形成一定坡度,適應水位變化,達到調節棧橋的坡度,以利列車通過。

2 既有棧橋升降塔存在的問題

原升降塔墩身結構為穿式結構,位于鐵路橋梁搶修界限之外,設置在棧橋頂端,每岸各1座,主要由橫梁、縱梁、立柱(包括支撐)、吊架(包括支撐)及縱橫墊梁等68種523件和4 906只M22螺栓組成,每座質量26.3 t,橫梁上設支座支承邊孔及棧橋梁,兩端安有錨機2臺。升降調節高度通過錨機及吊架的滑車組進行,調節范圍為4 m。拼組架設1座升降塔需38 h10 min。

原設計1座活動棧橋適應河水漲落4 m,致使活動棧橋的升降塔和活動墩,結構龐大、復雜、桿件種類多,拼架速度慢并且需在低水位時預施工；升降塔頂端高出邊孔支座底面5.9 m,架設邊孔浮節時,浮節必須順橋軸線方向進入,架設非常困難而且架設速度緩慢,極大地制約了棧橋的搶修速度。升降塔的拼組架設與邊孔浮節的架設成為六七式鐵路舟橋的控制因素。升降塔結構如圖1所示。

3 改進的總體思路

活動棧橋的升降墩共設2個,1號升降墩和2號升降墩,本文只介紹1號升降墩,可調節水位1.50 m。升降墩的基礎為4×4根φ529 mm的鋼管樁,打樁用的導樁框架與鋼管樁相連接,作為鋼管樁的聯結系。根據河床地質,也可以采用其他基礎。

3.1 邊孔浮節由原來必須順橋軸線方向進入,改進為可垂直橋軸線方向架設

為使邊孔浮節可由垂直于橋軸線方向進行架設,加快活動棧橋的拼組架設和邊孔浮節的架設速度,提高鐵路舟橋的戰術性能,經反復探索研究,把升降墩設在鐵路橋梁搶修界限以內的橫梁下面,支承橫梁的墩身結構可進行高度調整,以適應水位變化。新設計的升降墩為墩柱結構(圖2),活動棧橋可在任何水位進行施工,邊孔浮節可以由垂直于橋軸線方向進行架設。墩身主要由橫梁、墩柱、下縱梁、墊梁和帽梁等組成,配4臺20 t液壓千斤頂。橫梁下翼緣與墩柱頂端法蘭連接,墩柱下端與下縱梁腹板連接,下縱梁支承在墊梁上,墊梁支承在鋼管樁上。調整高度時,松開墩柱與下縱梁的連接,液壓千斤頂頂升橫梁,橫梁帶動墩柱上移,調整到位后,將墩柱與下縱梁連接,并安裝斜撐桿,反之亦然。

圖1 改進前的升降塔

圖2 升降墩墩柱結構(單位：mm)

3.2 活動棧橋由原來的低水位預施工,改進為在高、低水位均能施工

由于河中橋面軌頂距水面只有3.5 m,棧橋適應水位變化2.3 m(棧橋調節1.5 m,邊孔自動調節0.8 m),扣除棧橋梁和支座的高度后,墩身構造高度不得大于1 m。為了保證在任何使用水位值均能進行墩身施工,樁頂必須在水面以上,把調節墩身高度的墩柱穿過下縱梁伸入水中。由于墩身高度不得大于1 m,為使墩頂豎向力和水平制動力傳給墩身下16根鋼管樁基礎,墩身主要構件橫梁、下縱梁和墊梁都壓縮了建筑高度,才解決了此關鍵技術問題。

(1)橫梁(圖3)：是箱形焊接板梁,箱形斷面為1 000 mm×400 mm,翼緣板和腹板的厚度均為20 mm,兩翼腹板的厚度為16 mm,外形尺寸為5 000 mm×2 500 mm×400 mm,質量2 829 kg,承受浮橋邊孔和棧橋梁的支座反力和列車制動力,下翼緣板與墩柱上端相連。上翼緣板下安裝千斤頂上底座,與千斤頂相連接。橫梁在外力作用下承受豎向力、橫向力、力矩和扭轉力矩。為使升降墩能在高水位時進行施工,且墩柱與下縱梁連接的螺栓在高水位以上,必須將橫梁的建筑高度盡可能降低,故橫梁高度由原來的1 000 mm改為400 mm。上翼緣板在腹板內側設與邊孔梁和棧橋梁支座相聯的栓孔φ23.5 mm與螺母M22。

圖3 橫梁(單位：mm)

(2)下縱梁：為壓縮建筑高度,采用魚腹式箱形焊接板梁,上、下翼緣板和腹板均為12 mm厚,兩端1 500 mm范圍內翼緣板增設加強板厚12 mm,腹板增設加強板厚10 mm,外形尺寸為4 000 mm×515 mm×528 mm,質量1 206 kg,兩端與墊梁連接處的高度由528 mm減為320 mm。

(3)墊梁(圖4)：是箱形電焊板梁,箱形斷面為450 mm×280 mm,翼緣板和腹板的厚度均為12 mm,外形尺寸為4 780 mm×2 120 mm×280 mm,質量1 341 kg。為減少建筑高度,將需要縱橫疊置的上下兩層墊梁設計在一個平面,故墊梁高度由原來的560 mm壓縮為280 mm。在與下縱梁連接處,設有與下縱梁連接用的橢圓螺栓孔,橢圓螺栓孔供調節下縱梁順線路方向的位置。墊梁支承在鋼管樁上。

圖4 墊梁(單位：mm)

改進設計后的升降墩,其戰術技術性能有較大提高,對棧橋和邊孔浮節的拼組架設有重大影響。墩身質量由原來的26.3 t,減為12.9 t,質量減輕51%。構件由原來68種523件和4 906只螺栓減為10種51件和328只螺栓組成。拼架1座升降墩由原來38 h10 min減為僅需1 h。

原升降塔與活動墩的結構,必須采取在低水位預施工,而新設計的升降墩結構可在低水位、高水位均能施工。

原升降塔頂端高出邊孔支座底面5.9 m,架設邊孔浮節時,浮節必須順橋軸線方向進入,架設邊孔十分困難而且慢。新設計的升降墩改為墩柱結構后,其頂端位于邊孔支座下面,架設邊孔浮節時,邊孔浮節由垂直橋軸線方向進入架設,加快了浮橋的架設速度。

4 結語

升降墩由穿式改為墩柱結構,橫梁斷面由П形改為箱形,升降墩頂端位于邊孔支座下面,架設邊孔浮節時,邊孔浮節由順橋軸線方向架設,改為垂直于橋軸線方向架設,加快了浮橋的架設速度,解決了控制浮橋架設速度的關鍵技術難度。墩柱伸向水中調節鐵路浮橋棧橋坡度的結構形式新穎,在國內屬首次采用。墩身結構簡單,受力合理,質量輕,零部件少,在低水位、高水位均能施工,拼組架設速度快而方便,極大地提高了六七式鐵路舟橋的架設速度,提高了六七式鐵路舟橋的戰術技術性能。

[1] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.六七式鐵路舟橋器材技術改造論證報告[R].北京：中鐵第五勘察設計院集團有限公司,2006.

[2] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.六七式鐵路舟橋器材技術改造研制報告[R].北京：中鐵第五勘察設計院集團有限公司,2010.

[3] 鐵道戰備舟橋處.六七式鐵路舟橋器材技術改造試驗報告[R].山東齊河：鐵道戰備舟橋處,2010.

[4] 鐵道戰備舟橋處.六七式鐵路舟橋器材技術改造升降墩拼組試驗報告[R].山東齊河：鐵道戰備舟橋處,2010.

[5] 湖北華舟重工有限責任公司.六七式鐵路舟橋器材技術改造(首制套)試生產評議會材料匯編[G].湖北赤壁市：湖北華舟重工有限責任公司,2010.

[6] 中華人民共和國鐵道部.鐵路橋梁搶修(建)技術規程(試行)[S].北京：中國鐵道出版社,1996.

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社,2005.