高鐵橋梁施工中大型施工車輛變線技術探討

王外存，李 松，唐 英，張三峰

(1.中鐵三局集團有限公司，太原 030008;2.西南交通大學 土木學院，成都 610031;3.中鐵西南科學研究院有限公司，成都 610031)

受施工條件、施工工期、施工環境等多方面因素的影響和制約，在兩條并行高速鐵路的橋梁施工中，常常需要將一些重型施工機具(如架橋機)以及預應力混凝土箱梁(如900 t級箱梁)等重型施工荷載從橋上由一條線路轉移到相鄰的另一條線路上。實際施工中，一般采用900 t級運梁車從一座橋梁上將這些重型裝備跨線運送到相鄰的另一座橋梁上。運梁車的這種跨線運送施工荷載的過程通常被簡稱為變線過程。顯然，大型施工車輛變線過程中的運行方式與運營階段高速列車的正常運行方式不同。從結構分析的角度看，兩者對橋梁結構的作用效應必然存在較大的差異［1］。其中，高速列車對梁的作用主要體現為彎曲效應，而重型施工車輛變線過程中對梁的偏載作用勢必使梁中產生更為明顯的彎扭聯合作用效應。再加上相對于高速列車而言，900 t級運梁車對梁的作用荷載更為集中，使得這類重型施工車輛對梁可能產生比高速列車對梁更為不利的作用效果。由于常規設計中未考慮這類重型施工荷載對梁所產生的上述復雜的力學效應，若簡單地讓這類重型施工車輛直接在相鄰的兩座橋梁上變線，對箱梁而言，則存在較大的安全隱患，甚至造成箱梁破壞，進而引發施工事故。為確保施工和橋梁結構的安全，有必要對高速鐵路施工中運梁車的變線問題進行分析和研究。然而，目前尚鮮見關于這類施工問題的措施或理論分析方面的報道，探討高速鐵路施工中重載施工車輛橋上變線施工技術，即成為當前高速鐵路施工中亟待解決的重要施工技術問題之一。

本文將以900 t級運梁車的變線仿真分析結果以及變線施工實踐為基礎，探討高速鐵路橋梁施工中大型重載施工車輛橋上變線施工技術。

1 工程背景

在某客運專線并行橋梁施工中，擬采用HJ900 t架橋機為兩座并行橋梁分別架設225孔和237孔簡支梁。為適應工期要求，施工中需要采用 DCY900A型運梁車在相鄰兩座橋跨布置均為(60+100+60)m的連續梁橋上變線，以便將架橋機和待架設箱梁分批次轉運到與之并行的另一條線路上。兩座連續梁橋橫橋向基本尺寸及相互位置關系如圖1所示。

圖1 連續梁橫向相互位置關系(單位:mm)

DCY900A型運梁車的基本參數:16軸，相鄰軸距2.2 m，單軸有四輪，共計64個承載車輪。每個車輪接地面積為419 mm×680 mm，質量約275 t。

運送的混凝土箱梁質量約900 t，運送的架橋機質量約680 t。

運梁車變線過程中直接作用的兩片連續梁分別為單箱單室，變高度，變截面預應力混凝土連續梁。箱梁頂寬10.54 m，底寬6.7 m。梁體各控制截面梁高分別為:端支座處及邊跨直線段和跨中處為4.85 m，中支點處梁高7.85 m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑 R=377.542 m;頂板厚45 cm，腹板厚分別為50 cm、80 cm，底板厚由跨中的50 cm按圓曲線變化至中支點梁根部的94.8 cm，中支點處加厚150 cm。全橋共設5道橫隔梁。

2 相關問題及對策

2.1 設置橋面臨時承載結構

盡管兩片平行的連續梁翼緣板間僅相距2 cm(如圖1所示)，從幾何尺度方面看，運梁車可以直接橫跨這兩片平行的連續梁。但是，若讓運梁車直接在這兩片梁間運行，其車輪荷載將直接作用在箱梁翼緣板上。計算表明，重載運梁車單胎作用力可達213.7 kN/輪。該荷載值已完全超出了連續箱梁原設計中考慮的箱梁翼緣板所能承受的荷載。因此，若讓運梁車的車輪荷載直接作用在箱梁翼緣板上勢必會造成箱梁翼緣板破壞。為保證結構安全，避免重載運梁車變線過程中車輪荷載直接作用在箱梁翼緣板上，必須對橋面進行處理，把運梁車車輪荷載對翼緣板的直接作用方式變為間接作用方式。為此，本文采取在箱梁頂面搭設臨時結構將荷載傳遞到箱梁腹板附近的施工措施來解決上述問題。

亦即在箱梁頂面運梁車變線范圍內鋪設3層分別由縱向鋼軌、橫向工字鋼和面層鋼板組成的臨時承載結構對運梁車輪壓荷載進行分配(為便于敘述，以下將該承載結構簡稱為“臨時承載結構”)。臨時承載結構的布置形式如圖2所示。其中:第一層是在箱梁腹板的正上方、順橋向鋪設4組鋼軌，每組由3根間距為300 mm的鋼軌組成;第二層是在鋼軌上、沿橫橋向按間距200 mm鋪設一層工字鋼(工字鋼型號為I28b);第三層是在工字鋼上鋪設一層5 mm厚的防滑鋼板。運梁車從防滑鋼板上面橫向變線。

圖2 臨時承載結構示意(單位:mm)

相關仿真計算結果顯示［2］，在運梁車運輸架橋機和32 m梁變線過程中，當運梁車沿預定變線路線(路線形式詳后)運行至最不利變線位置時，I28b工字鋼中最大、最小應力分別為6.67 MPa和 －6.75 MPa。I28b工字鋼與鋼軌之間的最大擠壓局部應力約為12 MPa。鋼軌與預應力混凝土梁之間的最大擠壓局部應力約2.6 MPa。可見，臨時承載結構可以滿足相關材料的承載力要求［3-5］。

此外，為方便運梁車運行，實際施工中還需在上述臨時承載結構的兩端10 m范圍內的箱梁頂面上鋪設級配碎石順坡。

2.2 走行路線及變線位置的合理選取

確定運梁車在橋上的變線運行路線時，主要應從行車的平順性以及有利于結構受力并注意施工需要等三個方面進行綜合考慮。依據DCY900A型運梁車和相關承載結構的特點，結合本次施工的實際需要，本文采用如圖3所示的由直線和大半徑圓曲線等組合而成的走行路線。

圖3 運梁車走行線路

圖3中位于連續梁中跨跨中附近的，走行路線上由一片梁進入另一片梁的位置點稱之為運梁車走行過程中路線的跨線位置。在設計運梁車變線路線過程中，從幾何尺度方面考慮并兼顧受力和實際施工需要等因素，初步確定的運梁車走行路線與兩片連續箱梁的相對位置關系如圖3所示。然而，進一步的仿真計算結果表明［2］，如果將運梁車走行過程中的跨線位置設置為圖3所示位置，則位于B客運專線的連續梁中會有部分區域的拉應力將超出《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)中C55混凝土的強度規定值，不能滿足規范要求。究其原因，主要是因為運梁車變線過程中位于該片連續梁跨中的車輪偏多，跨中荷載相對較大的緣故。因此，在不影響施工的前提下，本文將運梁車的走行路線在圖3中所示位置的基礎上向連續梁左端平移了5 m。仿真計算表明，運梁車在向左平移了5 m后的走行路線變線的過程中，兩片連續梁均能滿足《新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定》中對梁體允許變形值和《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)中對混凝土材料允許強度值的相關規定［6］。

可見，運梁車走行過程中走行路線的跨線位置與梁體的相互位置關系將直接影響到箱梁的受力狀態，必須進行相應的理論計算，而不得隨意設置。依據計算結果并結合實際施工需要選擇好運梁車走行路線的跨線位置是確保施工安全，消除施工隱患的必要環節。

2.3 縱向鋼軌間橫向聯結的設置

圖4所示是運梁車變線過程中橋面臨時承載結構的仿真計算結果。從圖4可以看出，在運梁車變線走行過程中，臨時承載結構中縱向布置的鋼軌將交替出現脫空和側向偏壓現象。因此，需要采取措施，方能確保鋼軌不側傾。

圖4 荷載作用下臨時承載結構的變形形態

依據計算結果，本文采用加強每組鋼軌橫向聯系的方法來增加鋼軌的橫向穩定。具體做法是:對于4組縱向布置的鋼軌，分別在每組鋼軌的頂部，每隔1 m焊接1 cm厚連接鋼板，使之形成一個整體。

實踐證明，采用上述措施，可以有效地防止鋼軌側傾。

3 結語

隨著我國高速鐵路建設的深入發展，并行線路橋梁施工中重載施工車輛在橋上變線轉運重型施工荷載，將成為高速鐵路橋梁施工中不可回避的一個施工環節。借助于結構仿真分析結果和施工實踐經驗，本文較為系統地討論了高速鐵路橋梁施工中重載施工車輛橋上變線過程中的關鍵性技術問題，并提出了相應的處理措施。可為今后高速鐵路及其他線路中同類施工問題的解決提供指導和借鑒。

［1］馬耕.混凝土寬箱梁橋上運梁過程仿真分析［J］.鐵道建筑，2011(1):1-3.

［2］西南交通大學.錢江鐵路新橋南引橋900 t運梁車變線仿真分析報告［R］.成都:西南交通大學，2011.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國建設部.GB 50017—2003 鋼結構設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2005］140號 新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.