雙拼單線梁組成臨時運架梁通道的關鍵技術研究

王玉策

(中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司，上海 201300)

隨著我國城市軌道交通的快速發展，橋梁工程建設日趨集中化[1-2]。由于預制梁可提前在獨立場地制作加工，易于質量控制和批量生產。在橋梁下部結構施工完成后，可將預制梁提至線上，采用梁上運梁的方法運至架設點進行架梁[3-5]，大大縮減了工程工期，因此預制梁技術已成為橋梁工程中的一項重要技術，已在我國得到了廣泛應用[6-8]。

花橋站為成都軌道交通10號線二期工程(雙流西站—新平站)的第6個車站，需在該車站完成運梁過站任務，以便于運輸和架設其他高架區間的預制梁。由于花橋站被設計為高架島式車站，其軌道交通線間距由4.65 m漸變為14.7 m再漸變為4.65 m，同時梁體也由雙線梁漸變為單線梁再漸變為雙線梁。為確保架橋機和運梁車的過站安全，解決后續工程中預制梁難以運輸和架設的問題，本次施工結合現場實際施工場地條件，提出了對單線梁依次進行拼接和分解的雙拼單線梁運輸方法。即將單線梁暫時并攏形成臨時運梁通道，待完成運梁、架梁工作后，再將單線梁移回設計位置，從而實現雙拼單線梁的運梁過站。因此，有必要對軌道梁在拼接運梁過程中的結構空間受力進行數值分析，確保運梁過站時橋梁結構的安全。

目前，基于雙拼單線梁的運梁技術在國內工程領域還較少被采用，可參考的工程實例不多。為驗證花橋站雙拼單線梁運梁過站方法的可行性，本研究工作按照實際工況荷載，使用橋梁結構分析軟件MIDAS/Civil建立了軌道梁體的縱橋向和橫橋向有限元計算模型。為計算承重軌道梁整體變形和空間應力分布特性，有限元數值計算中考慮了軌道梁體的縱橋向強度、橫橋向強度以及整體抗傾覆穩定性。計算結果表明，在實際運梁工況下，軌道梁縱橋向正截面抗彎強度和斜截面抗剪強度、橫橋向鋼筋混凝土應力和裂縫寬度、抗傾覆穩定系數均滿足規范要求，確保了雙拼運梁過程中承重軌道梁的安全。

1 計算說明

1.1 方案設計

單線軌道梁采用單箱單室截面，梁高1.6 m，箱梁標準段頂寬4.05 m，梁長28 m，標準橫斷面如圖1所示。相鄰的兩片單線梁最小間距200 mm，腹板間距800 mm，梁體中心線距離 3 300 mm，運梁通道整體寬 8 300 mm。為減小運梁車對主梁的扭矩，運梁車在行進中應嚴格遵守居中行駛，最大偏移量不得超過400 mm。

圖1 單箱軌道梁斷面(單位：mm)

1.2 設計荷載

1)自重

雙拼單線梁及橋面行車系自重80 kN/m。

2)運梁荷載

運梁荷載按運梁車運30 m長預制梁時計算，主車荷載為 2 690 kN，每軸線荷載336.25 kN，每個輪胎受力為84 kN，此時每個輪胎接地面積約為0.3 m×0.4 m；副車荷載為 2 630 kN，每軸線荷載328.75 kN，每個輪胎受力為81 kN，此時每個輪胎接地面積約為0.3 m×0.4 m。

3)施工臨時荷載

施工臨時防護按每邊0.3 kN/m，施工人群荷載按5 kN/m，雙拼單線梁如圖2所示。

圖2 雙拼單線梁示意(單位：mm)

2 軌道梁有限元數值計算

采用橋梁結構分析軟件MIDAS/Civil 2017進行計算。

2.1 運梁荷載下縱橋向計算結果

在運梁工況下，由于2片單線梁共同受力，故按每片梁各承擔一半運梁荷載進行初步的強度驗算。

1)強度驗算。對軌道梁正截面進行抗彎和抗剪驗算，可得正截面抗彎強度安全系數1.97，斜截面抗剪強度安全系數3.13，均滿足規范安全系數大于1.8的要求。

2)支反力。對于理想情況，運梁車輪胎恰好行走于梁體的中軸線上，此時內外側支點反力基本相等，且單點反力均為最小。若運梁車輪胎偏移了中軸線，則會引起支反力分配不均。因此運梁車前行過程中應盡量保持行走在運梁通道正中，減少梁體所受扭轉風險。此外運梁車前行軌跡的偏差宜控制在±200 mm內，最大不得超過±400 mm。建議在梁面畫出行車軌跡線，注明正常行車線及偏差警戒線位置。

2.2 運梁荷載下橫橋向計算結果

根據單線橋梁標準橫斷面建立橫向計算模型，主要對懸臂板根部截面、頂板跨中截面和底板截面跨中處進行截面配筋檢算。

運梁車荷載按每輪胎8.4 kN計算，單片梁上按均布荷載加載2個輪胎荷載。由MIDAS/Civil軟件計算可得運梁荷載下懸臂板根部最大彎矩44.9 kN·m，最大剪力94.6 kN，頂板跨中最大彎矩45.2 kN·m，底板截面最大51.4 kN·m。采用HRB400鋼筋，按照規范TB 10002.3—2005進行正截面強度驗算,結果見圖3。

圖3 軌道梁橫橋向驗算

由圖3可見，鋼筋應力驗算值61.9 MPa<控制值180 MPa，混凝土應力驗算值3.36 MPa<控制值16.8 MPa，裂縫寬度驗算值0.076 mm<控制值0.2 mm。通過以上驗算說明軌道梁橫向計算滿足規范要求。

2.3 抗傾覆穩定性驗算

1)運梁車工況。運梁車在±40 cm的限制范圍內，輪胎內側邊緣線仍處于支座中心線范圍內，支座反力均為正值，理論上不存在傾覆力矩，本工況的抗傾覆驗算滿足規范要求。

2)風荷載+水平施工荷載組合。計算結構自重為穩定力矩，風荷載加列車搖擺力對單邊支座點的彎矩構成傾覆力矩。風荷載按500 Pa計，梁體加欄桿按3.0 m高考慮，水平施工荷載按2 kN/m計算，作用于梁頂，則M穩=2 080×0.5×0.8=832 kN·m,M傾覆=0.5×28×3+2×28×2.0=154 kN·m。由MIDAS/Civil計算可得抗傾覆穩定系數K=5.4>1.3，滿足規范要求。

3 結論

本文采用橋梁結構分析軟件MIDAS/Civil完成了花橋站雙拼單線梁運梁過站的有限元數值計算，從縱橋向、橫橋向強度和整體抗傾覆穩定性3個方面分別對軌道梁體進行了驗算，準確模擬了運梁荷載作用下雙拼單線梁的受力狀態。計算結果表明，花橋站軌道梁在運梁過站的荷載工況下，結構強度和變形已經滿足規范要求，鋼筋及裂縫控制也滿足規范要求，確保了雙拼單線梁運輸技術的安全可靠。實踐證明，該運梁技術在后續預制梁的運輸和架設中得到了良好的應用，平均每天可架設預制梁2～4片。同時該運梁技術造價低、工序少、施工安全，可為類似島式站臺車站運梁提供實踐經驗。