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(guó)能黃大鐵路有限責(zé)任公司，山東東營(yíng) 257091；2.中國(guó)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(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程已經(jīng)達(dá)到14.63 萬(wàn)km，其中重載鐵路約1 萬(wàn)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(guó)煤炭、鐵礦石等大宗貨物大部分的運(yùn)輸任務(wù)。除新建瓦日、浩吉鐵路滿足30 t軸重重載運(yùn)輸外，既有線路基礎(chǔ)設(shè)施建成時(shí)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(yùn)輸，有待強(qiáng)化［1］。我國(guó)鐵路橋梁領(lǐng)域的工作者們分別從設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、評(píng)估等方面進(jìn)行了研究。在設(shè)計(jì)方面，許三平［2］結(jié)合蒙華鐵路三荊段對(duì)重載鐵路活載選擇、梁型選擇、橋墩設(shè)計(jì)提出了建議；付建軍等［3］通過(guò)對(duì)新活載標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的研究，改善了25 t 軸重列車(chē)運(yùn)營(yíng)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(yíng)業(yè)線橋梁施工技術(shù)，對(duì)影響上跨橋施工的主要因素進(jìn)行了分析，并對(duì)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(guó)洪光等［5-6］分別對(duì)新白沙沱長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(píng)估方面，王飛球等［10］采用BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)上跨既有線高速鐵路橋梁施工進(jìn)行了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

本文結(jié)合上跨寧苛線（寧武—苛嵐）的神朔鐵路B-221號(hào)橋移梁施工，開(kāi)展天窗點(diǎn)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(jì)為單曲線，由于橋梁施工錯(cuò)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(chē)運(yùn)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(wèn)題，增強(qiáng)線路運(yùn)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(hào)橋開(kāi)展T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。橋跨布置為3 孔32 m 超低高度預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T 形梁。設(shè)計(jì)活載為中-活載，梁體全長(zhǎng)32.6 m，單片T 形梁質(zhì)量112.02 t。輕、重車(chē)線梁體分開(kāi)，T 形橋臺(tái)，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(tái)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(mén) 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(jì)無(wú)預(yù)偏心。上行線為重車(chē)線，無(wú)縫線路，75 kg/m 鋼軌，Ⅲ型軌枕；下行線為輕車(chē)線，無(wú)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(duì)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(jiàn)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(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)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(rùn)滑摩擦條件下動(dòng)靜摩擦因數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。可見(jiàn)，聚四氟乙烯-鋼的摩擦因數(shù)≤0.04，滑動(dòng)效果最佳，故選為滑動(dòng)面材料。

表2 三種組合材料摩擦因數(shù)測(cè)試結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(guò)程。

2.2 施工設(shè)備

1）多向頂推千斤頂

32 m 簡(jiǎn)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(jì)算，曲線段考慮不利因素每孔梁最重按4600 kN 計(jì)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(tái)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(tái)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(diǎn)同步液壓控制系統(tǒng)

3）位移監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備

圖4 位移傳感器的布置

為確保施工時(shí)垂向和橫向位移與設(shè)計(jì)相符，布置了垂向和橫向位移傳感器（圖4），施工過(guò)程中把頂升量和橫向位移實(shí)時(shí)上傳到指揮中心，及時(shí)監(jiān)控作業(yè)進(jìn)程。垂向和橫向位移監(jiān)測(cè)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(jì)要求。為防止梁體出現(xiàn)縱向偏移設(shè)計(jì)了防縱向偏移裝置，如圖5 所示。為確保梁體在橫向位移過(guò)程中安全可控，設(shè)計(jì)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(diǎn)T形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工

線路上下行分開(kāi)進(jìn)行移梁施工。考慮到梁體位置及線路情況，先對(duì)下行輕車(chē)線進(jìn)行移梁，然后對(duì)上行重車(chē)線進(jìn)行移梁。每次橫向移動(dòng)單行線的3 孔梁，單行線梁體橫向移動(dòng)均在天窗點(diǎn)內(nèi)完成。施工分為工裝安裝與調(diào)試、天窗點(diǎn)內(nèi)施工準(zhǔn)備、扭轉(zhuǎn)移梁、線路恢復(fù)4個(gè)工序。具體如下：

1）工裝安裝與調(diào)試

根據(jù)移梁設(shè)計(jì)位置，技術(shù)員測(cè)量放線，鑿除新錨固螺栓的位置，既有墊梁石加長(zhǎng)，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(jì)位置做好新的限位架；松開(kāi)支座錨固螺栓保證起梁時(shí)脫開(kāi)，并將雙曲面鋼支座搖軸和座板焊聯(lián)，防止起梁時(shí)支座分離。

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

2）天窗點(diǎn)內(nèi)施工準(zhǔn)備

拆除護(hù)軌，保證移梁時(shí)護(hù)軌隨梁體同時(shí)移動(dòng)。對(duì)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(cuò)開(kāi)。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。縱向蓋板全部拆除，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(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。

3）扭轉(zhuǎn)移梁

每孔梁每端布置2 個(gè)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(kāi)始橫向移動(dòng)梁體，通過(guò)PCL多點(diǎn)同步液壓控制系統(tǒng)同步頂升5個(gè)循環(huán)，前4個(gè)循環(huán)1#墩、2#墩均頂進(jìn)40 mm，最后1 個(gè)循環(huán)1#墩、2#墩分別頂進(jìn)50，8 mm 到達(dá)設(shè)計(jì)位置。每循環(huán)各墩臺(tái)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(bào)指揮部。技術(shù)員先復(fù)核橫向位移無(wú)誤后，再?gòu)?fù)核垂向頂起量。確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行落梁作業(yè)并精確調(diào)平支座到設(shè)計(jì)位置。扭轉(zhuǎn)移梁關(guān)鍵作業(yè)項(xiàng)目用時(shí)見(jiàn)表3。

表3 扭轉(zhuǎn)移梁關(guān)鍵作業(yè)項(xiàng)目用時(shí) min

4）線路恢復(fù)

下行線第2孔梁扭轉(zhuǎn)橫移完成后，開(kāi)始恢復(fù)線路。在兩線間開(kāi)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(diǎn)開(kāi)通。同時(shí)開(kāi)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(guò)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(guò)程相同。所有橋梁扭轉(zhuǎn)橫移完成后，清理墩臺(tái)，養(yǎng)護(hù)墊梁石加長(zhǎng)段，恢復(fù)縱向蓋板與石渣。

4 結(jié)語(yǔ)

為確保上跨既有線3孔32 m簡(jiǎn)支T形梁扭轉(zhuǎn)橫移順利進(jìn)行，對(duì)T 形梁扭轉(zhuǎn)橫移施工技術(shù)進(jìn)行了研究。對(duì)橫向滑移面組合材料的摩擦因數(shù)進(jìn)行了計(jì)算及試驗(yàn)，選取聚四氟乙烯-鋼作為滑動(dòng)面材料，實(shí)測(cè)摩擦因數(shù)為0.03；研發(fā)了適用于天窗點(diǎn)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(diǎn)同步液壓控制系統(tǒng)，采用垂向、橫向位移傳感器監(jiān)測(cè)梁體垂向頂起量和橫向位移，并設(shè)計(jì)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(chē)，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)。可為今后類似運(yùn)營(yíng)鐵路橋梁施工提供參考。