京通鐵路電氣化改造換梁工程關鍵環節控制與優化

王志剛

（中國鐵路北京局集團有限公司 北京工程項目管理部，北京 100038）

0 引言

2018年9月，中國鐵路總公司、河北省人民政府共同以《關于京通鐵路昌平至朝陽地段電氣化改造工程可行性研究報告的批復》（鐵總發改函〔2018〕676號）批復了京通鐵路電氣化改造工程的可行性研究報告；2018年底，該工程的初步設計和施工圖文件也相繼批復。京通鐵路中國鐵路北京局集團有限公司（簡稱北京局集團公司）管段北京段全長128.455 km，計劃工期2019年1月1日—2021年12月31日。2019年4月1日，施工單位進場；2019年5月，北京市交通委員會發函，要求北京局集團公司管段懷密線工程竣工時間為2020年9月底，且應具備開通市郊列車條件。針對換梁工程，建設單位組織相關參與方對關鍵環節進行多次優化與控制，最終實現目標。

1 優化換梁數量，滿足工務要求

京通鐵路為Ⅰ級、單線、非電氣化鐵路，其北京局集團公司管段現有預應力混凝土梁530孔。其中，圖號“大（65）138”梁體279孔、“叁標橋006A”梁體227孔、其他梁體24孔。1979年，京通鐵路建成驗交，發現原鐵道兵橋梁工廠和北京第二建筑構件廠的“大（65）138”梁體有291孔（運營后更換12孔）存在封端混凝土強度不足、管道壓漿不實、梁體裂紋等問題。對此，原鐵道部要求“京通鐵路中臺子—隆化橋梁按中-21級掌握，橋梁限速70 km/h”。此后，該路段限速運營近40年，驗交時存在質量問題的梁體病害發展加快，無質量問題梁體也出現預應力鋼絲束走向開裂嚴重、上拱度超限等問題。

2017年9月，北京局集團公司北京工程項目管理部組織中鐵第六勘察設計院集團有限公司等單位，對京通鐵路北京局集團公司管段既有橋梁梁體病害進行現場調查，發現昌平—懷柔北（全長56.2 km）嚴重病害主要集中在“大（65）138”24 m、32 m梁。主要病害有：梁腹板開裂、梁體裂紋、預應力管道壓漿不足、橫隔板斷裂、梁體上拱度過大和混凝土標號不足等。昌平—懷柔北的平、縱斷面線路條件可滿足100 km/h運營要求，因橋梁病害原因，既有鐵路實際限速70 km/h，不滿足北京市要求的北京至懷柔運營時間60 min以內要求。考慮京通鐵路全線正實施電氣化改造，若此次不實施換梁，未來的實施難度、安全風險和投資更大。京通鐵路北京局集團公司管段病害橋梁現存24 m簡支梁5孔、32 m簡支梁7孔，需更換處理；其他200多孔梁體維持既有。實施換梁后，昌平—懷柔北列車運行速度可提升至100 km/h。病害橋梁分布于京通鐵路興壽—雁棲湖3區間28 km范圍內（見圖1）。其中，對桃峪口大橋第10孔，沙峪口大橋第1、2、4孔，沙峪口中橋第1孔，平義分大橋第7、8孔，蔡家墳中橋第1、2孔，牤牛河中橋第1孔，紅螺鎮大橋第7、8孔實施換梁。

圖1 換梁地段平面圖

2 優化換梁施工圖，滿足設計要求

2.1 梁型選擇

既有梁型為“大（65）138”，共計7座橋梁12孔，施工場地集中于水庫、果園、河谷，交通多有不便。為與既有橋面寬度保持一致，采用“專橋（01）2051”系列圖紙并進行局部修改。橋寬3.9 m，梁梗中心距2.0 m。24 m梁全長24.60 m，梁高2.10 m，梁頂寬度1.95 m，每孔梁質量162.20 t；32 m梁全長32.60 m，梁高2.50 m，梁頂寬度1.95 m，每孔梁質量227.56 t。

2.2 支座類型及支承墊石處理

根據專家論證會意見，支座采用與既有支座型號及高度一致的搖軸支座。24 m梁搖軸支座全高0.4 m；32 m梁搖軸支座全高0.5 m。既有橋梁運營多年，梁頂道砟厚度參差不齊，擬更換的12孔梁梁頂至軌底高度最小0.444 m、最大0.764 m。若更換梁體與非更換梁體梁頂平齊，可能導致梁頂道砟厚度過大或過小［1-3］，與“專橋（01）2051修正圖”使用條件不符，需單獨設計并進行局部修改；另外，目前僅換部分病害嚴重的梁孔，可能導致未來換梁時梁頂道砟厚度不統一。因此，軌底至梁頂高度按60 cm控制，梁間伸縮縫采用異型鋼板處理。

對于現狀梁底至支承墊石頂高度小于支座高度的橋墩，采取鑿除既有支承墊石的措施；對于現狀梁底至支承墊石頂高度大于支座高度的橋墩，采用鋼墊塊加高支承墊石。鋼墊塊周圍包打C40鋼筋混凝土，與既有支承墊石形成整體［4-6］。根據現場實測，墊石加高（鑿除）高度見表1。

表1 墊石加高（鑿除）高度

2.3 墩臺及基礎檢算

京通鐵路既有橋臺多為圓形橋墩、圓端形橋墩及矩形墩，多采用明挖基礎、樁基礎、沉井基礎，由于換梁后上部結構自質量增加，且支座位置發生變化，設計單位抽取典型工點橋墩進行整體穩定、墩頂位移和應力等檢算［7］，計算結果表明，均滿足要求。抽取典型工點基礎進行檢算，計算結果表明，基礎偏心、傾覆穩定、滑動穩定及基底應力（單樁承載力）均滿足要求。

3 優化購、運梁方案，滿足架梁需求

換梁工程共計12孔24片，若新建制梁場成本太高，建議采用購梁方式。擬定購梁方案如下：

（1）購自中鐵十四局集團房橋有限公司。經問詢，該公司主業改為建筑配件生產，無制梁業務。

（2）購自中鐵十四局集團房橋有限公司忻州制梁場。運梁方式為鐵路運輸，運輸距離遠、貨運手續繁瑣。

（3）購自中鐵十四局集團房橋有限公司唐山曹妃甸制梁場。運梁方式為梁場汽運至曹妃甸車站，再由鐵路特貨運至換梁車站。經調查，因貨運手續繁瑣，改由梁場汽運至北京豐懷軌枕廠專用線，再由鐵路特貨運至換梁車站。

為確保購、運梁安全、順利，應重點抓住以下關鍵環節：

（1）盯控公路運梁路徑，確保按期、保質到達。首先進行沿線路徑調查，對上跨設備、管線進行提前處理；對橋梁承載、曲線半徑進行調查，與路政辦理相關運梁手續，做好運輸保護措施；運梁途中專人盯控，做好信息溝通。

（2）及時整修線路，做好鐵路運梁沿線檢查。北京懷柔軌枕廠—懷柔北為約2 km鐵路專用線，木枕失效、小半徑曲線、幾何尺寸超限等病害較多，應與工務段協調，做好整修工作。對鐵路沿線尤其車站站臺、上跨纜線、鄰側限界，做好限界測量、調查、整修，確保運梁工作順利完成。

（3）穩定運梁設備及運營安全需要。與中國鐵路特貨運輸有限公司簽訂協議，保證梁體加固設備到位；與北京局集團公司北京貨運中心簽訂協議，做好貨車運梁及施工過程中新、舊梁運輸前加固、龍門架運行前后加固檢查確認；協調調度所及時扣留需要的平板車，確保運梁車輛到位；與北京局集團公司北京機務段簽訂租車協議，確保2臺機車到位；與中鐵六局集團有限公司豐橋橋梁有限公司簽訂協議，確保吊車數量和到位時間，并做好吊梁場地處理。

4 優化換梁施工方案，滿足工期需求

4.1 優化施工計劃，實現大封鎖施工

由于7孔梁分布于4站3區間，換梁后需限速運行，進行附屬結構尤其澆筑橫隔板混凝土施工，必須達到設計強度才可封錨壓漿。根據《北京鐵路局營業線施工安全管理實施細則》（京鐵師〔2018〕408號）第11條“……繁忙干線和干線原則上單線1個區段慢行處所不超過2處……同一區間內慢行處所不超過1處……”［8］，若連續換梁施工，無法填報施工計劃；若1橋1點，加上前期放散、梁體支座、連接部分處理開始限速到結束，1座橋基本施工時間約為10 d。根據前期制梁、運梁準備情況，2020年7月底、8月初，新梁到位，2020年8月下旬進行靜、動態驗收，無法按期在2020年9月底完成京通鐵路北京段電氣化改造工程。北京局集團公司于2020年5—7月多次組織進行施工方案專題研究，考慮新冠肺炎疫情爆發，客車上座率不足，最后決定采用大封鎖方案：

（1）由北京局集團公司行文，經北京市政府同意，停運北京市開行的內燃動力市郊列車。

（2）由北京局集團公司行文，經中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）同意，停運跨局列車。

（3）調整北京局集團公司管段內貨車運行徑路，封鎖時間為8月3日6：00—16日6：00，其中換梁時間4～5 d，2個鐵路架橋機同時進行。

4.2 優化準備環節，確保大封鎖施工

大封鎖施工前，完成施工場地、道路等臨時占地手續，實施管線遷改，組織進場人員安全培訓、技術交底。做好駐站防護人員崗位培訓，并持證上崗。材料、機具準備到位，并辦理進場報驗手續。完成架橋機組裝調試及取證工作，運梁車進場組裝調試報驗手續，吊裝公司資質審核、吊裝設備報驗，完成架橋機、汽車吊操作人員、焊接等特殊工種資格審核［9-10］。安裝施工動力電源，各墩臺頂安設配電箱，布設臨時用電線路，安裝照明燈具。另外，針對以下方面進行強化：

（1）橋機走行、復核新梁工作。對架橋機、運梁車等走行線路既有行車設施及障礙物進行調查，對有影響的設備提前聯系相關單位進行改移或采取有效的防護措施，確保走行路徑暢通和設備安全；安排專業技術人員及監理駐場，檢查新梁質量，復核梁長、支座位置和支座類型，確定吊點。向相關部門報送梁片和支座出廠合格證明。

（2）大封鎖點前施工準備。大封鎖施工前，利用2個Ⅲ級點完成桃峪口大橋、蔡家墳中橋換梁處所的高溫放散、護輪軌拆除；桃峪口大橋第10孔、蔡家墳中橋第1孔橋位處步行板更換，部分T梁橫隔板及橫向張拉拆除；舊梁試頂，線路備砟等準備工作。大封鎖施工后，繼續安排線路隊、橋梁隊提前做好上述準備工作。

（3）完成架橋機演練。在北宅站完成吊車吊梁、運梁車運梁、喂梁，架橋機移梁等負載演練；完成架橋機、運梁車運行演練；點前進行架橋機過孔演練、龍門架運轉演練，8月1日、2日，第1臺DJK160架橋機在興壽站3道—桃峪口大橋換梁孔位，開始模擬演練；第2臺TJ165B架橋機在平義分站1道—蔡家墳中橋換梁孔位，開始模擬演練。

5 做好施工控制，確保安全質量

換梁施工基本作業程序如下。

第1步：人工整體拆除，移出橋上線路，割除人行道角鋼支架；支撐舊梁、割除剩余橫隔板、清理道砟、拆除梁下通道；架橋機、運梁車自出發站行至施工現場，架橋機完成升高位。

第2步：架橋機過孔，0#柱支墊完成，列車推送龍門架到位并支立；千斤頂頂第1片舊梁、切割舊支座螺栓。

第3步：吊除第1片舊梁，并移至運梁車；千斤頂頂第2片舊梁，切割舊支座螺栓。

第4步：吊除第2片舊梁，并移至運梁車；1#運梁車運送第1片舊梁至龍門架處，起吊梁片上列車加固，運梁車運行回施工現場。

第5步：第2片舊梁運至龍門架處并起吊梁片，第2片舊梁上列車加固；檢查確認后，列車運送2片舊梁返回車站，并用吊車進行卸梁作業；同步鑿除支座墊石、鋪干硬性砂漿、鋪設鋼板。

第6步：列車運送2片新梁返回龍門架處，倒裝第1片新梁至運梁車，運梁車運送第1片新梁至架橋機處喂梁。

第7步：架橋機架設第1片新梁，倒裝第2片新梁至運梁車；運梁車運送第2片新梁至架橋機處喂梁。

第8步：架橋機架設第2片新梁，新梁列車返回車站，舊梁列車空平板運行至龍門架處列車；支撐第1片新梁、焊接鋼板與支座底板，灌注鋼板螺栓孔砂漿。

第9步：架橋機收0#腿，退出作業面；安裝新梁兩側臨時欄桿、焊接兩端及跨中橫隔板、安裝縱橫向鋼蓋板，第2片新梁焊接鋼板與支座底板，灌注鋼板螺栓孔砂漿；焊接剩余橫隔板鋼板及鋼筋、穿橫向鋼絞線及錨具。

第10步：縱移軌排并連接，上砟整道，恢復線路；架橋機、運梁車、龍門架共同行至下座橋梁進行換梁。

如此循環，完成7座橋12孔病害梁更換。架橋機轉場后，人工連接橫隔板鋼板和鋼筋，恢復橋面系，進行橫隔板混凝土澆筑和預應力橫向張拉、壓漿作業；達到設計強度后，恢復常速。在施工中，除按上述基本作業程序實施外，還應對以下方面進行重點控制。

5.1 架橋機水平控制

DJK160架橋機在曲線地段換梁時，為保證其在換梁狀態下保持水平，需要對既有曲線2股鋼軌調平，采用軌距拉桿控制軌距，起落道方式調整超高。換梁前，每3 m安裝1根軌距桿。在桃峪口大橋K26+950—K26+999下股起道30 mm，抽出鋼軌上股膠墊，下股增加2塊10 mm膠墊，將超高調整在10 mm以內，換梁作業完成后，恢復線路至既有超高。在更換桃峪口大橋與沙峪口大橋T梁時，對沙峪口K33+500—K33+550、平義分大橋K34+560—K34+610上股落道100 mm后起道搗固與下股齊平，換梁作業完成后上股起道至既有超高。TJ165B架橋機自帶超高調整裝置，在牤牛河中橋與紅螺鎮大橋曲線換梁時，無需調整既有曲線狀態。

5.2 架梁控制

第1片梁落至最低位置進行縱向對位，橫移就位，安裝調整好支座位置，使梁端及梁間縫隙符合規定，梁梗垂直；第1片梁到位后，采用φ120 mm圓木支撐梁體，梁端每側支撐1根；第2片梁就位后，2片梁端部應平齊，端部錯位≤10 mm，相對高差≤20 mm。梁體橫向偏差±15 mm、縱向偏差±20 mm。梁體穩固，梁縫均勻，保持橫向預應力預留孔道對齊。

5.3 人工移梁控制

因沙峪口中橋、紅螺鎮大橋均位于600 m曲線，桃峪口大橋位于1 000 m小曲線，且線路中線存在偏移，曲線外側舊梁的拆除與曲線外側新梁架設，行車橫移無法使梁體到位，故需進行人工移梁：

（1）新舊梁施工順序。吊除舊梁時，先拆除曲線內側舊梁，再人工移梁拆除曲線外側舊梁；架設新梁時，先人工移梁架設曲線外側新梁，再架設曲線內側新梁。

（2）人工移梁滑移裝置布置。首先在人工移梁側墩臺位置放置鋼墊墩，鋼墊墩與梁底之間放置43 kg/m、2.5 m鋼軌滑軌1根。滑軌下端焊接寬200 mm、厚10 mm鋼板，增加滑軌與鋼墊墩接觸面積，防止滑軌傾覆，滑軌與鋼墊墩之間用薄硬雜木板找平。滑軌上放置滑梁小船，滑梁小船用10 cm寬槽鋼焊制，焊上支撐擋板，槽內用聚四氟乙烯板填平塞緊，涂黃油，鋼板與梁體間放石棉板，起防滑與保護梁體作用，外側固定φ120 mm圓木支撐，防止梁體傾覆。船長1.1 m，整個滑行系統略高于支座10～20 mm。人工移梁滑移裝置布置示意見圖2。

圖2 人工移梁滑移裝置布置示意圖

（3）拆除曲線外側舊梁。舊梁兩端各用2臺100 t千斤頂將梁體微微頂起，千斤頂與梁底之間利用150 mm×150 mm×20 mm墊板增加受力面積。前、后行車走行到位后，前行車掛好吊梁鋼絲繩并起吊梁體前端，用2臺千斤頂頂起梁體后端，兩端同步作業，保持梁體水平，以梁底高于滑行軌道1～2 cm為宜。滑行軌道安裝到位后，千斤頂與前行車同步落位，將梁后端落至滑行軌道。緩緩拉動倒鏈，前行車同步橫移，使梁體向墩中心橫移約30 cm。梁體到位后，拆除移梁鋼絲繩，后行車掛鋼絲繩，前、后行車同時起吊梁片。

（4）架設曲線外側新梁。滑移軌道安裝到位，前后行車同步落梁，將梁后端落至滑軌，防傾覆措施安裝到位后，摘除后端吊梁鋼絲繩。后端緩緩拉動倒鏈，同時前行車橫移，使梁體向曲線外側移動，兩者保持速度一致。梁體橫移到位后，用2臺千斤頂頂起梁體后端，以梁底距滑移軌道1～2 cm為宜。撤出滑移軌道，安裝支座。穩梁，打支撐，完成架梁作業。

5.4 支座控制

拆除舊梁前對墊石四周進行鑿毛，拆除舊梁后對墊石表面進行鑿毛，深度為表1中墊石加高（鑿除）高度加+30 mm，然后鋪設錨固灌漿料找平。每個新支座下方與砂漿間鋪設1塊30 mm厚鋼板，鋼板尺寸長1 320 mm，寬565 mm（活動支座）或575 mm（固定支座）。鋼板橫橋向比新支座長223 mm，縱橋向比新支座長100 mm。鋼板上鉆φ31 mm孔，孔位與支座螺栓孔中心位置相同。新梁就位前放置新螺栓和大鋼板，待縱橫向位置確定后將支座下板與大鋼板焊接，澆筑錨固灌漿料錨固鋼板4根螺栓。

5.5 架橋機過孔控制

按照設計要求，梁體橫向連接必須保證梁端及中間處鋼板及鋼筋焊接牢固，穿橫向預應力鋼絞線及錨具，進行初張拉。支座底面和墊石面密貼，上下座板間無縫隙，整孔梁無三條腿現象。支座落位前，應安裝好全部地腳螺栓，螺栓應擰緊無縫隙。線路軌枕盒及枕木頭部道砟不少于1/3，枕底道砟串實，軌枕數量、扣件標準符合相關規定，靜態幾何尺寸偏差不超過常用保養標準。

5.6 換裝龍門架控制

換裝龍門架支立于靠近換梁橋臺附近的直線段位置（見表2），滿足架梁作業及存放車輛的需要，左右支柱與線路中心保持一致。在線路兩側鋪設長5.0 m石砟，起到找平作用；石砟標高與既有軌枕標高一致，2個支柱支撐面保持同一高程。為保證龍門架石砟基礎穩定，用裝石砟的編織袋圍筑石砟基礎，將石砟搗固密實，并做地基承載力試驗。石砟上鋪厚20 mm、寬1.25 m、長3.60 m鋼板，并鋪設1層（220 mm×160 mm×1 250 mm）木枕作為支腿基礎。

表2 換裝龍門架支立位置

5.7 恢復線路控制

（1）小機搗固開通線路。新梁架設完成后，線路、鋼結構、圬工隊伍繼續作業。橋梁施工達到架橋機過孔條件。線路施工利用拆除的軌排重新恢復軌道，軌排下穿縱向滑軌，軌排滑移至連接位置，安裝接頭夾板，連通線路，進行撥道、起道作業，按照軌面設計標高起道，上道砟搗固線路。上砟采用自制運砟車（容積為1.8 m×1.1 m×1.5 m，裝砟3 m3，共8個）上砟，采用液壓搗固機和軟軸搗固機進行搗固，達到放行列車條件后開通線路，限速運行。

（2）橫隔板施工。每孔2片新梁就位后，將梁端2處、跨中1處橫隔板及連接鋼板焊接，達到架橋機過孔條件。架橋機過孔后將剩余中間橫隔板及連接鋼筋焊接（32 m梁橫隔板共7處連接、24 m梁橫隔板共5處連接），并將橫隔板鋼絞線穿入，橫向兩端上緊錨具。完成橫向連接鋼筋綁扎、模板加固、混凝土澆筑，達到設計強度后進行張拉壓漿。平義分大橋第8孔為最后更換的T梁，2020年8月7日23：00換梁完畢，8月8日0：00開始施工，8月15日24：00前完成張拉壓漿工作，具備階梯提速條件。

（3）大機搗固提速。使用老K車進行補砟作業，對缺砟地段進行補砟，利用大機進行提速搗固作業，滿足提速至100 km/h條件。2020年8月16日正點開通線路并按照規定進行階梯提速。

6 結束語

京通鐵路電氣化改造換梁工程從設計到實施，經過一系列關鍵環節控制與優化，按照規定時間節點完成了換梁施工，滿足了2020年9月30日竣工要求，具備開通市郊列車條件。其中，在滿足工務需求情況下進行的設計優化，減少了換梁數量、節約了資金，為順利完成換梁施工創造了先決條件；在既有鐵路電氣化改造中，大封鎖施工方案具有解決施工與運輸矛盾的優勢，也有值得借鑒的意義。