孫新忠

（中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司，山西 太原030013）

D 型施工便梁廣泛應(yīng)用于框架橋[1]、涵洞、管線等下穿鐵路營業(yè)線工程，它的最大優(yōu)點(diǎn)是在不中斷行車的情況下，對線路進(jìn)行架空加固后，利用它進(jìn)行明挖或頂進(jìn)施工，并且具有構(gòu)造簡單、造價低廉、施工便利等優(yōu)點(diǎn)[2、3]。

D 型施工便梁適用于單線、雙線鐵路，直線、曲線（R≥400m），行車限速60km/h，線路鋼軌不輕于43kg/m 的新軌。便梁分為D12、D16、D20、D24 四種型號，其跨度分別為Lp=12.06m、16.08m、20.lm、24.12m，以適用于各種跨度的橋涵施工[4]。

D 型施工便梁在使用時，需把各個單獨(dú)的構(gòu)件運(yùn)輸?shù)綘I業(yè)線安全限界外，鐵路天窗點(diǎn)時，在營業(yè)線上組裝為整體。單片縱梁的運(yùn)輸需要使用機(jī)械輔助，以往在營業(yè)線鐵路上縱梁跨線就位一般使用汽車起重機(jī)、鐵路軌道車施工工藝。使用汽車起重機(jī)在電氣化鐵路區(qū)段安裝拆除D 型便梁施工時，需跨越接觸網(wǎng)及回流線等電氣化牽引網(wǎng)系統(tǒng)，而鋼絲繩、吊具及D 型便梁容易侵入接觸網(wǎng)限界，危及牽引網(wǎng)、吊裝設(shè)備安全及人身安全。同時，根據(jù)《國鐵集團(tuán)國電部關(guān)于加強(qiáng)穿（跨）越鐵路營業(yè)線和鄰近營業(yè)線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函[2020]48 號）第三條第2 款要求“禁止跨越接觸網(wǎng)吊裝架設(shè)D梁、縱橫梁”，因此為保證施工作業(yè)時接觸網(wǎng)的安全，汽車起重機(jī)的施工方法無法在電氣化鐵路上使用。鐵路軌道車橫移便梁全程機(jī)械化作業(yè)，人力配合少，施工方法安全可靠。但該種方法需使用重型軌道車，考慮到鐵路軌道車數(shù)量較少，且大部分施工單位沒有自備軌道車，而每年局管轄范圍內(nèi)有上百處下穿頂進(jìn)工程，無法滿足施工的要求，而且外部租賃價格高、運(yùn)輸不便，受限制較多，成本極高。

因此，目前急需開發(fā)一種安全、便捷且成本較低的施工方案，以滿足在電氣化鐵路上完成D 型便梁的跨線運(yùn)架，對保證鐵路運(yùn)輸安全、推進(jìn)工程順利實(shí)施具有重要意義。本文在對現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)人工移梁的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過優(yōu)化和調(diào)整，開發(fā)了一種D 型施工便梁縱梁跨線施工工藝，可滿足電氣化鐵路情況下縱梁的跨線就位。

1 現(xiàn)狀調(diào)查研究

1.1 人工移梁

經(jīng)調(diào)查研究，上海鐵路局曾經(jīng)使用人工橫移便梁就位，總體思路為：先鋪設(shè)橫向滑道，在便梁底部安裝滾軸，人工拉繩移梁，最后千斤頂落梁。具體做法是在封鎖點(diǎn)內(nèi)，在便梁就位位置搭設(shè)與梁底等高的枕木垛，鋪設(shè)2 條滑道，滑道預(yù)留2%的仰坡，用螺旋千斤頂（D24 型便梁至少50t）將便梁從兩端抬起，放入船頭形鋼板和滾軸，將便梁落在滑道上，安裝限位楔形墊木防止便梁位移，然后在梁端栓拉繩并安裝拉繩滑輪組。橫移時，抽去便梁下面楔形墊木，人工拉繩索使便梁橫移。

橫移過程中鋼板滑過的滾軸不斷循環(huán)使用（也可使用移動滑車）。便梁橫移到位后再用螺旋千斤頂將便梁抬起，抽出滑道，然后將便梁逐步降至設(shè)計(jì)標(biāo)高，調(diào)整平面位置，至此完成了便梁的橫移。該方法具有施工便捷、造價低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在滾軸橫移不穩(wěn)定、插入過程易卡塞、人力拉繩不易同步等問題，需要進(jìn)行改進(jìn)和完善。

圖1 人工移梁方法使用的滑道及滾軸

1.2 小型門架移梁

D 型便梁橫移門架采用兩根平行的工字鋼主梁，其上設(shè)滑車本體，滑車本體上設(shè)置有銷軸，銷軸上懸掛有倒鏈。在主梁的兩端均鉸接支撐立柱和橫梁。如圖2 所示。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、減輕勞動強(qiáng)度、加工方便且成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在安裝構(gòu)件多、重量重、需汽車起重機(jī)輔助安裝等缺點(diǎn)。

圖2 橫移門架模型圖和現(xiàn)場架設(shè)圖

2 縱梁跨線橫移施工工藝方案

本工藝的作用是把縱梁跨線架設(shè)到位，施工完畢后再拆除。結(jié)合人工移梁方法的特點(diǎn)，縱梁跨線安裝就位和拆除的主要步驟如下：（1）縱梁安裝的主要步驟：在鐵路安全限界外搭設(shè)施工平臺鋪、設(shè)滑道、運(yùn)輸縱梁到場，鐵路天窗點(diǎn)時施工滑道支承并鋪設(shè)滑道，檢查滑道穩(wěn)固后施加牽引力，滑移縱梁到設(shè)計(jì)位置，再用千斤頂頂住托板抽出滑道，緩慢落梁到設(shè)計(jì)支點(diǎn)標(biāo)高位置，拆除滑道并清理現(xiàn)場。（2）縱梁拆除的主要步驟：在鐵路安全限界外做好準(zhǔn)備工作，鐵路天窗點(diǎn)時用千斤頂頂住托板緩慢抬高到滑道以上，鋪設(shè)滑道，檢查滑道穩(wěn)固后落梁到滑道上，施加牽引力滑移到場地外，拆除滑道并清理現(xiàn)場。

從以上步驟可以看出，縱梁跨線工藝由滑道系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、頂升系統(tǒng)和防傾倒系統(tǒng)組成?；老到y(tǒng)是縱梁橫移的支承部，牽引系統(tǒng)為縱梁橫移提供啟動力和牽引力，頂升系統(tǒng)是縱梁就位后落梁就位，防傾倒系統(tǒng)是防止縱梁走行過程中傾倒的措施。

圖3 滑道布置位置圖（單位：cm）

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1 滑道系統(tǒng)

滑道系統(tǒng)是本工藝的關(guān)鍵工序，該系統(tǒng)由滑道及滑車組成，滑道是縱梁滑移支承的構(gòu)件，采用50kg/m 的鋼軌做軌道?？v梁兩端各設(shè)置1 根滑道，滑道應(yīng)布置在縱梁的橫肋中間，距離梁端1～3m。（圖3）

一般情況下，單線鐵路滑道長度9m，雙線鐵路（線間距5m）滑道長度為15m。滑道高出鐵路軌道頂不宜超過10cm，以減小落梁的千斤頂行程?；榔露炔粦?yīng)大于0.5%，鋪設(shè)完畢后應(yīng)測量調(diào)整?；缿?yīng)多點(diǎn)密布支承，以減小滑道的變形，增強(qiáng)平移過程的穩(wěn)定性。每股道應(yīng)不少于3 個支承點(diǎn)，即在股道中心及兩旁設(shè)置，可利用便梁的橫梁和枕木做支承，并在橫梁上用扣件固定滑道，以增強(qiáng)滑道的穩(wěn)定性。在鋼軌接頭處設(shè)置一處支承點(diǎn)。在股道之外，根據(jù)現(xiàn)場情況，在路基土上搭設(shè)枕木垛構(gòu)成的支承點(diǎn)，相鄰支點(diǎn)間距小于2.2m。通常情況下支承點(diǎn)不設(shè)置在既有鐵路軌道上，如確實(shí)需要設(shè)置時，需在滑道與鐵路軌道之間墊方木，以便絕緣。

為減小便梁橫移時的阻力和便于控制方向，在鋼軌與縱梁之間設(shè)置滑車，滑車長600mm，高度100mm，寬度150m，厚度均為10mm，采用Q235 鋼板焊接的槽型結(jié)構(gòu)，中間穿直徑32mm的鋼滾軸。為加強(qiáng)滾軸的定位，在車軸兩端設(shè)銷釘定位，同時為避免車軸和軸承直接接觸導(dǎo)致的摩擦阻力過大，需在接觸面涂抹軸承潤滑脂，并加蓋螺帽保護(hù)蓋。靜止?fàn)顟B(tài)下，滑車前后放置楔形鋼板，啟動時抽出楔形鋼板，停止時插入楔形鋼板。

圖4 滑移軌道及支撐點(diǎn)分布圖

圖5 滑車斷面圖

圖6 滑車現(xiàn)場照片

圖7 千斤頂托板構(gòu)造圖（以24m 便梁為例，單位：mm）

2.1.2 頂升系統(tǒng)

頂升系統(tǒng)是縱梁滑移就位后從滑道上落到支撐位置設(shè)計(jì)標(biāo)高的落梁系統(tǒng)，也可在安全限界外的施工平臺上頂升縱梁以便穿插滑道，該系統(tǒng)由千斤頂和頂托組成?？v梁最大重量僅16t，考慮2 倍左右的安全系數(shù)，故千斤頂噸位不低于16t。此外，由于便梁最大高度達(dá)1.3m，考慮滑道及支承枕木的高度，總高度高達(dá)1.6m 以上，故需要選用本體高度較高的千斤頂，且要求重量較輕以便于移動。經(jīng)調(diào)查，常規(guī)的液壓千斤頂或高裝螺旋千斤頂雖然噸位能滿足要求，但其高度普遍在1m 以內(nèi)，故千斤頂需跟廠家定制。

由于便梁的縱梁端頭齊平，無法提供千斤頂著力點(diǎn)，故需在端頭設(shè)計(jì)一塊千斤頂著力點(diǎn)的頂托，頂托由頂面矩形板和兩側(cè)的三角板構(gòu)成，焊接完成后插入便梁縱梁的鋼梁中，并在頂板用φ24mm 的高強(qiáng)螺栓把矩形板與縱梁頂板栓接，在側(cè)面底部用φ24mm 的高強(qiáng)螺栓把矩形板與縱梁側(cè)板栓接。（圖7、8）

圖8 千斤頂頂托

2.1.3 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)由提供牽引力的設(shè)備（或人員）和牽引繩索組成，該系統(tǒng)需有效克服便梁啟動時的滾動摩阻力和滑動過程中的持續(xù)摩阻力，同時牽引繩索的強(qiáng)度應(yīng)滿足牽引力的要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最大牽引力為842kg，可根據(jù)現(xiàn)場情況采用人工、電動葫蘆或小型卷揚(yáng)機(jī)。牽引繩索可采用直徑不小于40mm 的尼龍繩或直徑20mm 的鋼絲繩，當(dāng)采用鋼絲繩時，在鋼絲繩下方的鐵路軌道上方布設(shè)絕緣板，防止鋼絲繩與軌道聯(lián)電。為避免牽引時縱梁晃動，牽引繩索應(yīng)盡量布置在縱梁中部?？v梁啟動及滑移過程中必須保持兩端的牽引力同步，大小相等，移動速度控制在1m/min，盡量均勻等速滑動。單線跨線橫移大約8min，雙線跨線橫移大約15min。

2.1.4 防傾倒系統(tǒng)

防傾倒系統(tǒng)是防止便梁在橫移過程中發(fā)生傾倒的措施，防傾倒系統(tǒng)使用角鋼與便梁通過滾軸聯(lián)結(jié)成三角形，在每個便梁梁端左右兩側(cè)各設(shè)置一套防傾倒措施，可防止便梁發(fā)生前后的傾倒。角鋼型號為75x75x8mm,與縱梁采用φ24mm 的高強(qiáng)螺栓栓接，斜向角鋼與底部角鋼在端頭用直徑32mm 的滾軸連接。（圖9、10）

圖9 防傾倒三角撐立面圖

圖10 防傾倒系統(tǒng)照片

2.2 施工工藝結(jié)構(gòu)檢算

針對橫向滑移軌道和滑車、牽引力、千斤頂、頂托以及防傾倒措施均進(jìn)行了檢算。計(jì)算采用Midas civil 有限元程序。（圖11、12）

滑道梁采用50kg/m 的鋼軌，計(jì)算所得到得最大應(yīng)力鋼軌的容許應(yīng)力139MPa。按照《無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10015-2012）[6]中鋼軌屈服強(qiáng)度的規(guī)定，對U71Mn，該值取為457Mpa,考慮1.3的安全系數(shù)，容許應(yīng)力取457/1.3=351.5MPa。經(jīng)計(jì)算，所得到得最大應(yīng)力鋼軌的容許應(yīng)力200.4MPa＜容許應(yīng)力=351.5MPa；且支承點(diǎn)之間的最大跨度宜按2.2m 控制。

滑車最大組合有效應(yīng)力為173MPa＜235 MPa （Q235 鋼材的屈服強(qiáng)度），承載力滿足要求。

圖11 滑道梁應(yīng)力圖

圖12 滑車應(yīng)力云圖

圖13 千斤頂托板應(yīng)力云圖

牽引力的計(jì)算分別考慮啟動牽引力和持續(xù)牽引力。啟動牽引力按持續(xù)滾動時摩阻力的5 倍進(jìn)行計(jì)算。滾動摩擦系數(shù)μ=0.021，縱梁重力G=16028/2=8014kg。最大牽引力842kg，可使用人工、電動葫蘆或卷揚(yáng)機(jī)提供牽引力。

千斤頂?shù)淖畲箜斄Π?00kN 考慮，則千斤頂下方土的應(yīng)力為σ=100kN/0.5/0.5=250kpa, 超出一般路基土的基本承載力[5]，建議加填0.5m 碎石并夯實(shí)（或鋪一層方木）。頂托頂板為矩形板，厚3cm，腹板為梯形板，厚1cm，采用M24 的普通螺栓。應(yīng)力云圖如圖13 所示。在頂升荷載為100kN，的作用下，結(jié)構(gòu)最大有效組合應(yīng)力為186.5MPa，本結(jié)構(gòu)為施工臨時結(jié)構(gòu)，容許應(yīng)力取鋼材屈服強(qiáng)度235MPa，即頂托的承載力滿足要求。根據(jù)計(jì)算可得螺栓孔的最大拉拔力為69.7kN。M24 螺栓有效截面積452.4mm2，普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為185MPa，即其承載力為F=452.4x185=83.7kN。所以M24 螺栓的抗拉承載力滿足要求。

為了防止在便梁橫移的過程中發(fā)生傾倒，在每個便梁梁端左右兩側(cè)各設(shè)置一個防傾倒措施，使用角鋼與縱梁聯(lián)結(jié)成三角形，可有效防止便梁傾倒，三角鋼架采用75x75x8mm 的角鋼,材質(zhì)采用Q235。對防傾倒系統(tǒng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，三角鋼架穩(wěn)定性和強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

本文在國內(nèi)人工移梁的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過優(yōu)化和調(diào)整，開發(fā)了一種D 型施工便梁縱梁跨線施工工藝，可滿足電氣化鐵路情況下縱梁的跨線就位。

此工藝通過小型牽引設(shè)備把縱梁在滑道上橫移就位，并設(shè)置摩擦力較小的滑車和防傾倒的三角架。該工藝的主要流程是點(diǎn)前做好縱梁和千斤頂?shù)綀?、滑道、滑道支承點(diǎn)的準(zhǔn)備工作，給點(diǎn)后鋪設(shè)滑道，同步啟動牽引設(shè)備，緩慢滑移縱梁就位，千斤頂頂起托板抽出滑道，最后落梁到設(shè)計(jì)支撐點(diǎn)。該工藝工序少、步驟清晰明了、用料規(guī)格小、各構(gòu)件取材方便、拼裝簡單、質(zhì)量輕，便于現(xiàn)場操作和實(shí)施，綜合造價較低，在鐵路天窗點(diǎn)時間內(nèi)能完成施工作業(yè)。