石武客運專線某梁場規劃與設計

王 剛

(中鐵十九局集團第五工程有限公司,遼寧大連 116100)

1 概述

客運專線大量使用的后張法預應力混凝土簡支箱梁,斷面大、質量大,不能采用“工廠預制,鐵路運輸,工地架設”這種傳統方法施工,只能在施工現場選址并設置臨時預制場預制箱梁,然后通過專用運架設備完成箱梁架設,因此客運專線的大規模建設施工前必須先在施工現場建設大量的箱梁預制場。

國外高速鐵路和國內京滬等高速鐵路的箱梁預制場經驗表明,箱梁預制場投入設備多,建設周期長,建設費用大。因此,為保證預制箱梁的質量和預制效率,合理使用建場費用,施工單位必須首先對箱梁預制場進行科學系統的規劃設計。

筆者結合京滬高速鐵路、石武客運專線的箱梁預制場的建設經驗,對梁場規劃設計原則和方法作一介紹,供規劃建場時參考。

2 制梁場規劃設計的總原則

制梁場規劃設計應本著安全適用,技術先進,經濟合理總原則,統籌規劃設計,以達到“制梁速度快、質量高和建場費用低”的目的。制梁場的布置應有利于橋梁的預制、存放、運輸及架設。制梁場地的選擇主要根據架梁計劃而定,同時要考慮交通狀況、原材料來源、地形地貌、地質概況、水電供應和環保要求等因素,一般設在橋梁比較集中的地段內。

3 梁場選址應遵守的原則

(1)橋群集中地段設置梁場。梁場選址時應全面考慮橋跨與梁型布置、工期、運架梁速度、地質狀況及橋跨兩端路基工程等因素。一般選擇在橋群中心或兩端附近。

(2)臨建工程量小。盡量選擇在地形平坦,地質條件較好的地點設梁場,以減少梁場土石方和運梁便道工程量,減少制、存梁臺座及提梁機軌道基礎處理的工程量。運梁車的最大可爬坡坡度一般為3%,必要時可通過展線,因此梁場布置時要考慮這一點。

(3)交通方便。應在交通方便、水源充足、電力可靠、通信良好區域設置梁場。制梁場位置應盡量與既有公路或施工便道相連,利于大型制梁設備和大量制梁材料的運輸進場。

(4)運梁距離較短。較短的運輸距離可確保箱梁運輸安全,提高架梁的施工速度,降低運輸費用。極端情況下,采用跨墩龍門吊直接提梁上橋裝車,可徹底省去運梁便道費用。

(5)征地拆遷少。制梁場的位置要在滿足制梁工期和存梁的前提下,少占耕地,減少拆遷量,復耕量少,最好是永臨結合的區域設梁場。

(6)考慮防洪排澇,確保雨季施工安全。

總之,場址的選擇應綜合考慮各方面的因素,既有經濟層面的,也有技術層面的。根據目前已開工的客運專線梁場規劃設計情況,梁場位置的確定受制于經濟因素強于技術因素。

4 制梁臺座數量的確定

制梁臺座的數量取決于制梁設備配置、制梁工序、制梁周期及梁場制梁效率等。

4.1 制梁設備配置

(1)梁場自建混凝土拌和站,采用雙系統強制攪拌機,電子計量系統計量原材料,確保成品混凝土的質量和產量。如箱梁混凝土澆筑宜在6 h內完成,32 m梁澆筑時混凝土供應量不小于55 m3/h,1臺HZS120攪拌站實際拌和能力為V1=2.0×60/2.5=48 m3(廠家定義每盤料攪拌時間為150s,每盤料為2.0 m3),因此配置2臺HZS120攪拌站即可滿足1 d預制2片梁的要求。

(2)1個臺座配2臺混凝土輸送泵和2臺混凝土布料機,附著式振搗器配合插入式振搗器搗固混凝土,確保混凝土澆筑的連續性和搗固密實度。

(3)制梁臺座外分別在鋼筋綁扎胎具上進行箱梁底腹板和頂板鋼筋骨架的分體綁扎,臺座內組裝成整體鋼筋籠,或在整體綁扎胎具上進行鋼筋骨架的綁扎,縮短鋼筋綁扎時間。

(4)采用與臺座鉸接式外側模,與臺座相對固定式底模,側模、底模與臺座采用“一配一”的方式,縮短立模與脫模時間,保證立模精度。

(5)采用自動液壓式縮放內模,內模與臺座也采用“一配一”的模式,縮短立模與脫模時間

(6)采用計算機控制的蒸汽養護系統進行箱梁混凝土的養護,確保混凝土養護制梁,縮短占用制梁臺座時間。

(7)采用信息管理系統對箱梁預制施工過程進行全面管理,提高制梁施工管理水平,確保箱梁預制質量。

4.2 制梁工序

箱梁的預制工序一般有2種:一種是吊入內模式,二是爬入內模式。第一種是先將內模吊裝于底腹板鋼筋骨架中,再吊入頂板鋼筋骨架形成鋼筋籠。第二種是先將頂板鋼筋骨架吊裝于底腹板鋼筋骨架上形成鋼筋籠后,再使內模爬入鋼筋籠中。其中第二種方式需在制梁臺座正對的場地提前設置內模滑動的平臺。石武客運專線新鄉梁場采用第一種方式。2種箱梁預制工序下單臺座制梁周期比較見表1。

表1 2種箱梁預制工序下單臺座制梁周期

制梁臺座的數量應結合制梁設備配置狀況、制梁工序、制梁周期及梁場每天產能等因素綜合確定。制梁臺座數量

式中,K為每天產能,即梁場每天預制成品箱梁的數量,榀/d。一般梁場的每天產能應等于運架梁的效率,因此該參數應根據本段運架工程的總工期確定。t為單臺座制梁周期(d/榀)。新鄉梁場設計生產能力2.5榀/d,單個臺座占用時間按照4 d考慮,因此共設置了10個制梁臺座。

5 存梁臺座數量的確定

存梁臺座的數量應根據箱梁在存梁臺座上最少存放時間及梁場每天產能確定。

(1)箱梁在存梁臺座上最少存放時間 T的確定:理論上按部現行的制梁技術條件要求,箱梁混凝土齡期不少10 d,扣除在制梁臺座中已有齡期3～4 d,終張拉前占用存梁臺座時間最少為6～7 d。但大多數情況下由于混凝土后期強度增長緩慢,6～7 d的時間不夠,一般需要15 d左右,張拉施工用時1 d。另外,按部現行的制梁技術要求,終張拉后箱梁必須在存梁臺座上放置30 d。因此箱梁在存梁臺座上最少存放時間 T為38～45 d。

(2)理論梁場最少存梁臺座數量為:M=K T,其中K為梁場每天產能,榀/d。

(3)根據理論計算,新鄉梁場配置了70個存梁臺座,滿足最大生產能力下的存梁能力。

6 制梁臺座布置方式的確定原則

(1)結合制梁場的生產效率,制梁順序,確定制梁臺座和存梁臺座數量及其布置方式,以及制梁設備的選擇。

(2)制存梁臺座的布置方式有2種,縱列式和橫列式。箱梁從制梁臺座到存梁臺座的移動方向和箱梁的縱軸線方向一致者為縱列式,垂直者為橫列式。縱列式布置緊湊,適合于小型梁場,使用450t提梁機提梁,土地利用率高;橫列式是目前大量采用的布置方式,適合于大型或超大型梁場,使用1臺搬梁(輪軌式或輪胎式均可)設備即可。

(3)按照標準化生產,梁場內平面應分為5個功能區,鋼筋儲存與加工區、砂石料儲存與混凝土攪拌區、制梁區、存梁區及裝車區、辦公和生活保障區。

7 出梁方法及出梁設備的選用原則

箱梁在臺座上完成初張拉后即可從制梁臺座中提到存梁臺座上,進行養護和終張拉,簡稱出梁。目前流行的出梁方法有2種:滑移臺車橫移出梁法和提梁機提吊出梁法,其中提梁機又分為輪軌式和輪胎式2種形式。這2種提梁方法各有優缺點各有其使用范圍。

目前國內正在籌建的梁場出梁方式和設備情況是:大多數梁場采用提梁機出梁,且制梁臺座多于4個的基本上采用輪胎式提梁機,只有極少數梁場采用滑移臺車出梁。相比較而言,提梁機出梁的優點是:軌道數量少,2條提梁機軌道可同時負責數個臺座的出梁,使用方便快捷,臺座的排列方式靈活。缺點是一次性投入設備費用高。因此選用的原則是:梁場的規模大,制梁速度快,制運架為同一個工程標的情況。圖1為石武客運專線某梁場平面布置。

圖1 石武客運專線某梁場平面布置

8 結語

(1)從運架梁的經濟性和利于后續無砟軌道施工考慮,一個梁場以每天產2榀梁,配1套運架設備,制梁數量大于600榀,合理的運架梁半徑在10～15 km,涵蓋范圍在20～30 km比較合理。

(2)縱列式梁場的布置緊湊,適合于小型梁場。使用2臺450 t提梁機出梁,土地利用率高;橫列式適合于大型或超大型梁場,使用1臺提梁機(輪軌式或輪胎式均可),使用方便,是目前大量采用的布置方式。

(3)梁場建設是一個系統工程,投資大,建場周期短,同時又是一個臨時工程,因此應特別重視梁場的規劃設計,統籌規劃,才能起到事半功倍的效果。

[1]TZ213—2005,客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[2]新建時速300～350 km客運專線鐵路設計暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

[3]吳信然,楊啟兵.秦沈客運專線箱梁和軌道工程施工新技術[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

[4]黃弟福.鐵路客運專線梁場規劃研究[J].鐵道標準設計,2009(6):42-45.

[5]曹鐵偉.鐵路客運專線制梁場方案布置探討[J].山西建筑,2006,32(18):81-83.

[6]黃耀怡.鐵路客運專線橋梁鋪架技術研究與成套設備研制[J].鐵道標準設計,2005(5):32-35.