箱梁場的規劃研究

胡金生 中鐵二十四局集團有限公司

隨著高速鐵路的迅猛發展，適合于高速鐵路的橋梁占整條線路的比例越來越大，箱梁的數量也越來越多。梁場的規劃研究正在成為一項重要的研究工作，合理的規劃不僅對經濟環保，還對制梁過程中的質量安全能起到積極的控制作用。

1 梁場選址

梁場的選址應根據供應梁的重心、交通狀況、地質條件等因素來確定。簡言之，經濟性是梁場選址的唯一出發點和落腳點。其一般應遵循以下幾個基本原則：

（1）梁場選址需要有足夠規模的臨時用地來滿足生產和生活的需要，但在滿足該條件的前提下應盡量減少征地，節約成本。

（2）梁場選址需要重點考慮地形地貌、地質條件等因素。900t箱梁對制存梁臺座的承載能力和不均勻沉降提出了很高的要求，要優先選用地質條件好、地基承載力高的地方，長江中下游沖積平原建梁場需要大量地基處理的費用。同時要利用地形較好的空地，以減少土石方工程量。

（3）梁場選址應考慮交通狀況、原材料來源。預制梁場應盡量與既有公路相連，方便大型設備和材料的運輸，減少臨時便道的設立；箱梁體積大，每榀箱梁需要大量的材料，應充分考慮料源是否豐富、穩定，以及運距長短。

（4）梁場選址應該優先考慮在供應梁的橋群重心處，且優先考慮運梁便道運梁，不得已方考慮跨橋墩提梁。跨橋墩提梁需在梁場多配置一臺提梁機，提梁機的價格在1000萬元以上，增加了梁場的投入。

（5）梁場選址應考慮水、電供應。預制梁工廠化生產，水電是重要的生產資源，要求水電供應必須滿足正常施工生產和生活需要。

（6）梁場選址應滿足運距和工期的要求。箱梁單側運輸不宜太遠，因考慮夜間不宜架梁，其次隨著運距的增加運輸成本也增加，和移動模架現澆相比將失去其規模內的經濟性，而且運輸距離太遠架梁速度下降，難以滿足工期要求。通常單側運輸距離不宜超過20km。

（7）梁場選址應盡可能遠離村莊和居民生活區，以免夜間施工干撓居民休息。

2 梁場平面布置

制存梁場的平面布置是否科學合理直接影響制梁的速度和施工的經濟性。按照制、存梁臺座和線路的關系平面布置主要有二種形式：縱列式和橫列式。梁場的平面位置設計同時也與所采用的設備有關，特別是混凝土的運輸方式。混凝土的運輸方式有兩種，其一混凝土運輸車運送到地泵，其二地泵直接輸送到梁面上。

縱列式是制梁生產線與存梁線同線或平行，一般緊靠線路且平行線路布置的一種平面布置形式。縱列式梁場布置容易組織箱梁生產全過程流水作業，從鋼筋制作、鋼筋綁扎、立模到制梁、移梁、存梁在一條生產線上，各工序作業過程清晰，環環相扣，較易通過優化工藝過程節省工序時間，縮短關鍵線路工期，減少每循環臺座占用時間，從而實現產能的提高。縱列式梁場從原材料進場、半成品加工轉運、箱梁混凝土澆筑到箱梁成品形成等，核心生產區全部覆蓋在起重機作業區下，小型機具、設備、構件、物品轉運非常方便，利用2臺450噸門式起重機可實現作業范圍內所有材料、設備、箱梁的搬運吊裝；如圖1所示。

圖1 縱列式平面布置圖

橫列式是制梁生產線與存梁線方向垂直，一般緊靠線路且垂直線路布置的一種平面布置形式。按照制梁生產線的條數它又分為單向橫列式和多向橫列式。單向橫列式梁場也較容易組織箱梁生產流水作業，鋼筋制作、鋼筋綁扎、立模、制梁在一條生產線上，各工序作業過程清晰，利用小型門式起重機可覆蓋整個制梁區，實現材料、工具和模板的運輸及吊裝；其缺點是較單向縱列式布置相比，箱梁運輸需要另外配置移梁機械，如提梁機或900噸門式起重機。當為多向橫列式布置時，制梁生產線成一字排開，使得多條制梁生產線重合，仍然利用小型門式起重機可覆蓋整個制梁區，實現材料、工具和模板的運輸及吊裝，節省了周轉時間，提高了模板的利用率，配置的移梁機械可實現大規模移梁，所以多向橫列式布置適合于大規模制梁或存梁時間較長的梁場平面布置。如圖2所示。

圖2 四向橫列式平面布置圖

制、存梁區域的位置關系固定后，就可以綜合安排其它區域和設施的位置。材料堆放區、綜合辦公生活區、鍋爐房、配電房等在梁場內的平面布置應統籌安排，從節約投資和便于管理的角度出發，一般應遵循以下幾個原則：

(1)梁場位置應緊湊，充分利用場地，減少臨時工程的規模，降低臨時工程造價。

(2)材料堆放區、砼攪拌站等與制梁相關的設備應盡量靠近制梁區，盡量減少中間環節作業量，提高工作效率。

(3)蒸汽鍋爐房、配電房等危險區應遠離人員生活和工作區域，減少安全事故隱患，同時辦公生活區應盡量遠離噪音區、粉塵區，創造良好的辦公生活環境。

(4)水路、電路、蒸汽管道、混凝土輸送管路應統一規劃，使輸送線路既能覆蓋作業范圍又能實現最短化。

3 制梁場地規模

梁場的規模應根據所生產的箱梁數量、制架梁工期、梁的生產周期、存梁周期等綜合確定。按照梁場平面布置的要求，影響制存梁場規模的因素主要是制梁區和存梁區的面積，因此制存梁臺座數量的配置將決定梁場的規模，也是梁場規劃設計的不同的施工方法和工藝流程，制梁的速度，是否采用專業制梁隊伍等都使得制梁的速度有所差別，存梁時間也不同，使得制、存梁臺座的配置差別較大。

3.1 影響制、存梁臺座數量的因素

3.1.1 占用制梁臺座的作業循環時間

制梁占用的制梁臺座時間越短，則制梁速度越快，需要配置的制梁臺座數量就越少。目前的設計主要以整體吊裝內模、預張拉、初張拉，及蒸汽養護為主，制梁各流程平均耗時如表1所示。

表1 制梁各流程平均耗時表

由表1可見，單臺座循環時間約為4天，倘若采取更加嚴密的施工組織、各道工序零銜接時間、保證設備的良好狀態和蒸汽養護技術等還可以稍微縮短循環作業時間。本文為便于研究設單臺座制梁時間為u天。

3.1.2 占用存梁臺座的作業循環時間

存梁占用的存梁臺座時間越短，則存梁周轉越快，需要配置的存梁臺座數量就越少。規范規定混凝土終張至少要齡期達到10天，水泥凈漿強度、封錨混凝土強度達到設計強度。一般而言水泥凈漿強度和封錨混凝土強度在一周可達到設計強度。因此不以以上兩強度為控制時間，通常完成箱梁徐變觀測30天后箱梁出場。無碴軌道箱梁的徐變觀測持續在張拉后的三個月，通常在橋位上繼續觀測。各流程平均耗時如表2所示。

表2 存梁各流程平均耗時表

可見，單存梁臺座循環時間約為40天，本文為便于研究設單臺座存梁時間為v天。

3.1.3 架梁的速度

架梁的速度影響梁場存梁臺座的周轉速度，一般而言一個梁場配置一臺運梁車和一臺架橋機，工期異常緊張或制梁數量很多時，可考慮配置兩套運架設備。在架橋機上配置了足夠的夜間照明后，梁場的制梁速度難以滿足架梁的要求，橋機經常處于空閑狀態，除非運梁距離達到20km時，可采用兩臺運梁車供梁。同樣研究的通用性，根據可以求出不同供應范圍內可以達到的架梁速度，運架梁各流程平均耗時或速度如表3所示。

表3 運架梁各流程平均耗時或速度表

根據上表和現場實際的架梁速度（已考慮運架設備的維修保養時間）得出：當運距為 0～6km 時，3孔/天；當運距為 6～10km時，2.5孔/天，當運距大于10km時，2孔/天。進度計劃安排中可以按此速度架梁，也可以在該速度范圍內略作調整安排架梁。

3.2 制、存梁臺座數量的配置

綜合前面所述，對前提條件進行如下假設：

（1）本研究以架梁為控制工期，對最大架梁情況進行分析；

（2）為了保證開始則能架梁，實行提前制梁；

（3）綜合考慮制存梁臺座的數量，以便于組織生產為前提，考慮試驗臺座和富余系數，適度增加存梁臺座數量；

（4）制梁臺座設置后充分利用，不間斷制梁。

因此，以累計架梁天數x為橫坐標軸，累計架梁數目y為縱坐標軸，則架梁為由三段連續直線組成的曲線，三段直線的斜率分別是3、2.5和2，曲線起點為原點，架梁曲線方程為：

以累計制梁天數x為橫坐標軸，累計制梁數目y為縱坐標軸，則制梁曲線方程為：為制梁速率，b為存梁臺座的數量）

滿足條件為：任何時刻，制梁數-存梁期限內的制梁數≥架梁數，即：

不等式組(1)

不等式兩邊均為直線或直線段。因此對于分段函數，只須起點、終點分別滿足不等式即可，得：

將a與b的不等式轉化成a與b的方程組，然后進行線性規劃，求出a與b可能的取值范圍：

方程組(3)

觀察可得，該方程組有規律可循。在以a為橫坐標，b為縱坐標的坐標系中，方程一為斜率為正，且與方程二交點橫坐標為2的直線，由于M/2通常遠大于v，則方程二、三、四為斜率為負的直線，且其兩兩交點橫坐標均小于2（詳見圖 3）。

由圖3可知，關于不等式組（2）的取值范圍為黑線及箭頭所指區域，要使a、b較小且合理，則a宜≤2。綜合考慮確定求出a值后，根據單臺座制梁周期為u天，則制梁臺座數量為au，代入直線方程可求得b的最小值。

圖3 關于ab的線性規劃

以滬寧城際鐵路呂城制梁場為例，制梁任務439孔，架梁工期2009年3月20日至10月31日，制梁臺座10個，存梁臺座78個(其中20個雙層存梁臺座)，高效經濟地完成了制梁任務。

本研究也可為公路梁梁場規劃參考之用。