鐵路D型便梁運架臺車研制及應用

喬文祿/中鐵六局集團太原鐵路建設有限公司

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鐵路D型便梁運架臺車研制及應用

喬文祿/中鐵六局集團太原鐵路建設有限公司

【摘 要】新建高鐵太原南站開通運營后，需增建1－6m綜合作業通道，長220m，下穿22股道，在不影響運營的條件下，對鐵路采用24米D梁進行線路架空加固，然后在D梁下方進行基坑開挖、綜合作業通道現澆施工。由于跨線股道多，D梁吊裝超出了汽車吊施工范圍，無法進行汽吊施工。為確保既鐵路運營安全，最大化降低施工對鐵路運營的影響，減少施工手續，降低特殊設備需求，自主設計制造了DQLJ-6.5-40型D型便梁不斷電運架臺車，論文介紹了運架臺車的設計建模、檢算及施工工藝、操作要點，為今后D型梁運架設計及施工方案的編制提供了技術支持。

【關鍵詞】D型便梁；運架臺車；便梁運架；設計施工

引言

D型施工便梁是原鐵道部定型產品，在既有線上施工下穿式涵洞、地道、小橋、管道，對線路進行加固后方能施工，在路基上開挖灌注砼支墩后架設縱梁并在其上安裝鋼枕。現有D型便梁安裝及拆除主要采用輪胎起重機或軌道起重機吊裝作業。使用輪胎起重機吊裝時需要占用大量空間，在站場內、涵洞旁受場地影響較大，經常無法展開吊裝作業。在電氣化鐵路區段安裝拆除D型便梁施工時需跨越接觸網及回流線等電氣化牽引網系統，鋼絲繩、吊具及D型便梁容易侵入接觸網限界，危及牽引網、吊裝設備安全及人身安全。使用軌道起重機吊裝需要專門租用軌道起重機，施工股道接觸網需要斷電，租賃價格高且運輸不便，受限制較多，成本極高。如何在接觸網不斷電條件下完成D型便梁運架是一項技術難題，依托太原南站新增1～6m綜合作業通道D梁運架施工，課題組研制并使用了D梁運架臺車。

1.D型便梁運架臺車研制意義

新建高鐵太原南站開通運營期間，在南咽喉新增1～6m綜合作業通道，長220米，下穿22股道，在不影響運營的條件下，對鐵路采用24米D梁進行線路架空加固，然后在D梁下方進行基坑開挖、綜合作業通道現澆施工。由于跨線股道多，D梁吊裝超出了汽車吊施工范圍，無法進行汽吊施工；采作鐵路電氣化軌道作業車進行吊裝施工，需接觸網停電，同時作業區段需對接觸網點內進行腕臂拆除、網線撥移和恢復施工，接觸網停電范圍大，對樞紐運輸影響大，“天窗點”時間短（1小時），無法滿足施工需求。如果接觸網不需停電，“天窗點”時間可延長至3小時，施工時間大大增加。

針對接觸網不斷電架設拆除D24型施工便梁施工方案進行研究，解決跨越多股電氣化軌道的D型便梁施工難題，確保既有鐵路的運營安全，最大化降低了施工對鐵路運營的影響。

D24型施工便梁主要由兩根縱梁及37根橫梁及相關連接件組成，其縱梁長度為24.5m，重16噸，需要使用機械架設及拆除；橫梁重量較輕可使用人工搬運及安裝，因此主要研究解決D24型施工便梁縱梁的安裝難題。

2.三維建模及設計

2.1參數選擇

1、跨度6.5m，支撐點跨度2.8m

2、設計單側起重量Q=16.5t，雙側起重量Q=33t

3、設計重載運行速度 20m/min，空載運行速度 60m/min

4、橫移小車橫移速度 0.2m/s

5、臺車軌距 1435mm

6、橫移小車軌距692mm

7、運架臺車整機重量 1.5t/臺

2.2運架臺車設計

DQLJ-6.5-40型D梁運架臺車由兩臺完全相同的運架臺車、三套牽引裝置組成，每臺運架臺車重3000kg，外形尺寸為：1800mm×6500mm×3100mm。運載一組兩片D型施工便梁時總重約為40噸。運架臺車采用整體式結構，盡量減少需人工搬運的設備，施工地點僅需預先放置枕木墩，無需預先放置兩側支腿；空車縱橫移均采用人工推行，重車縱橫移采用電動牽引裝置。

2.3三維建模

三維建模采用SOLIDWORKS進行建模，設備除軸承及螺栓外未進行輕量化及模型化處理。

運架臺車模型圖

3.臺車結構檢算

采用手工計算結合有限元軟件進行計算。計算時考慮1.5 倍的荷載系數作為安全儲備，遇有對稱受力時考慮2/3 的偏載系數，均考慮結構自重。有限元計算采用COSMOSXprsee軟件進行。

3.1橫梁強度檢算

主梁強度：

主梁采用國標25B型工字鋼制作，材料為Q235，整根主梁無接頭。

經查詢GB/T706-2008熱軋型鋼25B型工字鋼規格為250*118*10.

根據GB/T706-2008截面及圖紙在Solidworks2010中建立1:1模型，為保證精確，未對模型進行輕量化處理。

根據設計圖分析主梁受力結構：

經查詢圖紙及D型便梁說明書等得出條件：D型便梁縱梁S11重量16030kg，主梁為三立柱形式，簡化為兩組簡支梁，故每側主梁受力長度為6.5m/2=3.25m，自重136.5kg，橫移滑車及16t倒鏈重量約150kg，43kg軌重139.75kg，其他零星材料20kg，每根D型便梁由4根主梁平均負載，故每根主梁受力為：

考慮偏載系數及安全系數后，每根主梁受力為：41100N×1.5/0.66=93409N

根據工況分別計算橫移滑車在主梁中心及主梁一側兩種工況下的受力及變形情況。

經查詢Q235A鋼對應德國DIN標準材料鋼號1.0037；德國DIN標準鋼號S235JR。因此選擇1.0037/S235JR鋼參數進行計算。

經查詢GB50017-2003，Q235鋼材在厚度小于16mm時強度值取215Mpa。

經計算，25B型工字鋼作為主梁能滿足設計要求，最小強度為設計強度的1.35倍。最大應力值為203Mpa<215MPa（GB50017-2003），安全。最大形變量為1.359mm＜4000/400=10mm，考慮到安全系數的原因，判定為安全。經計算，25B型工字鋼作為主梁能滿足設計要求，最小強度為設計強度的1.34倍。最大形變量為6.23mm＜4000/400=10mm，考慮到安全系數的原因，判定為安全。

考慮到25B工字鋼制作的主梁上另有43kg/m分擔壓力及應力，因此，判定主梁可以承載D24型D型便梁主梁S11吊裝的載荷。

3.2立柱強度檢算

根據圖紙，立柱采用DN100螺旋焊管，外徑114.3mm，壁厚4mm。

立柱受力計算，立柱受力為主梁反力，故每根D型便梁由4根主梁平均負載，故每根主梁受力為：

經查詢GB/T3091-2008 低壓流體輸送用焊接鋼管中規定最大應力值為33.75Mpa<235MPa（GB/T3091-2008），安全。

4.D便梁臺車運架施工工藝

4.1施工準備

4.1.1選擇合適位置并清理場地。根據現場實際情況就近選擇無坡度的直線段線路外側，長度≥35m、寬度≥10m，交通方便并方便吊車吊裝作業、不易積水平整空地，地面承載力≥40kN/m2。地面標高應比線路軌頂標高略低，以方便滑軌架設；在地面規劃出兩對橫向滑軌布置位置及D型便梁存放位置；橫向滑軌軌距為1435mm，軌木為木枕。規劃橫移裝置支腿位置，并進行支腿下墊枕木鋪設。

4.1.2鋪設橫向滑軌。根據規劃的橫向滑軌布置位置進行枕木及滑軌的預鋪，兩對橫向滑軌線間距為14-20m，布置時需要注意組裝式D型便梁連接螺栓不得壓在D型便梁滑車上。橫向滑軌必須與線路垂直，兩對滑軌線間距誤差不得大于±10mm，滑軌需與線路標高相符，滑軌軌底標高等于線路軌頂標高，滑軌需水平鋪設，四條滑軌軌頂標高誤差≤5mm，地面不平整時必須墊平調整，如果為封鎖施工，預留跨越線路的滑軌不鋪設，預先處理好地基及預拼好滑軌枕木，封鎖施工時抬入線路并用魚尾板或急救器與預鋪橫移滑軌連接。

4.1.3放置D型便梁滑車。在預鋪滑軌上放置D型便梁滑車，并用鐵鞋固定；可以采用吊車吊裝；放置前檢查滑車各軌道輪旋轉是否順暢，有無異物影響旋轉。

4.1.4放置立柱。將立柱放置在D型便梁滑車上，用旋轉軸固定，注意安裝回轉軸套及回轉軸定位銷；插入滑車定位銷。

4.1.5吊裝D型便梁。使用吊車將D型便梁縱梁吊裝至便梁滑車上；吊裝時接頭螺栓不得壓在便梁滑車上；D型便梁縱梁與立柱間距為10cm，立柱與便梁之間用方木支撐。

4.1.6固定D型便梁。將固定D型便梁用L型杠插入立柱預留孔中，使用專用螺母將L型杠鎖緊完成D型便梁固定。

4.1.7安裝D型便梁鋪設裝置并固定。使用汽車起重機將D型便梁鋪設裝置吊裝架放置在立柱上，吊裝架方向與D型梁平行，用旋轉軸固定，注意安裝回轉軸套及回轉軸定位銷；插入D型便梁鋪設裝置定位銷。

4.1.8在線路中心做標記，在預計橫移終點線路位置做線路中心標記，軌距取標準軌距1435mm，中心距717.5mm，標記精度±1mm，采用墨斗彈線方式將中心標記在枕木上，標記長度不小于6根枕木。

4.1.9橫移D型便梁滑車使其中心與線路中心重合。在封鎖施工時間到達或具備施工條件時，將剩余橫向滑軌鋪設在線路上，固定牢靠，可用軌距桿保持軌距。

4.2施工工藝及技術要點

4.2.1開始橫移D型梁滑車及D型梁。橫移前撤去橫移方向鐵鞋，采用人工控制鐵鞋方法，保持橫移過程中鐵鞋在D型梁滑車軌道輪前20-30cm，防止溜逸，橫移反方向采用倒鏈牽引防止橫移過快產生危險；主要采用橫移牽引裝置牽引的方式橫移，輔以人工推動。

4.2.2橫移必須同步進行，當出現不同步時，較快的一側需停止橫移等待較慢一側，防止D型便梁滑車出軌；橫移速度不應大于0.2m/s，接近終點時應緩慢推動，平穩減速使D型便梁滑車中心線與線路中心線重合，精度應在±10mm范圍內，并校核線路尺寸，使用鐵鞋固定D型便梁滑車，用液壓缸頂起D型便梁并抽出橫向滑軌，在D型便梁標定位置安裝橫擔鋼軌，并使用扣件固定在D型便梁上，將分體式液壓道岔起道機起道油缸固定在鋼軌上，使用起道油缸頂起D型便梁，頂起約5cm。頂升時應注意各油缸同步頂升，防止傾覆。

4.2.3旋轉D型便梁滑車與線路重合，拔出D型便梁滑車定位銷，人工推動D型便梁滑車旋轉90°，與線路重合。旋轉時注意緩慢并保持D型便梁平衡，不可硬推，落下便梁使滑車放置在線路上，緩慢落下分體式道岔起道機油缸，落下時需要保持各油缸同步，直到D型便梁滑車平穩落到線路上，使用鐵鞋固定D型便梁滑車。

4.2.4拆除橫擔鋼軌及起道油缸，沿線路將滑車推移到指定位置，使用縱向牽引裝置沿線路將滑車移動到指定位置，速度不得大于0.5m/s，接近后減速慢行，使D型便梁與預定位置對齊，拆除牽引裝置。

4.2.5使用鐵鞋固定滑車，每個滑車均需雙方向固定，旋轉橫移裝置與線路垂直。拔出橫移裝置限位銷，人工推動橫移裝置旋轉90°與線路垂直，放下支腿用枕木支撐牢固，松開支腿固定螺栓，緩慢放下兩側支腿，使用固定螺栓固定，支腿與地面之間墊入枕木并支撐牢固，枕木可在預定卸梁位置預先鋪設，鋪設時注意地面承載力是否足以支撐D型便梁及移梁裝置重量，以防支腿下沉導致橫移裝置整體傾覆。

4.2.6吊起并橫移D型便梁到指定位置，使用D型便梁鉤勾住D型便梁上邊緣。將D型便梁鉤鋼絲繩固定在起吊倒鏈上，使用15噸倒鏈將D型便梁吊起，距離滑車約20mm，取下D型便梁橫移滑車下鐵鞋，將鐵鞋放置在預定落梁位置，兩套D型便梁橫移裝置上操作人員同時搖動橫移絞盤，緩慢橫移D型便梁到預定位置；橫移速度不得大于0.2m/s，并確保兩側同步橫移，誤差不超過10cm；如兩側不同步則較快一側停止橫移，另一側進行調整，待兩側同步后繼續同步橫移。

4.2.7使用鐵鞋從兩側固定D型便梁橫移滑車，落下便梁，兩側同步放松倒鏈，緩慢下降D型便梁到預定位置，支撐D型便梁防止傾覆，松開D型便梁鉤，拆除D型便梁鉤及鋼絲繩，收起支腿旋轉便梁移動裝置與線路平行，撤出支腿下枕木。

4.2.8松開支腿固定螺栓，人工推動支腿至收起位置，使用固定螺栓固定支腿，拔出D型便梁鋪設裝置限位銷。旋轉D型便梁鋪設裝置與線路平行并插入限位銷。取出鐵鞋將滑車推回原位，取出D型梁滑車下鐵鞋，將D型梁滑車及D型便梁鋪設裝置推回橫移滑軌位置，支起滑車并插入橫移軌排。

4.2.9將液壓道岔起道機油缸固定在支腿上，使用液壓道岔起道機頂起D型梁滑車，插入橫移軌排，旋轉滑車并落在橫移軌排上，旋轉D型梁滑車與橫移軌排重合，降下手搖千斤頂使D型梁滑車落在橫移軌排上，滑車下道并拆除軌排，將D型梁滑車推出線路并用鐵鞋固定。

4.2.10拆除線路上的橫移軌排，完成D型便梁架設，對施工現場進行檢查清理，檢查機具及附件，做好下次施工準備。拆卸D型便梁時反向執行此步驟。

5.結語

太原南站新增綜合通道施工中，自主設計制造了DQLJ-6.5-40新型D便梁不斷電運架臺車，安全正點完成了22組D型便梁的安裝及拆除施工，有效解決了連續跨越多股鐵路D型便梁施工難題，最大化降低D型便梁安裝拆除對既有線路的影響，確保鐵路運營安全，取得了良好的經濟效益和社會效益，節約成本32萬元，為鐵路站場內跨多股鐵路安裝拆除施工提供了一種新型的運架臺車，也為今后同類型工程施工提供了技術方案借鑒。