一種新型既有線鐵路橋梁換架技術研究

張戈

摘要：針對不同的橋梁結構形式及換架環(huán)境，提出了一種利用“架橋機”進行橋梁換架施工作業(yè)的新方法，并設計出換架施工的配套設備。方案采用鐵路架橋機的“逆過程”進行換架，對“T”型梁片進行分片吊離，采用倒裝龍門吊和運梁平車配合“T”梁的運輸。換梁設備能更換32米及以下跨度預應力鋼筋混凝土“T”形梁片，同時隨鋪軌排，換架一孔32米梁周期不大于2小時，同時解決了跨河橋梁換架的難題。通過對此項技術的研究，不但有利于推動我國對既有鐵路橋改造過程中的技術攻關，也為我國高架橋梁換架做了技術儲備，具有較高的實用價值。

Abstract： For different forms of bridges and conditions， a new beam-replacing method of using the "bridge erecting machine" is put forward in the paper， with construction equipment. The draft replaces the bridge by using the reverse process of the bridge erecting machine， hanging the "T" beams respectively， using the reverse gantry crane and transportation truck for the transport of the T-girder bridge. The equipment of beam-replacing can replace concrete T-girder bridge about 32 meters and the following， while laying the track panel， not more than two hours for a 32 meters beam， addressing the problems of beam-replacing under the river-crossing condition. It is of much practical to study the technical scheme， not only may help tackle the key technical difficulties in the process of transforming the existing railways in our country， but also provide technical reserves for replacing the beam of the railway bridge with tall piers.

關鍵詞：橋梁;既有線;換架;架橋機

Key words： bridge;existing railway;beam-replacing;existing railway

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0135-03

0? 引言

橋梁作為鐵路線路中重要的基礎設施，其良好的工作狀態(tài)是保證鐵路安全運營的最基本條件。隨著對鐵路提速以及開行重載列車的需求，使得對既有線橋梁的換架是不可避免。由于我國高速鐵路的快速建設，“以橋代路”的修建模式更是使橋梁所占比例越來越高。因此，對于橋梁的換架研究也必須不斷深入。王宇，王海林等[1]提出了采用大噸位龍門吊將作業(yè)孔內的兩片舊梁及軌道材料一次性吊離的施工方案，并成功的應用于京廣鐵路石家莊市南154#橋的換架梁施工。李彥軍，高印強等[2]提出了采用大噸位、自走形高架臺車結合龍門吊對既有線橋梁進行整孔換架的施工方法。張波[3]針對既有線小跨度橋梁提出了采用汽吊法進行換梁，并成功應用于京包線美岱召-薩拉齊區(qū)間的舊梁換架。張耀輝，陳士通等[4]針對鐵路高墩橋梁的換架施工難題，提出了采用橋上運換架一體機進行橋梁換架施工作業(yè)的新方法，推動了我國對跨河橋梁和高架橋換架施工技術的攻關。因此，對于鐵路橋梁換架技術的升級是保證鐵路正常運營的必要條件。

該技術主要研究了一套能適應各種線路條件的安全、可靠、經濟的既有線鐵路橋的換架方法，利用“窗口時間”更換“T”梁的新技術，并研究設計出換梁施工的配套設備。

1? 換架梁機結構設計

在鐵路既有線上特別是在繁忙干線上更換梁體結構是一項技術難度大、風險性高的特殊工程，具有急、難、險、重的特點[4]。因此，換架梁成套設備設計需要嚴格的計算和對各方面環(huán)境的綜合考慮，研究設計了一套科學完整的設備方案。一套完整的換架梁裝備主要由換架梁機（1套）、鐵路專用運梁小車（4輛）、快速拆裝倒裝龍門（2套）和鐵路專用運梁車（若干）組成。換架橋機是換架梁的核心裝備，主要用于橋位拆除舊梁和架設新梁。近端專用獨立運梁小車（2輛為1套）用于給換架橋機喂新梁，遠端專用獨立運梁小車（2輛為1套）從換架橋機出舊梁。近端快速拆裝倒裝龍門用于從鐵路專用運梁車上卸新梁，給近端專用獨立運梁小車裝車;遠端快速拆裝倒裝龍門用于從遠端專用獨立運梁小車為舊梁卸車，給鐵路專用運梁車裝車。換架梁成套設備概念如圖1所示。

1.1 換架梁機總體設計原則

①換架梁機應適應既有鐵路“T”形梁片線路斷面情況，以不侵入鐵路建筑限界、不影響鐵路接觸網和旁側線路列車運行為原則對換架梁機外形尺寸進行設計。

②換架梁機應滿足單片“T”形梁片+道碴的起重要求，并能進行整體橫移以達到精確落梁的要求。

③換架梁機總體高度應為可調節(jié)的，以適應運輸轉場的需要。

④換架梁機的設計部分包括：主機、運梁平車、龍門吊。這種組合配置能使整個架梁鋪軌作業(yè)工序完善、先進，并能連續(xù)作業(yè)。

⑤換架梁機的研究設備是要適應各種工作環(huán)境的要求，對跨線、跨河等橋梁要考慮設計要求，混凝土梁提結構要充分考慮相關要求因素。

1.2 換架梁機選型

目前，鐵路“T”梁架橋機有單臂和雙臂兩種型式，都各有長處和優(yōu)點，都為鐵路建設做出了巨大的貢獻。但實踐證明，DJK型單臂架橋機更具有較多的優(yōu)良特性，被用戶所接受，故選用單臂型式DJK型架橋機，定名DJK160型。

1.3 換架梁機主要技術參數

①額定起重量：160t;

②適宜跨度：32m及以下;

③架設梁片適宜縱坡：±2%;

④架設梁片最大外形尺寸（寬×高）：2.4m×3m;

⑤架設曲線橋最小半徑：600m;

⑥落梁方式：機械全斷面一次到位;

⑦喂梁方式：專用獨立運梁小車喂梁。

換架橋機的主機結構組成包括：吊梁行車、機臂、0號柱、1號柱、2號柱、3號柱、吊軌小車、電氣系統、液壓系統、動力系統等組成。吊梁行車在走形系統驅動下于主梁上前后運行，吊梁行車縱移為雙軌式，軌道設置于主梁腹板正上方?？紤]到限界和運輸問題，主梁采用箱型單梁結構，拼接板栓接，便于梁機的拆裝和運輸。0號柱為主梁的前支承點，設有固定節(jié)、折疊節(jié)和調整節(jié)，以滿足橋梁縱坡、變跨作業(yè)和最后一孔梁架設的需要。1號柱是該機的最重要承力結構。由柱根、柱身、柱頂組成，龍門結構型式置于五軸轉向架的中心處。2號柱由柱根、柱身、橫梁等組成，并在橫梁上設有擺臂小車和豎向拉臂機構，可實現機臂擺頭和翹頭功能。3號柱為板梁式桁架結構，安裝在機臂后端下方，通過鎖緊機構與主梁的前橫連接，并設置成一定的上翹，柱身為兩根可伸縮立柱，使下導梁天車運行平穩(wěn)。吊梁小車采用懸掛式安裝在機臂的上耳梁上面，前后共兩臺，前為主動，由牽引機構的鋼絲繩牽引，后為被動。吊梁小車帶有橫向移動機構，其橫移量為1200mm，可實現空中橫移梁。

2? 換架梁機換架關鍵技術

2.1 換架施工方案

總體方案：換架梁以換梁為主，兼顧架新梁，考慮單雙線換架梁。換架梁工藝分為新舊梁體系轉換，橋機架設，拆除軌排，清渣，移走舊梁，換置新梁。換梁前若干天，架設，拆除軌排，清渣，移走舊梁，換置新梁。換梁前若干天，在“天窗時間”內完成換梁前的準備工作，為隨后的換梁工作做好準備。換梁前的準備工作包括：拆除梁上步行道、墩頂防震落梁支架，清理道碴，雜物清理，支座定位，試頂梁，鋸軌排。換梁當天，“天窗時間”開始后，換架梁成套設備按順序進場，至換梁位置后將各設備卸至相應位置并固定。設備固定完畢后開始拆卸軌排，拆除梁片兩端支座，切割梁片橫向連接鋼板。舊梁運出：吊起其中一片“T”梁，主機橫移至線路中心位置后，向舊梁運出方向送出，落至專用獨立運梁小車上。專用獨立運梁小車走行至倒裝龍門處，將舊梁梁片倒裝到運梁專用車上運出場外。第二片舊梁片運出同理。新梁架設：運梁專用車從新梁喂入方向將新梁片運至倒裝龍門處，將新梁倒裝至專用獨立運梁小車上。專用獨立運梁小車行至換架梁機下喂梁，由換架梁機起吊前移，至指定位置后橫移、落梁。第二片新梁片的架設同理。新梁片架設完畢后，埋設支座、焊接梁片橫向連接鋼板、鋪碴同時進行，隨后鋪設軌排并整理道床。換架梁設備出場：按與進場時相反的順序將成套換架梁設備運出場外。其方案流程圖如圖2所示。

2.2 “天窗”時間內換架施工程序

由于換架后架設新橋過程和以往架橋流程一致，故在此只介紹吊離舊梁的過程。

①起吊前工況，架橋機從橋的一側駛入現場，見圖3所示。

②換架梁機行入待換架的舊梁位置，1號柱和2號柱支撐，0號柱逐漸伸直，見圖4所示。

③0號柱和2號柱支撐，1號柱前移，前移到指定位置后，0號柱旋轉到指定位置，見圖5所示。

④1號柱和2號柱支撐，準備拆除內側舊梁，見圖6所示。

⑤吊起舊梁，由運梁平車運離開現場，見圖7所示。

2.3 技術特點

2.3.1 適用范圍

能夠架設直線、曲線半徑小于2500m，并更換32m及以下跨度預應力混凝土“T”形梁片，同時隨鋪軌排。

2.3.2 技術特點

①簡支模式架設。前后支腿兩支點支撐，形成架梁狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，受力簡單。

②簡支過孔。天車、下導梁天車及輔支腿相互配合，使換架梁機過孔狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，整機縱向

穩(wěn)定性較好，安全性高。

③梁體吊裝穩(wěn)定性好。兩臺天車相互配合，攜梁三維運動，滿足梁體同步吊運、橫向微動調整，吊裝梁體采用“四點起吊、三點平衡”，使梁體受力狀態(tài)較好。

④整體高度低。卷揚機后置和天車分離，有效降低整機高度，通過高空限界能力強。

⑤方便架設首、末跨梁體。采用高置下導梁，方便的解決了橋線中首跨、最后兩跨梁體的架設。

⑥作業(yè)效率高。架梁、運梁工序分離，提高施工作業(yè)效率。

⑦安全可靠。起吊裝置中配置了監(jiān)控報警、緊急制動裝置。

⑧變跨調整方便。輔支腿、前支腿等互相配合，能滿足架橋機變跨調整的需要。

⑨操作方便。設置專用駕駛室和無線遙控兩套操作裝置，尤其是遙控裝置，能夠緊靠作業(yè)現場，視線良好，操作簡捷，安全可靠;配備梁體橫向微調功能，對位方便，落梁準確。

3? 結束語

該項目完成后，提高了鐵路橋梁更換技術的適用范圍，可以解決更多既有鐵路橋梁服役時間過長，提速限制較大的問題。研究設計出的換梁設備除了可用于各種線路條件的既有運營鐵路橋梁更換項目，還可單獨用于新建鐵路“T”梁梁片的架設施工，使用性好，并且可以應用于大部分的復雜環(huán)境，提高了設備的利用率、經濟效益、適用性能。該項目將為企業(yè)逐漸帶來顯著的經濟效益，使得既有鐵路橋梁“T”梁更換技術的適用性有了明顯的提高，且在“窗口時間”內施工對線路運營影響較小;對保證換梁施工質量、提高設備利用率、提高施工效率具有重要意義，社會效益顯著。

參考文獻：

[1]王宇，王海林，彭興山.既有鐵路橋梁的整孔吊裝技術研究[J].石家莊鐵道學院學報，2003，03：79-81，86.

[2]李彥軍，高印強，王劉進.高架臺車在既有線換架梁中的應用研究[J].國防交通工程與技術，2009，01：60-62.

[3]張波.鐵路既有線小跨度梁換梁施工方法[J].內蒙古科技與經濟，2014，06：82-83.

[4]張耀輝，陳士通，徐光興，劉永前.鐵路高墩換架梁技術方案研究[J].國防交通工程與技術，2014，05：29-32.