復雜山區既有鐵路T梁換架施工技術

張耀輝， 王海林

(1.石家莊鐵道大學國防交通研究所，河北 石家莊 050043；2.河北省交通應急保障工程技術研究中心，河北 石家莊 050043)

混凝土T梁橋是我國普速鐵路簡支梁橋的主要類型，由于老化病害、自然災害破壞或是鐵路提速改造等的影響，往往需要對既有的難以滿足使用要求的鐵路T梁進行更換，這一施工作業是在有限的鐵路“天窗”點內完成。既要保證無安全事故作業，又要保證按時順利通車，因此，如何最大程度地降低對鐵路運營的影響，安全快速地完成施工作業，是一項復雜的難度較大的施工技術。本文在總結當前鐵路既有線橋梁換架施工技術的基礎上，針對復雜山區既有鐵路T梁橋的換架施工遇到的難點問題進行探討，以期對該類工程的施工技術研究提出有價值的參考。

1 既有鐵路T梁橋換架施工方法回顧

利用架橋機進行既有橋梁的換架梁施工方案。該方案的具體做法是：在既有橋梁側面修建臨時鐵路便道或便橋供列車車輛限速通行，而原橋長時間封閉，再利用架橋機對既有橋梁進行逐孔換架施工，施工完畢之后再重新恢復原橋的通行。這種方法雖然安全穩妥，但需要大面積征用土地，臨時通行線路的建設投資巨大，準備周期長，對正常運營計劃的影響也較大。所以，此種施工方法是一種性價比較低的方案。

在實際工程中也曾采用過滑移換架梁方案[1-4]，見圖1所示。其做法是：在待換架孔橋下搭設支架，其上鋪設滑移軌道；利用“天窗”封閉時間，首先將換架孔上的鋼軌抬高架空，舊梁起頂并滑出橋孔，再將新梁從線路另一側滑入橋孔。此種方法雖然不用修建臨時便道，但機械化程度低，程序繁瑣速度慢，且受現場地形環境的影響也較大，也不適合大規模的換架梁施工。

圖1 滑移法換架梁施工

目前，普通鐵路繁忙干線橋梁的快速換架方法，應用較多的主要有以下兩種:高架臺車換架梁施工方法、跨線門吊換架梁施工方法。

(1)高架臺車換架梁技術[5]。其原理是利用可橫移的高架臺車將舊梁平移出橋孔位置，再利用高架臺車將新梁平移至橋孔位置，來實現新舊梁體的整體換架施工。施工中采用的主要換架施工裝備包括：兩組具有橫向走行、豎直頂升和平面位移微調功能的高架臺車、兩臺可快速拼裝生成的龍門吊機、橋下和橋側鋪設的用于高架臺車和龍門吊縱橫行走的軌道系統等。一組高架臺車用于橫移和拆除舊梁，一組高架臺車用于橫移和更換新梁；龍門吊用于吊離舊梁和高架臺車，存、移新梁等工作。見圖2所示。

其主要施工過程為：換架梁前在橋梁一側鋪設平行線路的龍門吊走行軌道，在換架孔鋪設垂直線路的高架臺車走行軌道；新梁通過公路運輸到現場，利用跨越存梁場區的龍門吊將新梁吊至臨時存梁臺座上；在存梁臺座上將兩片新梁并置且將橫隔板連接固定，上好道碴，鋪設安裝枕木；利用龍門吊將新梁整體吊至承載新梁的高架臺車上；換架施工時，承載舊梁的高架臺車將舊梁頂起并橫移出橋跨位置，然后用龍門吊吊離舊梁；承載新梁的高架臺車馱著新梁橫移至橋孔下面，通過臺車頂部的落梁及微調裝置將新梁就位于橋墩支座上，完成換架梁作業。

(2)跨線門吊換架梁技術[6-8]。總體思路：以橫跨鐵路橋梁線路的快速拼裝式龍門吊機作為吊離舊梁和安裝新梁的起重設備，充分利用列車運行給定的“天窗”點，將舊梁吊離橋位，再將新梁吊裝至橋孔，安裝到橋墩上，并及時恢復線路，“天窗”點關閉后，線路限速通車運行。按照此方法，主孔進行梁體的換架施工。主要換架施工裝備：兩臺可快速拼裝生成的空間上橫跨橋梁線路的龍門吊機，橋孔兩側鋪設的用于龍門吊縱向行走的軌道等。見圖3所示。

圖2 高架臺車換架梁施工 圖3 跨線門吊換架梁施工

其主要施工過程為：在施工開始時，本段鐵路線臨時封閉；路局供電部門撥開換架孔橋上的接觸網；利用跨線龍門吊將舊梁吊下；鐵路平板車運輸新梁到橋頭，利用龍門吊將新梁吊起，并行至待架孔后，將新梁落下安裝就位；待兩片新梁安裝并臨時固接好后，在梁上鋪設道碴和連接鋼軌；路局供電部門恢復橋上的接觸網，達到通行條件后，鐵路封閉取消并通車。

2 復雜山區換架施工難點分析

上述換架梁施工方法均有很大的局限性，主要適應于橋墩高度較小，橋址地形較為平坦且線下和線側場地較為開闊，橋下無水或少水且水深較淺等環境。而復雜山區鐵路橋梁經常處于谷深水急、橋址地面高程落差大、橋隧緊密相連等惡劣環境下，橋墩高度可達幾十米甚至上百米，且曲線橋梁的曲線半徑很小等情況頻繁出現，見圖4～圖6示例。上面提到的幾種換架梁施工方法在遇到上述情況時均難以實現，下面就可能遇到的換架施工難點問題進行總結分析。

施工難點一：新梁與舊梁的的運輸。無論是采用滑移換架梁方案還是采用高架臺車換架梁方案，均需要將新梁通過地面公路或施工便道運輸到施工現場，舊梁整體或破拆后也需要通過地面公路或施工便道運離施工現場；而位于山區溝谷陡坡等地段的橋址附近(如圖4、圖5所示)，有時根本沒有公路通行，如果修臨時施工便道，其工作量和成本會非常大，所以難以實施。

圖4 山區高墩鐵路橋梁 圖5 位于山區陡坡地段鐵路橋梁 圖6 山區溝谷地段鐵路橋梁

施工難點二：臨時軌道的鋪設。在采用高架臺車換架梁方案和跨線門吊換架梁方案時，需要在橋址地面上鋪設大量的裝備走行軌道，而在山區溝谷、陡坡和跨河等地段，軌道的鋪設是不現實的，因為需要大量的填挖方工程，且在雨季更是難以保證軌道基礎的穩定性，同時施工周期長、安全隱患多、施工成本高。

施工難點三：施工裝備的墩高適應性。對于高墩橋梁來說，無論是高架臺車還是跨線門吊等換架施工裝備，其適應的高度受到限制。高架臺車適合于墩高較低的橋梁，一般墩高以不超過10 m左右為宜，否則高架臺車的穩定性和墩旁的適應性會很差，其結構也會非常龐大更趨難以適應；而跨線門吊的適應橋墩高度一般不超過20 m為宜，此時再加上梁高和橋上鐵路電氣線路的高度，門吊的凈空高度會在30 m左右。如此大的裝備，在條件有限的現場，其材料的運輸、堆放、安裝都是問題。

施工難點四：首末孔梁的換架。橋梁首末孔的一端是橋臺，橋臺的錐體護坡往往前伸超過臺身，如果采用高架臺車換架梁方案，則需要將錐體護坡前伸部分挖掉，以鋪設高架臺車的走行軌道，如果遇到山體的巖石地質情況，這一工作幾乎無法完成，且會對橋臺的穩定性造成影響。當遇到橋臺位于緊鄰隧道口甚至隧道內的情況時，高架臺車換架梁方案和跨線門吊換架梁方案更是無法實現，一是因為根本就沒有臺車或門吊的站位空間，二是受到隧道口洞門結構的阻礙使得新舊梁體無法橫移。

施工難點五：施工場地與通道。在地形復雜的橋址現場，開辟施工場地及修建可運輸32 m梁的臨時運輸通道是一項大工程，填挖方量大、地質情況復雜、洪水、泥石流及邊坡塌方等自然災害的影響大，施工期間的安全性保障難以實現。

總之，在復雜山區進行既有鐵路橋梁的換架施工，如果采用前述傳統的方法，會遇到各種不同的難點問題，而換架梁施工又是要求在很短的鐵路“天窗”點內無故障地完成，要求高困難大。所以，針對這些情況，需研究新的換架施工解決方法。

3 新的T梁橋換架施工方法探討

通過上述分析得出，傳統的滑移換架梁方法、高架臺車換架梁方法和跨線門吊換架梁方法適宜在橋址地形相對平坦開闊、橋墩高度較低、地面無水或少水、橋位附近交通相對便利的情況下應用，而對于現場條件較為復雜的山區鐵路橋梁，需研究新的施工方法和施工裝備來解決新舊梁的換架問題。

3.1 線上換架施工裝備的設計思路[9-10]

線上換架是指舊梁的拆除及運離橋孔、新梁的運輸、新梁的架設等施工過程完全在橋上線路上完成的一種換架梁施工方法。采用此種方法，可避開受橋梁高度、橋址地形、橋隧結合情況及首末孔橋臺等因素限制而遇到的所有上述難題，但采用的換架梁施工裝備是一種新型多功能的換架梁專用架橋機，以下統稱為換架梁機。

根據既有線換架梁施工的快速高效要求，這種換架梁機至少應具有以下功能：

(1)換架梁機能夠沿既有線路軌道自行快速行走。

(2)換架梁機無論空載轉場自行狀態還是處于架梁的各個工況狀態，其空間輪廓均應能滿足運輸限界或線路建筑限界的要求。

(3)換架梁機主梁或起重小車機構要具有橫移功能，以便能夠順利實現邊梁的一次性起吊。

(4)換架梁機應具有雙向對稱作業功能，以便能夠縮短換架作業時間。

要滿足上述功能，在設計時建議：架橋機的前后車走行系統要參考鐵路車輛專用轉向架系統，以順利實現架橋機在既有線路軌道上平順快速移動；架橋機的主梁采用單主梁形式，起升機構系統要高度集成且小型化，以利于減小空間輪廓尺寸滿足限界要求；支撐在架橋機前后車上的支腿立柱應設計成可伸縮調節的結構形式，以便調節主梁的坡度和整機高度；在保證具有必要的功能外，要盡量簡化功能設置，以免形成復雜的構造帶來設計布置上的困難。

提出一種可雙向作業換架梁機的整體構思供參考，如圖7所示。此種換架梁機的最大特點：前后構造完全對稱，前后均可實現喂梁、架梁作業，前后均可縱向行走，通過可伸縮支腿可實現整機高度調整，通過主梁滑動可實現橫移功能。其和一般的架橋機相比，不需要具有懸臂過孔功能，因為在換架橋孔上始終有梁和軌道存在，這就大大縮短了架橋機的長度，也減少了支腿數量，降低了整機重量。

圖7 一種用于T梁換架的換架梁機整體構思

3.2 線上換架施工工藝步驟

采用上述新型換架梁機，同時配合前后兩列鐵路平板列車，即可實現既有線橋梁的整個換架施工作業全部在橋上完成，不受橋下條件的任何限制。在“天窗”時間段內，其具體的施工工序如下：

(1)準備工作。在單獨的“天窗”時間段內，先將待換架孔上的鋼軌斷開、兩片T梁的橫向隔板斷開后先臨時連接。

(2)在正式的換架“天窗”點開啟后，換架梁機行駛至待換架孔上方并固定，同時一空載鐵路平板列車(以下簡稱A列)和一裝有新梁和軌排的平板列車(以下簡稱B列)從兩個相反方向駛入，并和換架梁機對接，如圖8所示。

圖8 換架施工裝備就位

(3)啟動換架梁機，吊起待換架孔橋面的軌排回退至A列上，并通過A列平板車上的滾動縱移滑道將軌排移到合適位置。

(4)換架梁機吊起一片T梁回退至A列上，并通過A列平板車上的滾動縱移滑道將此片T梁移到合適位置，如圖9所示。

圖9 舊梁的吊離

(5)重復步驟4，完成另一片T梁的吊離。

(6)換架梁機起重小車移到另一端，吊起B列上的一片新梁，安裝到橋墩上，如圖10所示。

圖10 新梁的安裝

(7)重復步驟6，完成另一片新梁和軌排的安裝，兩片新梁的橫隔板臨時連接固定，A列和B列反向駛離。

(8)換架梁機適當降低高度后駛離現場，完成換架梁的主要工作，如圖11所示。

圖11 換架梁機駛離現場

4 結束語

既有線換架梁是一項急難險重的工作，快速性和安全性是首要要求。本文提出的這種線上換架施工裝備和方法，可很好地解決目前復雜山區既有鐵路T梁橋的換架施工難題，在保證了快速性和安全性的要求外，還具有非常好的適應性，不受任何環境條件的限制。這種方法同樣可用于鐵路橋梁搶修作業中的永久新梁和臨時搶修鋼梁間的替換作業，也可為其它類似工程施工提供參考和借鑒。