電氣化鐵路D 型便梁縱梁跨線施工技術研究

孫新忠

（中國鐵路太原局集團有限公司，山西 太原030013）

D 型施工便梁廣泛應用于框架橋[1]、涵洞、管線等下穿鐵路營業線工程，它的最大優點是在不中斷行車的情況下，對線路進行架空加固后，利用它進行明挖或頂進施工，并且具有構造簡單、造價低廉、施工便利等優點[2、3]。

D 型施工便梁適用于單線、雙線鐵路，直線、曲線（R≥400m），行車限速60km/h，線路鋼軌不輕于43kg/m 的新軌。便梁分為D12、D16、D20、D24 四種型號，其跨度分別為Lp=12.06m、16.08m、20.lm、24.12m，以適用于各種跨度的橋涵施工[4]。

D 型施工便梁在使用時，需把各個單獨的構件運輸到營業線安全限界外，鐵路天窗點時，在營業線上組裝為整體。單片縱梁的運輸需要使用機械輔助，以往在營業線鐵路上縱梁跨線就位一般使用汽車起重機、鐵路軌道車施工工藝。使用汽車起重機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，而鋼絲繩、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。同時，根據《國鐵集團國電部關于加強穿（跨）越鐵路營業線和鄰近營業線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函[2020]48 號）第三條第2 款要求“禁止跨越接觸網吊裝架設D梁、縱橫梁”，因此為保證施工作業時接觸網的安全，汽車起重機的施工方法無法在電氣化鐵路上使用。鐵路軌道車橫移便梁全程機械化作業，人力配合少，施工方法安全可靠。但該種方法需使用重型軌道車，考慮到鐵路軌道車數量較少，且大部分施工單位沒有自備軌道車，而每年局管轄范圍內有上百處下穿頂進工程，無法滿足施工的要求，而且外部租賃價格高、運輸不便，受限制較多，成本極高。

因此，目前急需開發一種安全、便捷且成本較低的施工方案，以滿足在電氣化鐵路上完成D 型便梁的跨線運架，對保證鐵路運輸安全、推進工程順利實施具有重要意義。本文在對現狀進行充分調查研究的基礎上，結合國內人工移梁的成功經驗，經過優化和調整，開發了一種D 型施工便梁縱梁跨線施工工藝，可滿足電氣化鐵路情況下縱梁的跨線就位。

1 現狀調查研究

1.1 人工移梁

經調查研究，上海鐵路局曾經使用人工橫移便梁就位，總體思路為：先鋪設橫向滑道，在便梁底部安裝滾軸，人工拉繩移梁，最后千斤頂落梁。具體做法是在封鎖點內，在便梁就位位置搭設與梁底等高的枕木垛，鋪設2 條滑道，滑道預留2%的仰坡，用螺旋千斤頂（D24 型便梁至少50t）將便梁從兩端抬起，放入船頭形鋼板和滾軸，將便梁落在滑道上，安裝限位楔形墊木防止便梁位移，然后在梁端栓拉繩并安裝拉繩滑輪組。橫移時，抽去便梁下面楔形墊木，人工拉繩索使便梁橫移。

橫移過程中鋼板滑過的滾軸不斷循環使用（也可使用移動滑車）。便梁橫移到位后再用螺旋千斤頂將便梁抬起，抽出滑道，然后將便梁逐步降至設計標高，調整平面位置，至此完成了便梁的橫移。該方法具有施工便捷、造價低等優點，但也存在滾軸橫移不穩定、插入過程易卡塞、人力拉繩不易同步等問題，需要進行改進和完善。

圖1 人工移梁方法使用的滑道及滾軸

1.2 小型門架移梁

D 型便梁橫移門架采用兩根平行的工字鋼主梁，其上設滑車本體，滑車本體上設置有銷軸，銷軸上懸掛有倒鏈。在主梁的兩端均鉸接支撐立柱和橫梁。如圖2 所示。該方法具有結構簡單、減輕勞動強度、加工方便且成本低的優點，但也存在安裝構件多、重量重、需汽車起重機輔助安裝等缺點。

圖2 橫移門架模型圖和現場架設圖

2 縱梁跨線橫移施工工藝方案

本工藝的作用是把縱梁跨線架設到位，施工完畢后再拆除。結合人工移梁方法的特點，縱梁跨線安裝就位和拆除的主要步驟如下：（1）縱梁安裝的主要步驟：在鐵路安全限界外搭設施工平臺鋪、設滑道、運輸縱梁到場，鐵路天窗點時施工滑道支承并鋪設滑道，檢查滑道穩固后施加牽引力，滑移縱梁到設計位置，再用千斤頂頂住托板抽出滑道，緩慢落梁到設計支點標高位置，拆除滑道并清理現場。（2）縱梁拆除的主要步驟：在鐵路安全限界外做好準備工作，鐵路天窗點時用千斤頂頂住托板緩慢抬高到滑道以上，鋪設滑道，檢查滑道穩固后落梁到滑道上，施加牽引力滑移到場地外，拆除滑道并清理現場。

從以上步驟可以看出，縱梁跨線工藝由滑道系統、牽引系統、頂升系統和防傾倒系統組成。滑道系統是縱梁橫移的支承部，牽引系統為縱梁橫移提供啟動力和牽引力，頂升系統是縱梁就位后落梁就位，防傾倒系統是防止縱梁走行過程中傾倒的措施。

圖3 滑道布置位置圖（單位：cm）

2.1 系統組成

2.1.1 滑道系統

滑道系統是本工藝的關鍵工序，該系統由滑道及滑車組成，滑道是縱梁滑移支承的構件，采用50kg/m 的鋼軌做軌道。縱梁兩端各設置1 根滑道，滑道應布置在縱梁的橫肋中間，距離梁端1～3m。（圖3）

一般情況下，單線鐵路滑道長度9m，雙線鐵路（線間距5m）滑道長度為15m。滑道高出鐵路軌道頂不宜超過10cm，以減小落梁的千斤頂行程。滑道坡度不應大于0.5%，鋪設完畢后應測量調整。滑道應多點密布支承，以減小滑道的變形，增強平移過程的穩定性。每股道應不少于3 個支承點，即在股道中心及兩旁設置，可利用便梁的橫梁和枕木做支承，并在橫梁上用扣件固定滑道，以增強滑道的穩定性。在鋼軌接頭處設置一處支承點。在股道之外，根據現場情況，在路基土上搭設枕木垛構成的支承點，相鄰支點間距小于2.2m。通常情況下支承點不設置在既有鐵路軌道上，如確實需要設置時，需在滑道與鐵路軌道之間墊方木，以便絕緣。

為減小便梁橫移時的阻力和便于控制方向，在鋼軌與縱梁之間設置滑車，滑車長600mm，高度100mm，寬度150m，厚度均為10mm，采用Q235 鋼板焊接的槽型結構，中間穿直徑32mm的鋼滾軸。為加強滾軸的定位，在車軸兩端設銷釘定位，同時為避免車軸和軸承直接接觸導致的摩擦阻力過大，需在接觸面涂抹軸承潤滑脂，并加蓋螺帽保護蓋。靜止狀態下，滑車前后放置楔形鋼板，啟動時抽出楔形鋼板，停止時插入楔形鋼板。

圖4 滑移軌道及支撐點分布圖

圖5 滑車斷面圖

圖6 滑車現場照片

圖7 千斤頂托板構造圖（以24m 便梁為例，單位：mm）

2.1.2 頂升系統

頂升系統是縱梁滑移就位后從滑道上落到支撐位置設計標高的落梁系統，也可在安全限界外的施工平臺上頂升縱梁以便穿插滑道，該系統由千斤頂和頂托組成。縱梁最大重量僅16t，考慮2 倍左右的安全系數，故千斤頂噸位不低于16t。此外，由于便梁最大高度達1.3m，考慮滑道及支承枕木的高度，總高度高達1.6m 以上，故需要選用本體高度較高的千斤頂，且要求重量較輕以便于移動。經調查，常規的液壓千斤頂或高裝螺旋千斤頂雖然噸位能滿足要求，但其高度普遍在1m 以內，故千斤頂需跟廠家定制。

由于便梁的縱梁端頭齊平，無法提供千斤頂著力點，故需在端頭設計一塊千斤頂著力點的頂托，頂托由頂面矩形板和兩側的三角板構成，焊接完成后插入便梁縱梁的鋼梁中，并在頂板用φ24mm 的高強螺栓把矩形板與縱梁頂板栓接，在側面底部用φ24mm 的高強螺栓把矩形板與縱梁側板栓接。（圖7、8）

圖8 千斤頂頂托

2.1.3 牽引系統

牽引系統由提供牽引力的設備（或人員）和牽引繩索組成，該系統需有效克服便梁啟動時的滾動摩阻力和滑動過程中的持續摩阻力，同時牽引繩索的強度應滿足牽引力的要求。根據計算結果，最大牽引力為842kg，可根據現場情況采用人工、電動葫蘆或小型卷揚機。牽引繩索可采用直徑不小于40mm 的尼龍繩或直徑20mm 的鋼絲繩，當采用鋼絲繩時，在鋼絲繩下方的鐵路軌道上方布設絕緣板，防止鋼絲繩與軌道聯電。為避免牽引時縱梁晃動，牽引繩索應盡量布置在縱梁中部。縱梁啟動及滑移過程中必須保持兩端的牽引力同步，大小相等，移動速度控制在1m/min，盡量均勻等速滑動。單線跨線橫移大約8min，雙線跨線橫移大約15min。

2.1.4 防傾倒系統

防傾倒系統是防止便梁在橫移過程中發生傾倒的措施，防傾倒系統使用角鋼與便梁通過滾軸聯結成三角形，在每個便梁梁端左右兩側各設置一套防傾倒措施，可防止便梁發生前后的傾倒。角鋼型號為75x75x8mm,與縱梁采用φ24mm 的高強螺栓栓接，斜向角鋼與底部角鋼在端頭用直徑32mm 的滾軸連接。（圖9、10）

圖9 防傾倒三角撐立面圖

圖10 防傾倒系統照片

2.2 施工工藝結構檢算

針對橫向滑移軌道和滑車、牽引力、千斤頂、頂托以及防傾倒措施均進行了檢算。計算采用Midas civil 有限元程序。（圖11、12）

滑道梁采用50kg/m 的鋼軌，計算所得到得最大應力鋼軌的容許應力139MPa。按照《無縫線路設計規范》（TB 10015-2012）[6]中鋼軌屈服強度的規定，對U71Mn，該值取為457Mpa,考慮1.3的安全系數，容許應力取457/1.3=351.5MPa。經計算，所得到得最大應力鋼軌的容許應力200.4MPa＜容許應力=351.5MPa；且支承點之間的最大跨度宜按2.2m 控制。

滑車最大組合有效應力為173MPa＜235 MPa （Q235 鋼材的屈服強度），承載力滿足要求。

圖11 滑道梁應力圖

圖12 滑車應力云圖

圖13 千斤頂托板應力云圖

牽引力的計算分別考慮啟動牽引力和持續牽引力。啟動牽引力按持續滾動時摩阻力的5 倍進行計算。滾動摩擦系數μ=0.021，縱梁重力G=16028/2=8014kg。最大牽引力842kg，可使用人工、電動葫蘆或卷揚機提供牽引力。

千斤頂的最大頂力按100kN 考慮，則千斤頂下方土的應力為σ=100kN/0.5/0.5=250kpa, 超出一般路基土的基本承載力[5]，建議加填0.5m 碎石并夯實（或鋪一層方木）。頂托頂板為矩形板，厚3cm，腹板為梯形板，厚1cm，采用M24 的普通螺栓。應力云圖如圖13 所示。在頂升荷載為100kN，的作用下，結構最大有效組合應力為186.5MPa，本結構為施工臨時結構，容許應力取鋼材屈服強度235MPa，即頂托的承載力滿足要求。根據計算可得螺栓孔的最大拉拔力為69.7kN。M24 螺栓有效截面積452.4mm2，普通螺栓抗拉強度設計值為185MPa，即其承載力為F=452.4x185=83.7kN。所以M24 螺栓的抗拉承載力滿足要求。

為了防止在便梁橫移的過程中發生傾倒，在每個便梁梁端左右兩側各設置一個防傾倒措施，使用角鋼與縱梁聯結成三角形，可有效防止便梁傾倒，三角鋼架采用75x75x8mm 的角鋼,材質采用Q235。對防傾倒系統進行整體穩定性驗算，三角鋼架穩定性和強度均滿足規范要求。

3 結論

本文在國內人工移梁的成功經驗基礎上，經過優化和調整，開發了一種D 型施工便梁縱梁跨線施工工藝，可滿足電氣化鐵路情況下縱梁的跨線就位。

此工藝通過小型牽引設備把縱梁在滑道上橫移就位，并設置摩擦力較小的滑車和防傾倒的三角架。該工藝的主要流程是點前做好縱梁和千斤頂到場、滑道、滑道支承點的準備工作，給點后鋪設滑道，同步啟動牽引設備，緩慢滑移縱梁就位，千斤頂頂起托板抽出滑道，最后落梁到設計支撐點。該工藝工序少、步驟清晰明了、用料規格小、各構件取材方便、拼裝簡單、質量輕，便于現場操作和實施，綜合造價較低，在鐵路天窗點時間內能完成施工作業。