高速鐵路節(jié)段箱梁預(yù)制場規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

張 偉

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063)

1 概述

節(jié)段箱梁引入標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)了工廠化、裝配式生產(chǎn)模式的規(guī)模化發(fā)展，通過數(shù)智化BIM設(shè)計(jì)、建造技術(shù)，提升了橋梁傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造、工裝水平，緩解了建設(shè)臨時用地與環(huán)保的突出矛盾，縮短了工期。我國鐵路建造科技實(shí)力的不斷增強(qiáng)，凝聚著工程技術(shù)人員的勞動付出和智慧結(jié)晶。張立青[1]結(jié)合工程實(shí)例對節(jié)段預(yù)制技術(shù)、膠接拼裝裝備、膠接拼裝及節(jié)段預(yù)制拼裝線形控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，具有借鑒價值；杜振華等[2]結(jié)合節(jié)段預(yù)制膠拼連續(xù)梁的設(shè)計(jì)實(shí)踐，對節(jié)段拼裝連續(xù)梁部分設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的選取、接縫截面直剪強(qiáng)度驗(yàn)算以及耐久性設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行總結(jié)；賈筱煜[3]、施威等[4]、張雷等[5]、解兵林等[6]、熊偉等[7]對節(jié)段梁預(yù)制膠拼法建造技術(shù)的歸納提煉提供了實(shí)踐支撐；張波[8]對預(yù)制梁場的規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了較完整設(shè)計(jì)思路；余承宏[9]對節(jié)段梁從預(yù)制到拼裝全過程線形控制、引入信息化技術(shù)管理長短線偶配等提供了系統(tǒng)解決成功方案。

節(jié)段箱梁預(yù)制的主要工法有3種:長線臺座法、短線臺座法、長短線偶配臺座法。短線臺座法和長短線偶配臺座法，分別適用于工廠化集中預(yù)制、現(xiàn)場預(yù)制。

2 節(jié)段箱梁基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鐵路節(jié)段箱梁的設(shè)計(jì)分為三種節(jié)段類型:端頭節(jié)段、過渡(異形)節(jié)段和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，見圖1。

節(jié)段箱梁成品及架梁工況見圖2。

3 節(jié)段箱梁預(yù)制技術(shù)

3.1 節(jié)段箱梁預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)

(1)端頭節(jié)段在制梁臺座上綁扎鋼筋骨架，其余節(jié)段均在胎具一次性完成鋼筋骨架整體綁扎。

(2)采用全自動液壓可調(diào)式鋼模板。

(3)在預(yù)制臺座軸線上設(shè)置精測網(wǎng)觀測塔，實(shí)現(xiàn)整孔節(jié)段預(yù)制線形的精確定位。

(4)匹配節(jié)段與新澆節(jié)段接觸的一端截面，通過涂刷隔離劑，實(shí)現(xiàn)新舊截面的精準(zhǔn)匹配。

(5)采用自動溫控養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.2 節(jié)段箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)

制梁臺座的周轉(zhuǎn)效率取決于制梁周期，制梁周期中混凝土養(yǎng)護(hù)時間的確定至為關(guān)鍵。徐桂平[10]、黨海軍[11]、楊江朋[12]結(jié)合具體工程實(shí)踐先后對南方非冬季、北方冬季時段混凝土節(jié)段預(yù)制蒸汽養(yǎng)護(hù)做了深入研究，得出兩類代表性地區(qū)蒸汽養(yǎng)護(hù)可行的工藝參數(shù)。節(jié)段箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度控制見圖3。

4 節(jié)段箱梁預(yù)制場規(guī)劃

4.1 單榀節(jié)段箱梁預(yù)制周期

根據(jù)某高速鐵路節(jié)段箱梁預(yù)制成功案例，單榀節(jié)段箱梁預(yù)制周期見表1、表2。

表1 單榀端頭及過渡節(jié)段箱梁預(yù)制周期(非冬季)

表2 單榀標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段箱梁預(yù)制周期(非冬季)

從表1、表2可以看出，端頭節(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段單榀預(yù)制占用制梁臺座時間分別為1.5 d、1 d。

4.2 節(jié)段箱梁制梁、存梁臺座及模板需求量計(jì)算

(1)節(jié)段箱梁架梁需求分析

根據(jù)節(jié)段箱梁架設(shè)施工組織安排，可按以下公式計(jì)算制梁場日產(chǎn)節(jié)段箱梁節(jié)數(shù)。

式中:η為每日架設(shè)節(jié)段箱梁數(shù)量(節(jié)/d)；N為架設(shè)節(jié)段箱梁總數(shù)量(節(jié))；T為架設(shè)節(jié)段箱梁總工期(d)。

(2)節(jié)段箱梁制梁、存梁臺座需求量計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)行鐵路工程大型臨時工程設(shè)計(jì)規(guī)范，節(jié)段箱梁制梁、存梁臺座需求量可按以下公式計(jì)算:

式中:N3為節(jié)段箱梁預(yù)制場制梁臺座數(shù)量(個)；η2為預(yù)制節(jié)段箱梁日產(chǎn)榀數(shù)(節(jié)/天)；T3為預(yù)制單榀節(jié)段箱梁占用單個制梁臺座周期(個·d/節(jié))；N4為節(jié)段箱梁預(yù)制場存梁臺位(個)；T4為單節(jié)箱梁占用單個存梁臺位周期(個·d/節(jié))，可取28 d；K2為節(jié)段箱梁存放系數(shù)，單層節(jié)段箱梁存梁時取1，雙層節(jié)段箱梁存梁時取2，三層節(jié)段箱梁存梁時取3。

(3)模板需求量計(jì)算

為確保節(jié)段箱梁線形及進(jìn)度，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段前一榀梁預(yù)制完成后，作為后一榀梁的匹配節(jié)段，前一榀預(yù)制梁的外側(cè)模、內(nèi)模拆除后作為后一榀梁的內(nèi)外模；待澆筑混凝土與匹配節(jié)段混凝土接觸面，通過在匹配節(jié)段接觸面涂刷隔離劑，使新舊混凝土有較好地分離，當(dāng)后一榀節(jié)段尾端截面高度發(fā)生變化時，需增加1個端模，而后一榀節(jié)段尾端截面高度不發(fā)生變化時則利用匹配節(jié)段拆除端模。

(4)單榀節(jié)段箱梁制梁、存梁臺座及模板需求量

從表1可以看出，單榀標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段箱梁預(yù)制周期為24 h(按1 d計(jì)算)，側(cè)模、端模、底模與制梁臺座按 1∶1配置。

則，每天預(yù)制1榀標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段箱梁需設(shè)置制梁臺座數(shù)N1為:

N1＝1×1＝1(個)

每天預(yù)制1片軌道簡支梁需投入側(cè)模、端模、底模M1為:

M1＝N1＝1(套)

根據(jù)短線法節(jié)段箱梁預(yù)制工藝流程，考慮成品節(jié)段箱梁檢查驗(yàn)收等需耗用時間，實(shí)際存梁占有周期可按28 d計(jì)算。

則每一天完成預(yù)制1榀節(jié)段箱梁需設(shè)置存梁臺座數(shù)N2為:

N2＝1×28＝28(個)

5 節(jié)段箱梁預(yù)制場規(guī)劃設(shè)計(jì)

5.1 節(jié)段箱梁預(yù)制場基本資料

某新建高速鐵路特大橋，孔跨48 m連續(xù)布置有27孔簡支箱梁，設(shè)計(jì)采用預(yù)制節(jié)段膠結(jié)拼裝結(jié)構(gòu)。利用枯水季節(jié)在橋下設(shè)置節(jié)段梁預(yù)制場，采用架橋機(jī)逐孔拼裝施工。梁型設(shè)計(jì)為單箱單室等高度直腹板，梁跨為48.6 m共劃分11節(jié)段，總計(jì)需要預(yù)制297節(jié)段。單榀梁段按節(jié)長分3.15 m和4.7 m兩種，其中1＃、11＃(長3.15 m)節(jié)段為端頭節(jié)段，2＃、10＃(長4.7 m)節(jié)段為過渡(異形)節(jié)段，3＃～9＃節(jié)段為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段(長4.7 m)。節(jié)段梁梁高4.8 m，梁面寬12.6 m，底板寬6.4 m。計(jì)劃2021年11月30日前完成節(jié)段梁預(yù)制及架設(shè)任務(wù)。

施工選用TP48型架橋機(jī)，架梁效率7 d/孔，過孔時間為1 d。則計(jì)算出架梁工期為215 d，即制梁工期最佳匹配為215 d。單榀節(jié)段箱梁存梁周期按28 d計(jì)算。采用長短線偶配法預(yù)制工藝。

5.2 制梁、存梁臺座及模板數(shù)量配置

(1)節(jié)段箱梁預(yù)制場能力需求分析

梁場以保障架梁進(jìn)度為目標(biāo)，架梁開始和架梁結(jié)束時間提前一個制存梁周期(30 d)，即為制梁起止時間。1＃、11＃節(jié)段為端頭梁、2＃、10＃節(jié)段為過渡(異形)梁，節(jié)段預(yù)制周期均按1.5 d/節(jié)段計(jì)算，3＃～9＃節(jié)段為標(biāo)準(zhǔn)梁，節(jié)段預(yù)制周期均按1.0 d/節(jié)段計(jì)算，按照一條生產(chǎn)線計(jì)算需要制梁工期為351 d，而實(shí)際允許制梁工期為215 d，則計(jì)算出需要設(shè)置生產(chǎn)線為1.6條(351/215)，按兩條生產(chǎn)線布置，具體計(jì)算見表3。

表3 節(jié)段箱梁預(yù)制場能力需求分析

可以看出，布置兩條生產(chǎn)線后，標(biāo)準(zhǔn)梁每天可以生產(chǎn)2榀標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段梁，端頭梁、過渡(異形)梁的生產(chǎn)能力有所富裕，能夠滿足TP48型架橋機(jī)的節(jié)段梁吊裝進(jìn)度。

(2)節(jié)段箱梁預(yù)制場臺座、模板、觀測塔配置

端頭梁:每條生產(chǎn)線配置1個制梁臺座、1套模板系統(tǒng)。

過渡(異形)梁及標(biāo)準(zhǔn)梁:每條生產(chǎn)線配置9個制梁臺座，在長短線偶配生產(chǎn)線設(shè)置，1套模板系統(tǒng)(其中底模為9個制梁臺座通長長度)。

長短線偶配生產(chǎn)線布置形式:端頭梁＋異形梁＋標(biāo)準(zhǔn)梁＋過渡(異形)梁＋端頭梁。

修整、自然養(yǎng)護(hù)座:按臺座占用周期2.5 d計(jì)算，兩條生產(chǎn)線需設(shè)置5個臺座，其中標(biāo)準(zhǔn)梁占用3個臺座、端頭節(jié)段梁及過渡(異形)節(jié)段梁占用1個。

存梁臺座:存梁周期按28 d計(jì)算，每條生產(chǎn)線需設(shè)置28個存梁臺座。考慮雙層存梁，可滿足2條生產(chǎn)線存梁需求。

標(biāo)準(zhǔn)梁綁扎胎具:根據(jù)制梁周期需求關(guān)系，過渡(異形)節(jié)段梁和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段梁整體骨架鋼筋需要在胎具上綁扎完成，過渡(異形)節(jié)段梁制梁周期為1.5 d，每天為2榀梁預(yù)制，則胎具最大需求量為3個(1.5×2)。

觀測塔:設(shè)置4個觀測塔。

5.3 梁場規(guī)劃基本尺寸

結(jié)合架梁(TP48型架橋機(jī))、模板系統(tǒng)等工裝設(shè)備配置，選擇線路左側(cè)橋下紅線范圍狹長地段，按縱列式布置流水生產(chǎn)線，利用附近集中混凝土拌和站供應(yīng)梁場混凝土；在線路左側(cè)擴(kuò)充租地范圍進(jìn)行合理緊湊布置，工后復(fù)墾工作量小，對環(huán)境影響也較小。

將鋼筋加工車間、骨架鋼筋綁扎胎具、制梁區(qū)、梁段修整養(yǎng)護(hù)區(qū)、存梁區(qū)以軸線縱向形式布置，長度395 m、寬度36 m(其中紅線內(nèi)3.0 m)。選用18 m-180 t龍門吊跨墩布置在橋墩兩側(cè)，均在紅線范圍內(nèi)。

各功能區(qū)之間，設(shè)置操作安全距離。

5.4 節(jié)段箱梁預(yù)制場規(guī)劃成果設(shè)計(jì)

節(jié)段箱梁預(yù)制場生產(chǎn)區(qū)長度為395 m，寬度為36 m，總占地約21畝，其中紅線范圍約占2畝。日制梁能力2榀，存梁規(guī)模56榀(雙層)，滿足日架梁2榀進(jìn)度要求。規(guī)劃設(shè)計(jì)見圖4。

6 結(jié)論

(1)節(jié)段箱梁預(yù)制場規(guī)劃，與國鐵整孔箱梁預(yù)制場規(guī)劃原理基本相同。

(2)節(jié)段箱梁預(yù)制線形匹配精度通過測量塔精測實(shí)現(xiàn)。

(3)鋼模系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造，采用液壓可調(diào)式鋼模適應(yīng)同截面不同節(jié)段長度的預(yù)制，模板快速倒用。

(4)可以將制梁、存梁功能區(qū)域分開規(guī)劃設(shè)置，充分利用紅線范圍內(nèi)用地、灘地和荒地，最大限度減少耕地占用。

(5)運(yùn)梁可利用社會資源，梁場移梁采用龍門吊，降低了工裝設(shè)備投入。

(6)運(yùn)梁通道選擇性靈活，既可通過地方公路，也可通過施工便道或已完線下工程作為通道。

(7)TP48型架橋機(jī)經(jīng)過改進(jìn)，增加了運(yùn)梁通道的選擇方式。

(8)架橋效率提高，移動模架造橋機(jī)按15 d/孔，TP48型架橋機(jī)可達(dá)7 d/孔，提高工效1倍多。

(9)增加多個架梁工作面，可縮短整個建設(shè)項(xiàng)目的架梁工期。