高速鐵路預制箱梁場區規劃設計的關鍵問題研究

張延虎

（湖南省株洲市中鐵株洲橋梁有限公司，湖南 株洲 412000）

1 引言

截至2022 年末，全國鐵路營業里程達到15.5萬km，其中，高速鐵路營業里程達到4.2 萬km。根據《中長期鐵路網規劃》，到2030 年，我國將基本實現內外互聯互通、區際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。高速鐵路的技術標準要求軌道具有高平順性和嚴格的工后沉降量，以保證行車的安全性和穩定性，因此，必須做好高速鐵路橋梁施工的質量控制。高速鐵路橋梁上部結構常以跨度32m、24m 雙線后張法預應力混凝土簡支箱梁為主，目前逐步發展跨度40m 箱梁。由于雙線箱梁斷面大、質量大，特別是32m 箱梁重達900t，無法通過鐵路或者公路運輸，只能采取現場分段集中預制，即以架橋機架設為主、支架法現澆和移動模架預制為輔的施工方法。為此，需要根據全線路橋隧分布情況和總體工期安排，在橋群集中區設置梁場。而梁場作為鐵路建設中的大臨工程之一，具有投資規模大、建設工期長、標準高、工期緊、且一旦建成很難更改的特點，因此，做好梁場的規劃設計意義重大。

2 梁場選址原則

2.1 永臨結合

有條件時，應盡量使用紅線征地，盡可能少占用基本農田、保護區等征拆復墾困難區域。一方面，減少征拆費用；另一方面，降低后期復墾難度。

2.2 經濟性

梁場選址應盡量設在地質條件好的區域，以避免地基基礎處理費用較高。當梁場位于山區且土石方工程量較大時，應盡量選擇土石方平衡的區域，以減少土方外運費用。

2.3 工期均衡

梁場選址時，應盡量遠離高壓線遷改、長大隧道、連續梁等重難點工程，以保證工期的連續性，同時盡可能布置在供梁范圍的中部，以縮短運距。運距不宜超過20km。

2.4 三通一排水

梁場選址時，應充分考察附近的水源、排水通道、臨時用電接入點和材料設備通道是否滿足梁場需求、是否便利。應盡量選擇通電、通水、排水、便道便利的區域。

3 平面布置圖設計

3.1 制存梁臺座布置原則

制存梁臺座主要有兩種布置方式，即縱列式和橫列式。橫列式適用于規模較大、橫向線路布置的地段；縱列式適用于規模較小、工程量小、征拆復雜困難的地段。橫列式占地面積小，存梁場地較多；縱列式提梁機軌道占地面積大，存梁場地小，起吊運梁設備采用輪軌式提梁機。現階段，一般采用橫列式布置。

3.2 制梁工效指標

根據《鐵路工程施工組織設計規范》（Q/CR 9004—2018）規定的制梁工效指標5～7 榀/（月·制梁臺座）計算。在選用指標時，應考慮線下工期、關鍵卡控點、資金、征拆、氣候、人文環境等因素。

3.3 月產能確定

根據業主指導施組中架梁工期，倒排生產周期，以確定月產能。需要說明的是，根據《鐵路工程施工組織設計規范》（Q/CR 9004—2018）規定的架梁工效指標（運距0～8km，2 榀/d；運距8～12km，1.5 榀/d；運距12～20km，1 榀/d）計算月產能時，經常會出現前期產能高、后期產能低、產能閑置的情況，因此，需綜合線下工期、征拆等因素來確定架梁工效指標。理想的情況是，制梁工效指標與架梁工效指標相同，以達到制架均衡的施工目標。

3.4 制梁臺座數量

制梁臺座數量可參考以下公式計算：

其中，N 為制梁臺座數量，M 為月產能（榀/月），η 為制梁工效指標[榀/（月·制梁臺座）]。

3.5 存梁臺座數量

存梁臺座數量決定梁場存儲能力是否滿足箱梁預制和架設的工期要求。梁場理論存梁臺座數量可用以下經驗公式計算（雙層存梁）：

其中，N 為存梁臺座數量，η 為每日預制箱梁數量（榀/d），T 為每榀箱梁占用單個存梁臺座最少存放時間（一般以40d 計），K 為存梁系數（雙層存梁取0.6～0.8）。

3.6 鋼筋綁扎胎卡具數量

鋼筋籠采用整體式綁扎，鋼筋綁扎胎卡具數量應根據制梁能力和綁扎工效確定，可參考以下計算公式：

其中，N 為綁扎胎卡具數量，M 為制梁能力（榀/d），η 為綁扎工效（一般以0.5 榀/d 計）。

3.7 區域布置原則

梁場主要分為制梁區、存梁區、混凝土拌和及料場區、鋼筋加工區、辦公生活區、輔助生產區。梁場區布置需遵循以下原則：

（1）安全環保。辦公生活區應盡量設置在存梁區一側，以減少施工噪聲影響；雨量充沛地區應設置多處排水點，以防止雨季內澇。

（2）流水線施工。應提高機械使用率，減少工人勞動量。例如，拌和站宜布置在生產區中心位置；倉庫和鋼筋加工棚宜靠近生產區；機具材料擺放區域應在時間和空間上，按照施工工藝模擬存放位置，一看存放位置是否足夠，二看區域布置是否合理。

（3）交通方便。材料通道、生產通道、架梁通道應布局合理，能順利往返各功能區。

（4）滿足設備參數要求。道路寬度、臺座間距、工裝布置應滿足設備參數要求。

（5）滿足制梁工藝要求，方便施工。例如，龍門吊軌道長度應等于工作長度+最大龍門吊底梁長度+安全距離+防撞墩。另外，生產線兩端若有危險性施工工藝，不宜布置臨時設施，若必須設置，要預留足夠的安全距離。

3.8 管線布置原則

3.8.1 電力布置原則

變壓器用電負荷不宜超過額定容量的60%，用電負荷可用以下公式計算：

其中，S總為施工總用電量（kVA）；k為備用系數，一般取1.05～1.10；為動力設備同時使用系數，一般取0.65～0.75；為照明設備同時使用系數，一般取0.6～0.9；為動力設備額定輸出功率總和（kW）；為照明設備用電量總和（kW）；η 為動力設備平均效率，取0.85；cosψ 為平均功率因數，取0.5～0.7。需要注意的是，箱變應靠近拌和站和制梁區等主要用電負荷區，制梁區電纜應一備一用。

3.8.2 水管布置原則

水管布置應遵循取水、供水分離、主要功能區單獨供水的原則。應設置儲水箱，當水源流量大于用水高峰流量時，儲水箱容量滿足緊急用水需求即可；若水源流量小于用水量時，則需根據最大用水量并考慮必要儲備計算儲水箱容量。

3.8.3 蒸汽管道布置原則

蒸汽鍋爐應設置在拌和站和生產區一側，以減少蒸汽管道長度。蒸汽管道應留有出氣孔、排水孔和U 型彎，同時，管道宜架空設置，以防止地基不均勻沉降，導致管道破損。

4 制梁生產工藝和設備配置

4.1 制梁工藝

根據筆者的施工經驗和相關國家標準，典型的后張法箱梁施工工藝流程如圖1 所示。需要說明的內容包括以下幾點：

圖1 后張法箱梁預制施工工藝流程

（1）分體式綁扎工藝的工效較慢、整體性差，現在已很少使用，多數采用整體式綁扎工藝，將鋼筋籠整體綁扎成型后，吊入外模，安裝端模和內模，進行混凝土澆筑。

（2）滑移式側模需進行地基處理和安裝軌道，相較整體式側模制梁，工效較慢、模板整體性差、尺寸偏差、模板調整工作量大，現在已很少使用。

（3）張拉和壓漿作為關鍵工序，對質量要求很高，現多數采用自動張拉設備和自動壓漿設備。自動張拉設備和自動壓漿設備具有遠程數據傳輸、參數自動生成、斷電保護、施工過程自動控制等功能，相較以往傳統張拉壓漿設備節約了人力，提高了效率。

（4）鋼筋加工設備多采用數控鋼筋加工設備，相較傳統的小型機械，其加工效率高，外形尺寸偏差小，可節約人力。

4.2 資源配置

典型的箱梁預制場資源配置見表1。

表1 32m 箱梁梁場資源配置（生產能力2 榀/d）

綜上所述，預制梁場是高速鐵路建設中的重要大臨工程之一，特點是工程量大、占地面積大、投資規模大等，做好梁場的規劃設計是重中之重。好的規劃設計經濟實用，有利于提高制架梁效率。經過中國高速鐵路十多年的發展，工藝、方法和理念不斷更新發展。本文根據筆者自己的施工經驗，介紹了部分新的方法和工藝，以供大家參考。