張耀輝， 王海林

(1.石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所，河北 石家莊 050043；2.河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050043)

混凝土T梁橋是我國(guó)普速鐵路簡(jiǎn)支梁橋的主要類型，由于老化病害、自然災(zāi)害破壞或是鐵路提速改造等的影響，往往需要對(duì)既有的難以滿足使用要求的鐵路T梁進(jìn)行更換，這一施工作業(yè)是在有限的鐵路“天窗”點(diǎn)內(nèi)完成。既要保證無(wú)安全事故作業(yè)，又要保證按時(shí)順利通車，因此，如何最大程度地降低對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，安全快速地完成施工作業(yè)，是一項(xiàng)復(fù)雜的難度較大的施工技術(shù)。本文在總結(jié)當(dāng)前鐵路既有線橋梁換架施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)復(fù)雜山區(qū)既有鐵路T梁橋的換架施工遇到的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行探討，以期對(duì)該類工程的施工技術(shù)研究提出有價(jià)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(jī)進(jìn)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(cè)面修建臨時(shí)鐵路便道或便橋供列車車輛限速通行，而原橋長(zhǎng)時(shí)間封閉，再利用架橋機(jī)對(duì)既有橋梁進(jìn)行逐孔換架施工，施工完畢之后再重新恢復(fù)原橋的通行。這種方法雖然安全穩(wěn)妥，但需要大面積征用土地，臨時(shí)通行線路的建設(shè)投資巨大，準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，對(duì)正常運(yùn)營(yíng)計(jì)劃的影響也較大。所以，此種施工方法是一種性價(jià)比較低的方案。

在實(shí)際工程中也曾采用過(guò)滑移換架梁方案[1-4]，見(jiàn)圖1所示。其做法是：在待換架孔橋下搭設(shè)支架，其上鋪設(shè)滑移軌道；利用“天窗”封閉時(shí)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(cè)滑入橋孔。此種方法雖然不用修建臨時(shí)便道，但機(jī)械化程度低，程序繁瑣速度慢，且受現(xiàn)場(chǎng)地形環(huán)境的影響也較大，也不適合大規(guī)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(yīng)用較多的主要有以下兩種:高架臺(tái)車換架梁施工方法、跨線門吊換架梁施工方法。

(1)高架臺(tái)車換架梁技術(shù)[5]。其原理是利用可橫移的高架臺(tái)車將舊梁平移出橋孔位置，再利用高架臺(tái)車將新梁平移至橋孔位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)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(diào)功能的高架臺(tái)車、兩臺(tái)可快速拼裝生成的龍門吊機(jī)、橋下和橋側(cè)鋪設(shè)的用于高架臺(tái)車和龍門吊縱橫行走的軌道系統(tǒng)等。一組高架臺(tái)車用于橫移和拆除舊梁，一組高架臺(tái)車用于橫移和更換新梁；龍門吊用于吊離舊梁和高架臺(tái)車，存、移新梁等工作。見(jiàn)圖2所示。

其主要施工過(guò)程為：換架梁前在橋梁一側(cè)鋪設(shè)平行線路的龍門吊走行軌道，在換架孔鋪設(shè)垂直線路的高架臺(tái)車走行軌道；新梁通過(guò)公路運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，利用跨越存梁場(chǎng)區(qū)的龍門吊將新梁吊至臨時(shí)存梁臺(tái)座上；在存梁臺(tái)座上將兩片新梁并置且將橫隔板連接固定，上好道碴，鋪設(shè)安裝枕木；利用龍門吊將新梁整體吊至承載新梁的高架臺(tái)車上；換架施工時(shí)，承載舊梁的高架臺(tái)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(tái)車馱著新梁橫移至橋孔下面，通過(guò)臺(tái)車頂部的落梁及微調(diào)裝置將新梁就位于橋墩支座上，完成換架梁作業(yè)。

(2)跨線門吊換架梁技術(shù)[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(jī)作為吊離舊梁和安裝新梁的起重設(shè)備，充分利用列車運(yùn)行給定的“天窗”點(diǎn)，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(shí)恢復(fù)線路，“天窗”點(diǎn)關(guān)閉后，線路限速通車運(yùn)行。按照此方法，主孔進(jìn)行梁體的換架施工。主要換架施工裝備：兩臺(tái)可快速拼裝生成的空間上橫跨橋梁線路的龍門吊機(jī)，橋孔兩側(cè)鋪設(shè)的用于龍門吊縱向行走的軌道等。見(jiàn)圖3所示。

圖2 高架臺(tái)車換架梁施工 圖3 跨線門吊換架梁施工

其主要施工過(guò)程為：在施工開(kāi)始時(shí)，本段鐵路線臨時(shí)封閉；路局供電部門撥開(kāi)換架孔橋上的接觸網(wǎng)；利用跨線龍門吊將舊梁吊下；鐵路平板車運(yùn)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(shí)固接好后，在梁上鋪設(shè)道碴和連接鋼軌；路局供電部門恢復(fù)橋上的接觸網(wǎng)，達(dá)到通行條件后，鐵路封閉取消并通車。

2 復(fù)雜山區(qū)換架施工難點(diǎn)分析

上述換架梁施工方法均有很大的局限性，主要適應(yīng)于橋墩高度較小，橋址地形較為平坦且線下和線側(cè)場(chǎng)地較為開(kāi)闊，橋下無(wú)水或少水且水深較淺等環(huán)境。而復(fù)雜山區(qū)鐵路橋梁經(jīng)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(huán)境下，橋墩高度可達(dá)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(xiàn)，見(jiàn)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(shí)均難以實(shí)現(xiàn)，下面就可能遇到的換架施工難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析。

施工難點(diǎn)一：新梁與舊梁的的運(yùn)輸。無(wú)論是采用滑移換架梁方案還是采用高架臺(tái)車換架梁方案，均需要將新梁通過(guò)地面公路或施工便道運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，舊梁整體或破拆后也需要通過(guò)地面公路或施工便道運(yùn)離施工現(xiàn)場(chǎng)；而位于山區(qū)溝谷陡坡等地段的橋址附近(如圖4、圖5所示)，有時(shí)根本沒(méi)有公路通行，如果修臨時(shí)施工便道，其工作量和成本會(huì)非常大，所以難以實(shí)施。

圖4 山區(qū)高墩鐵路橋梁 圖5 位于山區(qū)陡坡地段鐵路橋梁 圖6 山區(qū)溝谷地段鐵路橋梁

施工難點(diǎn)二：臨時(shí)軌道的鋪設(shè)。在采用高架臺(tái)車換架梁方案和跨線門吊換架梁方案時(shí)，需要在橋址地面上鋪設(shè)大量的裝備走行軌道，而在山區(qū)溝谷、陡坡和跨河等地段，軌道的鋪設(shè)是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樾枰罅康奶钔诜焦こ?，且在雨季更是難以保證軌道基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，同時(shí)施工周期長(zhǎng)、安全隱患多、施工成本高。

施工難點(diǎn)三：施工裝備的墩高適應(yīng)性。對(duì)于高墩橋梁來(lái)說(shuō)，無(wú)論是高架臺(tái)車還是跨線門吊等換架施工裝備，其適應(yīng)的高度受到限制。高架臺(tái)車適合于墩高較低的橋梁，一般墩高以不超過(guò)10 m左右為宜，否則高架臺(tái)車的穩(wěn)定性和墩旁的適應(yīng)性會(huì)很差，其結(jié)構(gòu)也會(huì)非常龐大更趨難以適應(yīng)；而跨線門吊的適應(yīng)橋墩高度一般不超過(guò)20 m為宜，此時(shí)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(huì)在30 m左右。如此大的裝備，在條件有限的現(xiàn)場(chǎng)，其材料的運(yùn)輸、堆放、安裝都是問(wèn)題。

施工難點(diǎn)四：首末孔梁的換架。橋梁首末孔的一端是橋臺(tái)，橋臺(tái)的錐體護(hù)坡往往前伸超過(guò)臺(tái)身，如果采用高架臺(tái)車換架梁方案，則需要將錐體護(hù)坡前伸部分挖掉，以鋪設(shè)高架臺(tái)車的走行軌道，如果遇到山體的巖石地質(zhì)情況，這一工作幾乎無(wú)法完成，且會(huì)對(duì)橋臺(tái)的穩(wěn)定性造成影響。當(dāng)遇到橋臺(tái)位于緊鄰隧道口甚至隧道內(nèi)的情況時(shí)，高架臺(tái)車換架梁方案和跨線門吊換架梁方案更是無(wú)法實(shí)現(xiàn)，一是因?yàn)楦揪蜎](méi)有臺(tái)車或門吊的站位空間，二是受到隧道口洞門結(jié)構(gòu)的阻礙使得新舊梁體無(wú)法橫移。

施工難點(diǎn)五：施工場(chǎng)地與通道。在地形復(fù)雜的橋址現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)辟施工場(chǎng)地及修建可運(yùn)輸32 m梁的臨時(shí)運(yùn)輸通道是一項(xiàng)大工程，填挖方量大、地質(zhì)情況復(fù)雜、洪水、泥石流及邊坡塌方等自然災(zāi)害的影響大，施工期間的安全性保障難以實(shí)現(xiàn)。

總之，在復(fù)雜山區(qū)進(jìn)行既有鐵路橋梁的換架施工，如果采用前述傳統(tǒng)的方法，會(huì)遇到各種不同的難點(diǎn)問(wèn)題，而換架梁施工又是要求在很短的鐵路“天窗”點(diǎn)內(nèi)無(wú)故障地完成，要求高困難大。所以，針對(duì)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(guò)上述分析得出，傳統(tǒng)的滑移換架梁方法、高架臺(tái)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(duì)平坦開(kāi)闊、橋墩高度較低、地面無(wú)水或少水、橋位附近交通相對(duì)便利的情況下應(yīng)用，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)條件較為復(fù)雜的山區(qū)鐵路橋梁，需研究新的施工方法和施工裝備來(lái)解決新舊梁的換架問(wèn)題。

3.1 線上換架施工裝備的設(shè)計(jì)思路[9-10]

線上換架是指舊梁的拆除及運(yùn)離橋孔、新梁的運(yùn)輸、新梁的架設(shè)等施工過(guò)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(kāi)受橋梁高度、橋址地形、橋隧結(jié)合情況及首末孔橋臺(tái)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(jī)，以下統(tǒng)稱為換架梁機(jī)。

根據(jù)既有線換架梁施工的快速高效要求，這種換架梁機(jī)至少應(yīng)具有以下功能：

(1)換架梁機(jī)能夠沿既有線路軌道自行快速行走。

(2)換架梁機(jī)無(wú)論空載轉(zhuǎn)場(chǎng)自行狀態(tài)還是處于架梁的各個(gè)工況狀態(tài)，其空間輪廓均應(yīng)能滿足運(yùn)輸限界或線路建筑限界的要求。

(3)換架梁機(jī)主梁或起重小車機(jī)構(gòu)要具有橫移功能，以便能夠順利實(shí)現(xiàn)邊梁的一次性起吊。

(4)換架梁機(jī)應(yīng)具有雙向?qū)ΨQ作業(yè)功能，以便能夠縮短換架作業(yè)時(shí)間。

要滿足上述功能，在設(shè)計(jì)時(shí)建議：架橋機(jī)的前后車走行系統(tǒng)要參考鐵路車輛專用轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)，以順利實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)在既有線路軌道上平順快速移動(dòng)；架橋機(jī)的主梁采用單主梁形式，起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)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(jī)前后車上的支腿立柱應(yīng)設(shè)計(jì)成可伸縮調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，以便調(diào)節(jié)主梁的坡度和整機(jī)高度；在保證具有必要的功能外，要盡量簡(jiǎn)化功能設(shè)置，以免形成復(fù)雜的構(gòu)造帶來(lái)設(shè)計(jì)布置上的困難。

提出一種可雙向作業(yè)換架梁機(jī)的整體構(gòu)思供參考，如圖7所示。此種換架梁機(jī)的最大特點(diǎn)：前后構(gòu)造完全對(duì)稱，前后均可實(shí)現(xiàn)喂梁、架梁作業(yè)，前后均可縱向行走，通過(guò)可伸縮支腿可實(shí)現(xiàn)整機(jī)高度調(diào)整，通過(guò)主梁滑動(dòng)可實(shí)現(xiàn)橫移功能。其和一般的架橋機(jī)相比，不需要具有懸臂過(guò)孔功能，因?yàn)樵趽Q架橋孔上始終有梁和軌道存在，這就大大縮短了架橋機(jī)的長(zhǎng)度，也減少了支腿數(shù)量，降低了整機(jī)重量。

圖7 一種用于T梁換架的換架梁機(jī)整體構(gòu)思

3.2 線上換架施工工藝步驟

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

(1)準(zhǔn)備工作。在單獨(dú)的“天窗”時(shí)間段內(nèi)，先將待換架孔上的鋼軌斷開(kāi)、兩片T梁的橫向隔板斷開(kāi)后先臨時(shí)連接。

(2)在正式的換架“天窗”點(diǎn)開(kāi)啟后，換架梁機(jī)行駛至待換架孔上方并固定，同時(shí)一空載鐵路平板列車(以下簡(jiǎn)稱A列)和一裝有新梁和軌排的平板列車(以下簡(jiǎn)稱B列)從兩個(gè)相反方向駛?cè)?，并和換架梁機(jī)對(duì)接，如圖8所示。

圖8 換架施工裝備就位

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

(4)換架梁機(jī)吊起一片T梁回退至A列上，并通過(guò)A列平板車上的滾動(dòng)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(fù)步驟4，完成另一片T梁的吊離。

(6)換架梁機(jī)起重小車移到另一端，吊起B(yǎng)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(fù)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(shí)連接固定，A列和B列反向駛離。

(8)換架梁機(jī)適當(dāng)降低高度后駛離現(xiàn)場(chǎng)，完成換架梁的主要工作，如圖11所示。

圖11 換架梁機(jī)駛離現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)束語(yǔ)

既有線換架梁是一項(xiàng)急難險(xiǎn)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(fù)雜山區(qū)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(yīng)性，不受任何環(huán)境條件的限制。這種方法同樣可用于鐵路橋梁搶修作業(yè)中的永久新梁和臨時(shí)搶修鋼梁間的替換作業(yè)，也可為其它類似工程施工提供參考和借鑒。