箱梁场的规划研究

胡金生 中铁二十四局集团有限公司

随着高速铁路的迅猛发展，适合于高速铁路的桥梁占整条线路的比例越来越大，箱梁的数量也越来越多。梁场的规划研究正在成为一项重要的研究工作，合理的规划不仅对经济环保，还对制梁过程中的质量安全能起到积极的控制作用。

1 梁场选址

梁场的选址应根据供应梁的重心、交通状况、地质条件等因素来确定。简言之，经济性是梁场选址的唯一出发点和落脚点。其一般应遵循以下几个基本原则：

（1）梁场选址需要有足够规模的临时用地来满足生产和生活的需要，但在满足该条件的前提下应尽量减少征地，节约成本。

（2）梁场选址需要重点考虑地形地貌、地质条件等因素。900t箱梁对制存梁台座的承载能力和不均匀沉降提出了很高的要求，要优先选用地质条件好、地基承载力高的地方，长江中下游冲积平原建梁场需要大量地基处理的费用。同时要利用地形较好的空地，以减少土石方工程量。

（3）梁场选址应考虑交通状况、原材料来源。预制梁场应尽量与既有公路相连，方便大型设备和材料的运输，减少临时便道的设立；箱梁体积大，每榀箱梁需要大量的材料，应充分考虑料源是否丰富、稳定，以及运距长短。

（4）梁场选址应该优先考虑在供应梁的桥群重心处，且优先考虑运梁便道运梁，不得已方考虑跨桥墩提梁。跨桥墩提梁需在梁场多配置一台提梁机，提梁机的价格在1000万元以上，增加了梁场的投入。

（5）梁场选址应考虑水、电供应。预制梁工厂化生产，水电是重要的生产资源，要求水电供应必须满足正常施工生产和生活需要。

（6）梁场选址应满足运距和工期的要求。箱梁单侧运输不宜太远，因考虑夜间不宜架梁，其次随着运距的增加运输成本也增加，和移动模架现浇相比将失去其规模内的经济性，而且运输距离太远架梁速度下降，难以满足工期要求。通常单侧运输距离不宜超过20km。

（7）梁场选址应尽可能远离村庄和居民生活区，以免夜间施工干挠居民休息。

2 梁场平面布置

制存梁场的平面布置是否科学合理直接影响制梁的速度和施工的经济性。按照制、存梁台座和线路的关系平面布置主要有二种形式：纵列式和横列式。梁场的平面位置设计同时也与所采用的设备有关，特别是混凝土的运输方式。混凝土的运输方式有两种，其一混凝土运输车运送到地泵，其二地泵直接输送到梁面上。

纵列式是制梁生产线与存梁线同线或平行，一般紧靠线路且平行线路布置的一种平面布置形式。纵列式梁场布置容易组织箱梁生产全过程流水作业，从钢筋制作、钢筋绑扎、立模到制梁、移梁、存梁在一条生产线上，各工序作业过程清晰，环环相扣，较易通过优化工艺过程节省工序时间，缩短关键线路工期，减少每循环台座占用时间，从而实现产能的提高。纵列式梁场从原材料进场、半成品加工转运、箱梁混凝土浇筑到箱梁成品形成等，核心生产区全部覆盖在起重机作业区下，小型机具、设备、构件、物品转运非常方便，利用2台450吨门式起重机可实现作业范围内所有材料、设备、箱梁的搬运吊装；如图1所示。

图1 纵列式平面布置图

横列式是制梁生产线与存梁线方向垂直，一般紧靠线路且垂直线路布置的一种平面布置形式。按照制梁生产线的条数它又分为单向横列式和多向横列式。单向横列式梁场也较容易组织箱梁生产流水作业，钢筋制作、钢筋绑扎、立模、制梁在一条生产线上，各工序作业过程清晰，利用小型门式起重机可覆盖整个制梁区，实现材料、工具和模板的运输及吊装；其缺点是较单向纵列式布置相比，箱梁运输需要另外配置移梁机械，如提梁机或900吨门式起重机。当为多向横列式布置时，制梁生产线成一字排开，使得多条制梁生产线重合，仍然利用小型门式起重机可覆盖整个制梁区，实现材料、工具和模板的运输及吊装，节省了周转时间，提高了模板的利用率，配置的移梁机械可实现大规模移梁，所以多向横列式布置适合于大规模制梁或存梁时间较长的梁场平面布置。如图2所示。

图2 四向横列式平面布置图

制、存梁区域的位置关系固定后，就可以综合安排其它区域和设施的位置。材料堆放区、综合办公生活区、锅炉房、配电房等在梁场内的平面布置应统筹安排，从节约投资和便于管理的角度出发，一般应遵循以下几个原则：

(1)梁场位置应紧凑，充分利用场地，减少临时工程的规模，降低临时工程造价。

(2)材料堆放区、砼搅拌站等与制梁相关的设备应尽量靠近制梁区，尽量减少中间环节作业量，提高工作效率。

(3)蒸汽锅炉房、配电房等危险区应远离人员生活和工作区域，减少安全事故隐患，同时办公生活区应尽量远离噪音区、粉尘区，创造良好的办公生活环境。

(4)水路、电路、蒸汽管道、混凝土输送管路应统一规划，使输送线路既能覆盖作业范围又能实现最短化。

3 制梁场地规模

梁场的规模应根据所生产的箱梁数量、制架梁工期、梁的生产周期、存梁周期等综合确定。按照梁场平面布置的要求，影响制存梁场规模的因素主要是制梁区和存梁区的面积，因此制存梁台座数量的配置将决定梁场的规模，也是梁场规划设计的不同的施工方法和工艺流程，制梁的速度，是否采用专业制梁队伍等都使得制梁的速度有所差别，存梁时间也不同，使得制、存梁台座的配置差别较大。

3.1 影响制、存梁台座数量的因素

3.1.1 占用制梁台座的作业循环时间

制梁占用的制梁台座时间越短，则制梁速度越快，需要配置的制梁台座数量就越少。目前的设计主要以整体吊装内模、预张拉、初张拉，及蒸汽养护为主，制梁各流程平均耗时如表1所示。

表1 制梁各流程平均耗时表

由表1可见，单台座循环时间约为4天，倘若采取更加严密的施工组织、各道工序零衔接时间、保证设备的良好状态和蒸汽养护技术等还可以稍微缩短循环作业时间。本文为便于研究设单台座制梁时间为u天。

3.1.2 占用存梁台座的作业循环时间

存梁占用的存梁台座时间越短，则存梁周转越快，需要配置的存梁台座数量就越少。规范规定混凝土终张至少要龄期达到10天，水泥净浆强度、封锚混凝土强度达到设计强度。一般而言水泥净浆强度和封锚混凝土强度在一周可达到设计强度。因此不以以上两强度为控制时间，通常完成箱梁徐变观测30天后箱梁出场。无碴轨道箱梁的徐变观测持续在张拉后的三个月，通常在桥位上继续观测。各流程平均耗时如表2所示。

表2 存梁各流程平均耗时表

可见，单存梁台座循环时间约为40天，本文为便于研究设单台座存梁时间为v天。

3.1.3 架梁的速度

架梁的速度影响梁场存梁台座的周转速度，一般而言一个梁场配置一台运梁车和一台架桥机，工期异常紧张或制梁数量很多时，可考虑配置两套运架设备。在架桥机上配置了足够的夜间照明后，梁场的制梁速度难以满足架梁的要求，桥机经常处于空闲状态，除非运梁距离达到20km时，可采用两台运梁车供梁。同样研究的通用性，根据可以求出不同供应范围内可以达到的架梁速度，运架梁各流程平均耗时或速度如表3所示。

表3 运架梁各流程平均耗时或速度表

根据上表和现场实际的架梁速度（已考虑运架设备的维修保养时间）得出：当运距为 0～6km 时，3孔/天；当运距为 6～10km时，2.5孔/天，当运距大于10km时，2孔/天。进度计划安排中可以按此速度架梁，也可以在该速度范围内略作调整安排架梁。

3.2 制、存梁台座数量的配置

综合前面所述，对前提条件进行如下假设：

（1）本研究以架梁为控制工期，对最大架梁情况进行分析；

（2）为了保证开始则能架梁，实行提前制梁；

（3）综合考虑制存梁台座的数量，以便于组织生产为前提，考虑试验台座和富余系数，适度增加存梁台座数量；

（4）制梁台座设置后充分利用，不间断制梁。

因此，以累计架梁天数x为横坐标轴，累计架梁数目y为纵坐标轴，则架梁为由三段连续直线组成的曲线，三段直线的斜率分别是3、2.5和2，曲线起点为原点，架梁曲线方程为：

以累计制梁天数x为横坐标轴，累计制梁数目y为纵坐标轴，则制梁曲线方程为：为制梁速率，b为存梁台座的数量）

满足条件为：任何时刻，制梁数-存梁期限内的制梁数≥架梁数，即：

不等式组(1)

不等式两边均为直线或直线段。因此对于分段函数，只须起点、终点分别满足不等式即可，得：

将a与b的不等式转化成a与b的方程组，然后进行线性规划，求出a与b可能的取值范围：

方程组(3)

观察可得，该方程组有规律可循。在以a为横坐标，b为纵坐标的坐标系中，方程一为斜率为正，且与方程二交点横坐标为2的直线，由于M/2通常远大于v，则方程二、三、四为斜率为负的直线，且其两两交点横坐标均小于2（详见图 3）。

由图3可知，关于不等式组（2）的取值范围为黑线及箭头所指区域，要使a、b较小且合理，则a宜≤2。综合考虑确定求出a值后，根据单台座制梁周期为u天，则制梁台座数量为au，代入直线方程可求得b的最小值。

图3 关于ab的线性规划

以沪宁城际铁路吕城制梁场为例，制梁任务439孔，架梁工期2009年3月20日至10月31日，制梁台座10个，存梁台座78个(其中20个双层存梁台座)，高效经济地完成了制梁任务。

本研究也可为公路梁梁场规划参考之用。