高铁桥梁施工中大型施工车辆变线技术探讨

王外存，李 松，唐 英，张三峰

(1.中铁三局集团有限公司，太原 030008;2.西南交通大学 土木学院，成都 610031;3.中铁西南科学研究院有限公司，成都 610031)

受施工条件、施工工期、施工环境等多方面因素的影响和制约，在两条并行高速铁路的桥梁施工中，常常需要将一些重型施工机具(如架桥机)以及预应力混凝土箱梁(如900 t级箱梁)等重型施工荷载从桥上由一条线路转移到相邻的另一条线路上。实际施工中，一般采用900 t级运梁车从一座桥梁上将这些重型装备跨线运送到相邻的另一座桥梁上。运梁车的这种跨线运送施工荷载的过程通常被简称为变线过程。显然，大型施工车辆变线过程中的运行方式与运营阶段高速列车的正常运行方式不同。从结构分析的角度看，两者对桥梁结构的作用效应必然存在较大的差异［1］。其中，高速列车对梁的作用主要体现为弯曲效应，而重型施工车辆变线过程中对梁的偏载作用势必使梁中产生更为明显的弯扭联合作用效应。再加上相对于高速列车而言，900 t级运梁车对梁的作用荷载更为集中，使得这类重型施工车辆对梁可能产生比高速列车对梁更为不利的作用效果。由于常规设计中未考虑这类重型施工荷载对梁所产生的上述复杂的力学效应，若简单地让这类重型施工车辆直接在相邻的两座桥梁上变线，对箱梁而言，则存在较大的安全隐患，甚至造成箱梁破坏，进而引发施工事故。为确保施工和桥梁结构的安全，有必要对高速铁路施工中运梁车的变线问题进行分析和研究。然而，目前尚鲜见关于这类施工问题的措施或理论分析方面的报道，探讨高速铁路施工中重载施工车辆桥上变线施工技术，即成为当前高速铁路施工中亟待解决的重要施工技术问题之一。

本文将以900 t级运梁车的变线仿真分析结果以及变线施工实践为基础，探讨高速铁路桥梁施工中大型重载施工车辆桥上变线施工技术。

1 工程背景

在某客运专线并行桥梁施工中，拟采用HJ900 t架桥机为两座并行桥梁分别架设225孔和237孔简支梁。为适应工期要求，施工中需要采用 DCY900A型运梁车在相邻两座桥跨布置均为(60+100+60)m的连续梁桥上变线，以便将架桥机和待架设箱梁分批次转运到与之并行的另一条线路上。两座连续梁桥横桥向基本尺寸及相互位置关系如图1所示。

图1 连续梁横向相互位置关系(单位:mm)

DCY900A型运梁车的基本参数:16轴，相邻轴距2.2 m，单轴有四轮，共计64个承载车轮。每个车轮接地面积为419 mm×680 mm，质量约275 t。

运送的混凝土箱梁质量约900 t，运送的架桥机质量约680 t。

运梁车变线过程中直接作用的两片连续梁分别为单箱单室，变高度，变截面预应力混凝土连续梁。箱梁顶宽10.54 m，底宽6.7 m。梁体各控制截面梁高分别为:端支座处及边跨直线段和跨中处为4.85 m，中支点处梁高7.85 m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径 R=377.542 m;顶板厚45 cm，腹板厚分别为50 cm、80 cm，底板厚由跨中的50 cm按圆曲线变化至中支点梁根部的94.8 cm，中支点处加厚150 cm。全桥共设5道横隔梁。

2 相关问题及对策

2.1 设置桥面临时承载结构

尽管两片平行的连续梁翼缘板间仅相距2 cm(如图1所示)，从几何尺度方面看，运梁车可以直接横跨这两片平行的连续梁。但是，若让运梁车直接在这两片梁间运行，其车轮荷载将直接作用在箱梁翼缘板上。计算表明，重载运梁车单胎作用力可达213.7 kN/轮。该荷载值已完全超出了连续箱梁原设计中考虑的箱梁翼缘板所能承受的荷载。因此，若让运梁车的车轮荷载直接作用在箱梁翼缘板上势必会造成箱梁翼缘板破坏。为保证结构安全，避免重载运梁车变线过程中车轮荷载直接作用在箱梁翼缘板上，必须对桥面进行处理，把运梁车车轮荷载对翼缘板的直接作用方式变为间接作用方式。为此，本文采取在箱梁顶面搭设临时结构将荷载传递到箱梁腹板附近的施工措施来解决上述问题。

亦即在箱梁顶面运梁车变线范围内铺设3层分别由纵向钢轨、横向工字钢和面层钢板组成的临时承载结构对运梁车轮压荷载进行分配(为便于叙述，以下将该承载结构简称为“临时承载结构”)。临时承载结构的布置形式如图2所示。其中:第一层是在箱梁腹板的正上方、顺桥向铺设4组钢轨，每组由3根间距为300 mm的钢轨组成;第二层是在钢轨上、沿横桥向按间距200 mm铺设一层工字钢(工字钢型号为I28b);第三层是在工字钢上铺设一层5 mm厚的防滑钢板。运梁车从防滑钢板上面横向变线。

图2 临时承载结构示意(单位:mm)

相关仿真计算结果显示［2］，在运梁车运输架桥机和32 m梁变线过程中，当运梁车沿预定变线路线(路线形式详后)运行至最不利变线位置时，I28b工字钢中最大、最小应力分别为6.67 MPa和 －6.75 MPa。I28b工字钢与钢轨之间的最大挤压局部应力约为12 MPa。钢轨与预应力混凝土梁之间的最大挤压局部应力约2.6 MPa。可见，临时承载结构可以满足相关材料的承载力要求［3-5］。

此外，为方便运梁车运行，实际施工中还需在上述临时承载结构的两端10 m范围内的箱梁顶面上铺设级配碎石顺坡。

2.2 走行路线及变线位置的合理选取

确定运梁车在桥上的变线运行路线时，主要应从行车的平顺性以及有利于结构受力并注意施工需要等三个方面进行综合考虑。依据DCY900A型运梁车和相关承载结构的特点，结合本次施工的实际需要，本文采用如图3所示的由直线和大半径圆曲线等组合而成的走行路线。

图3 运梁车走行线路

图3中位于连续梁中跨跨中附近的，走行路线上由一片梁进入另一片梁的位置点称之为运梁车走行过程中路线的跨线位置。在设计运梁车变线路线过程中，从几何尺度方面考虑并兼顾受力和实际施工需要等因素，初步确定的运梁车走行路线与两片连续箱梁的相对位置关系如图3所示。然而，进一步的仿真计算结果表明［2］，如果将运梁车走行过程中的跨线位置设置为图3所示位置，则位于B客运专线的连续梁中会有部分区域的拉应力将超出《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)中C55混凝土的强度规定值，不能满足规范要求。究其原因，主要是因为运梁车变线过程中位于该片连续梁跨中的车轮偏多，跨中荷载相对较大的缘故。因此，在不影响施工的前提下，本文将运梁车的走行路线在图3中所示位置的基础上向连续梁左端平移了5 m。仿真计算表明，运梁车在向左平移了5 m后的走行路线变线的过程中，两片连续梁均能满足《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》中对梁体允许变形值和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—2005)中对混凝土材料允许强度值的相关规定［6］。

可见，运梁车走行过程中走行路线的跨线位置与梁体的相互位置关系将直接影响到箱梁的受力状态，必须进行相应的理论计算，而不得随意设置。依据计算结果并结合实际施工需要选择好运梁车走行路线的跨线位置是确保施工安全，消除施工隐患的必要环节。

2.3 纵向钢轨间横向联结的设置

图4所示是运梁车变线过程中桥面临时承载结构的仿真计算结果。从图4可以看出，在运梁车变线走行过程中，临时承载结构中纵向布置的钢轨将交替出现脱空和侧向偏压现象。因此，需要采取措施，方能确保钢轨不侧倾。

图4 荷载作用下临时承载结构的变形形态

依据计算结果，本文采用加强每组钢轨横向联系的方法来增加钢轨的横向稳定。具体做法是:对于4组纵向布置的钢轨，分别在每组钢轨的顶部，每隔1 m焊接1 cm厚连接钢板，使之形成一个整体。

实践证明，采用上述措施，可以有效地防止钢轨侧倾。

3 结语

随着我国高速铁路建设的深入发展，并行线路桥梁施工中重载施工车辆在桥上变线转运重型施工荷载，将成为高速铁路桥梁施工中不可回避的一个施工环节。借助于结构仿真分析结果和施工实践经验，本文较为系统地讨论了高速铁路桥梁施工中重载施工车辆桥上变线过程中的关键性技术问题，并提出了相应的处理措施。可为今后高速铁路及其他线路中同类施工问题的解决提供指导和借鉴。

［1］马耕.混凝土宽箱梁桥上运梁过程仿真分析［J］.铁道建筑，2011(1):1-3.

［2］西南交通大学.钱江铁路新桥南引桥900 t运梁车变线仿真分析报告［R］.成都:西南交通大学，2011.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］中华人民共和国铁道部.TB 10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］中华人民共和国建设部.GB 50017—2003 钢结构设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［6］中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］140号 新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.