京通铁路电气化改造换梁工程关键环节控制与优化

王志刚

（中国铁路北京局集团有限公司 北京工程项目管理部，北京 100038）

0 引言

2018年9月，中国铁路总公司、河北省人民政府共同以《关于京通铁路昌平至朝阳地段电气化改造工程可行性研究报告的批复》（铁总发改函〔2018〕676号）批复了京通铁路电气化改造工程的可行性研究报告；2018年底，该工程的初步设计和施工图文件也相继批复。京通铁路中国铁路北京局集团有限公司（简称北京局集团公司）管段北京段全长128.455 km，计划工期2019年1月1日—2021年12月31日。2019年4月1日，施工单位进场；2019年5月，北京市交通委员会发函，要求北京局集团公司管段怀密线工程竣工时间为2020年9月底，且应具备开通市郊列车条件。针对换梁工程，建设单位组织相关参与方对关键环节进行多次优化与控制，最终实现目标。

1 优化换梁数量，满足工务要求

京通铁路为Ⅰ级、单线、非电气化铁路，其北京局集团公司管段现有预应力混凝土梁530孔。其中，图号“大（65）138”梁体279孔、“叁标桥006A”梁体227孔、其他梁体24孔。1979年，京通铁路建成验交，发现原铁道兵桥梁工厂和北京第二建筑构件厂的“大（65）138”梁体有291孔（运营后更换12孔）存在封端混凝土强度不足、管道压浆不实、梁体裂纹等问题。对此，原铁道部要求“京通铁路中台子—隆化桥梁按中-21级掌握，桥梁限速70 km/h”。此后，该路段限速运营近40年，验交时存在质量问题的梁体病害发展加快，无质量问题梁体也出现预应力钢丝束走向开裂严重、上拱度超限等问题。

2017年9月，北京局集团公司北京工程项目管理部组织中铁第六勘察设计院集团有限公司等单位，对京通铁路北京局集团公司管段既有桥梁梁体病害进行现场调查，发现昌平—怀柔北（全长56.2 km）严重病害主要集中在“大（65）138”24 m、32 m梁。主要病害有：梁腹板开裂、梁体裂纹、预应力管道压浆不足、横隔板断裂、梁体上拱度过大和混凝土标号不足等。昌平—怀柔北的平、纵断面线路条件可满足100 km/h运营要求，因桥梁病害原因，既有铁路实际限速70 km/h，不满足北京市要求的北京至怀柔运营时间60 min以内要求。考虑京通铁路全线正实施电气化改造，若此次不实施换梁，未来的实施难度、安全风险和投资更大。京通铁路北京局集团公司管段病害桥梁现存24 m简支梁5孔、32 m简支梁7孔，需更换处理；其他200多孔梁体维持既有。实施换梁后，昌平—怀柔北列车运行速度可提升至100 km/h。病害桥梁分布于京通铁路兴寿—雁栖湖3区间28 km范围内（见图1）。其中，对桃峪口大桥第10孔，沙峪口大桥第1、2、4孔，沙峪口中桥第1孔，平义分大桥第7、8孔，蔡家坟中桥第1、2孔，牤牛河中桥第1孔，红螺镇大桥第7、8孔实施换梁。

图1 换梁地段平面图

2 优化换梁施工图，满足设计要求

2.1 梁型选择

既有梁型为“大（65）138”，共计7座桥梁12孔，施工场地集中于水库、果园、河谷，交通多有不便。为与既有桥面宽度保持一致，采用“专桥（01）2051”系列图纸并进行局部修改。桥宽3.9 m，梁梗中心距2.0 m。24 m梁全长24.60 m，梁高2.10 m，梁顶宽度1.95 m，每孔梁质量162.20 t；32 m梁全长32.60 m，梁高2.50 m，梁顶宽度1.95 m，每孔梁质量227.56 t。

2.2 支座类型及支承垫石处理

根据专家论证会意见，支座采用与既有支座型号及高度一致的摇轴支座。24 m梁摇轴支座全高0.4 m；32 m梁摇轴支座全高0.5 m。既有桥梁运营多年，梁顶道砟厚度参差不齐，拟更换的12孔梁梁顶至轨底高度最小0.444 m、最大0.764 m。若更换梁体与非更换梁体梁顶平齐，可能导致梁顶道砟厚度过大或过小［1-3］，与“专桥（01）2051修正图”使用条件不符，需单独设计并进行局部修改；另外，目前仅换部分病害严重的梁孔，可能导致未来换梁时梁顶道砟厚度不统一。因此，轨底至梁顶高度按60 cm控制，梁间伸缩缝采用异型钢板处理。

对于现状梁底至支承垫石顶高度小于支座高度的桥墩，采取凿除既有支承垫石的措施；对于现状梁底至支承垫石顶高度大于支座高度的桥墩，采用钢垫块加高支承垫石。钢垫块周围包打C40钢筋混凝土，与既有支承垫石形成整体［4-6］。根据现场实测，垫石加高（凿除）高度见表1。

表1 垫石加高（凿除）高度

2.3 墩台及基础检算

京通铁路既有桥台多为圆形桥墩、圆端形桥墩及矩形墩，多采用明挖基础、桩基础、沉井基础，由于换梁后上部结构自质量增加，且支座位置发生变化，设计单位抽取典型工点桥墩进行整体稳定、墩顶位移和应力等检算［7］，计算结果表明，均满足要求。抽取典型工点基础进行检算，计算结果表明，基础偏心、倾覆稳定、滑动稳定及基底应力（单桩承载力）均满足要求。

3 优化购、运梁方案，满足架梁需求

换梁工程共计12孔24片，若新建制梁场成本太高，建议采用购梁方式。拟定购梁方案如下：

（1）购自中铁十四局集团房桥有限公司。经问询，该公司主业改为建筑配件生产，无制梁业务。

（2）购自中铁十四局集团房桥有限公司忻州制梁场。运梁方式为铁路运输，运输距离远、货运手续繁琐。

（3）购自中铁十四局集团房桥有限公司唐山曹妃甸制梁场。运梁方式为梁场汽运至曹妃甸车站，再由铁路特货运至换梁车站。经调查，因货运手续繁琐，改由梁场汽运至北京丰怀轨枕厂专用线，再由铁路特货运至换梁车站。

为确保购、运梁安全、顺利，应重点抓住以下关键环节：

（1）盯控公路运梁路径，确保按期、保质到达。首先进行沿线路径调查，对上跨设备、管线进行提前处理；对桥梁承载、曲线半径进行调查，与路政办理相关运梁手续，做好运输保护措施；运梁途中专人盯控，做好信息沟通。

（2）及时整修线路，做好铁路运梁沿线检查。北京怀柔轨枕厂—怀柔北为约2 km铁路专用线，木枕失效、小半径曲线、几何尺寸超限等病害较多，应与工务段协调，做好整修工作。对铁路沿线尤其车站站台、上跨缆线、邻侧限界，做好限界测量、调查、整修，确保运梁工作顺利完成。

（3）稳定运梁设备及运营安全需要。与中国铁路特货运输有限公司签订协议，保证梁体加固设备到位；与北京局集团公司北京货运中心签订协议，做好货车运梁及施工过程中新、旧梁运输前加固、龙门架运行前后加固检查确认；协调调度所及时扣留需要的平板车，确保运梁车辆到位；与北京局集团公司北京机务段签订租车协议，确保2台机车到位；与中铁六局集团有限公司丰桥桥梁有限公司签订协议，确保吊车数量和到位时间，并做好吊梁场地处理。

4 优化换梁施工方案，满足工期需求

4.1 优化施工计划，实现大封锁施工

由于7孔梁分布于4站3区间，换梁后需限速运行，进行附属结构尤其浇筑横隔板混凝土施工，必须达到设计强度才可封锚压浆。根据《北京铁路局营业线施工安全管理实施细则》（京铁师〔2018〕408号）第11条“……繁忙干线和干线原则上单线1个区段慢行处所不超过2处……同一区间内慢行处所不超过1处……”［8］，若连续换梁施工，无法填报施工计划；若1桥1点，加上前期放散、梁体支座、连接部分处理开始限速到结束，1座桥基本施工时间约为10 d。根据前期制梁、运梁准备情况，2020年7月底、8月初，新梁到位，2020年8月下旬进行静、动态验收，无法按期在2020年9月底完成京通铁路北京段电气化改造工程。北京局集团公司于2020年5—7月多次组织进行施工方案专题研究，考虑新冠肺炎疫情爆发，客车上座率不足，最后决定采用大封锁方案：

（1）由北京局集团公司行文，经北京市政府同意，停运北京市开行的内燃动力市郊列车。

（2）由北京局集团公司行文，经中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）同意，停运跨局列车。

（3）调整北京局集团公司管段内货车运行径路，封锁时间为8月3日6：00—16日6：00，其中换梁时间4～5 d，2个铁路架桥机同时进行。

4.2 优化准备环节，确保大封锁施工

大封锁施工前，完成施工场地、道路等临时占地手续，实施管线迁改，组织进场人员安全培训、技术交底。做好驻站防护人员岗位培训，并持证上岗。材料、机具准备到位，并办理进场报验手续。完成架桥机组装调试及取证工作，运梁车进场组装调试报验手续，吊装公司资质审核、吊装设备报验，完成架桥机、汽车吊操作人员、焊接等特殊工种资格审核［9-10］。安装施工动力电源，各墩台顶安设配电箱，布设临时用电线路，安装照明灯具。另外，针对以下方面进行强化：

（1）桥机走行、复核新梁工作。对架桥机、运梁车等走行线路既有行车设施及障碍物进行调查，对有影响的设备提前联系相关单位进行改移或采取有效的防护措施，确保走行路径畅通和设备安全；安排专业技术人员及监理驻场，检查新梁质量，复核梁长、支座位置和支座类型，确定吊点。向相关部门报送梁片和支座出厂合格证明。

（2）大封锁点前施工准备。大封锁施工前，利用2个Ⅲ级点完成桃峪口大桥、蔡家坟中桥换梁处所的高温放散、护轮轨拆除；桃峪口大桥第10孔、蔡家坟中桥第1孔桥位处步行板更换，部分T梁横隔板及横向张拉拆除；旧梁试顶，线路备砟等准备工作。大封锁施工后，继续安排线路队、桥梁队提前做好上述准备工作。

（3）完成架桥机演练。在北宅站完成吊车吊梁、运梁车运梁、喂梁，架桥机移梁等负载演练；完成架桥机、运梁车运行演练；点前进行架桥机过孔演练、龙门架运转演练，8月1日、2日，第1台DJK160架桥机在兴寿站3道—桃峪口大桥换梁孔位，开始模拟演练；第2台TJ165B架桥机在平义分站1道—蔡家坟中桥换梁孔位，开始模拟演练。

5 做好施工控制，确保安全质量

换梁施工基本作业程序如下。

第1步：人工整体拆除，移出桥上线路，割除人行道角钢支架；支撑旧梁、割除剩余横隔板、清理道砟、拆除梁下通道；架桥机、运梁车自出发站行至施工现场，架桥机完成升高位。

第2步：架桥机过孔，0#柱支垫完成，列车推送龙门架到位并支立；千斤顶顶第1片旧梁、切割旧支座螺栓。

第3步：吊除第1片旧梁，并移至运梁车；千斤顶顶第2片旧梁，切割旧支座螺栓。

第4步：吊除第2片旧梁，并移至运梁车；1#运梁车运送第1片旧梁至龙门架处，起吊梁片上列车加固，运梁车运行回施工现场。

第5步：第2片旧梁运至龙门架处并起吊梁片，第2片旧梁上列车加固；检查确认后，列车运送2片旧梁返回车站，并用吊车进行卸梁作业；同步凿除支座垫石、铺干硬性砂浆、铺设钢板。

第6步：列车运送2片新梁返回龙门架处，倒装第1片新梁至运梁车，运梁车运送第1片新梁至架桥机处喂梁。

第7步：架桥机架设第1片新梁，倒装第2片新梁至运梁车；运梁车运送第2片新梁至架桥机处喂梁。

第8步：架桥机架设第2片新梁，新梁列车返回车站，旧梁列车空平板运行至龙门架处列车；支撑第1片新梁、焊接钢板与支座底板，灌注钢板螺栓孔砂浆。

第9步：架桥机收0#腿，退出作业面；安装新梁两侧临时栏杆、焊接两端及跨中横隔板、安装纵横向钢盖板，第2片新梁焊接钢板与支座底板，灌注钢板螺栓孔砂浆；焊接剩余横隔板钢板及钢筋、穿横向钢绞线及锚具。

第10步：纵移轨排并连接，上砟整道，恢复线路；架桥机、运梁车、龙门架共同行至下座桥梁进行换梁。

如此循环，完成7座桥12孔病害梁更换。架桥机转场后，人工连接横隔板钢板和钢筋，恢复桥面系，进行横隔板混凝土浇筑和预应力横向张拉、压浆作业；达到设计强度后，恢复常速。在施工中，除按上述基本作业程序实施外，还应对以下方面进行重点控制。

5.1 架桥机水平控制

DJK160架桥机在曲线地段换梁时，为保证其在换梁状态下保持水平，需要对既有曲线2股钢轨调平，采用轨距拉杆控制轨距，起落道方式调整超高。换梁前，每3 m安装1根轨距杆。在桃峪口大桥K26+950—K26+999下股起道30 mm，抽出钢轨上股胶垫，下股增加2块10 mm胶垫，将超高调整在10 mm以内，换梁作业完成后，恢复线路至既有超高。在更换桃峪口大桥与沙峪口大桥T梁时，对沙峪口K33+500—K33+550、平义分大桥K34+560—K34+610上股落道100 mm后起道捣固与下股齐平，换梁作业完成后上股起道至既有超高。TJ165B架桥机自带超高调整装置，在牤牛河中桥与红螺镇大桥曲线换梁时，无需调整既有曲线状态。

5.2 架梁控制

第1片梁落至最低位置进行纵向对位，横移就位，安装调整好支座位置，使梁端及梁间缝隙符合规定，梁梗垂直；第1片梁到位后，采用φ120 mm圆木支撑梁体，梁端每侧支撑1根；第2片梁就位后，2片梁端部应平齐，端部错位≤10 mm，相对高差≤20 mm。梁体横向偏差±15 mm、纵向偏差±20 mm。梁体稳固，梁缝均匀，保持横向预应力预留孔道对齐。

5.3 人工移梁控制

因沙峪口中桥、红螺镇大桥均位于600 m曲线，桃峪口大桥位于1 000 m小曲线，且线路中线存在偏移，曲线外侧旧梁的拆除与曲线外侧新梁架设，行车横移无法使梁体到位，故需进行人工移梁：

（1）新旧梁施工顺序。吊除旧梁时，先拆除曲线内侧旧梁，再人工移梁拆除曲线外侧旧梁；架设新梁时，先人工移梁架设曲线外侧新梁，再架设曲线内侧新梁。

（2）人工移梁滑移装置布置。首先在人工移梁侧墩台位置放置钢垫墩，钢垫墩与梁底之间放置43 kg/m、2.5 m钢轨滑轨1根。滑轨下端焊接宽200 mm、厚10 mm钢板，增加滑轨与钢垫墩接触面积，防止滑轨倾覆，滑轨与钢垫墩之间用薄硬杂木板找平。滑轨上放置滑梁小船，滑梁小船用10 cm宽槽钢焊制，焊上支撑挡板，槽内用聚四氟乙烯板填平塞紧，涂黄油，钢板与梁体间放石棉板，起防滑与保护梁体作用，外侧固定φ120 mm圆木支撑，防止梁体倾覆。船长1.1 m，整个滑行系统略高于支座10～20 mm。人工移梁滑移装置布置示意见图2。

图2 人工移梁滑移装置布置示意图

（3）拆除曲线外侧旧梁。旧梁两端各用2台100 t千斤顶将梁体微微顶起，千斤顶与梁底之间利用150 mm×150 mm×20 mm垫板增加受力面积。前、后行车走行到位后，前行车挂好吊梁钢丝绳并起吊梁体前端，用2台千斤顶顶起梁体后端，两端同步作业，保持梁体水平，以梁底高于滑行轨道1～2 cm为宜。滑行轨道安装到位后，千斤顶与前行车同步落位，将梁后端落至滑行轨道。缓缓拉动倒链，前行车同步横移，使梁体向墩中心横移约30 cm。梁体到位后，拆除移梁钢丝绳，后行车挂钢丝绳，前、后行车同时起吊梁片。

（4）架设曲线外侧新梁。滑移轨道安装到位，前后行车同步落梁，将梁后端落至滑轨，防倾覆措施安装到位后，摘除后端吊梁钢丝绳。后端缓缓拉动倒链，同时前行车横移，使梁体向曲线外侧移动，两者保持速度一致。梁体横移到位后，用2台千斤顶顶起梁体后端，以梁底距滑移轨道1～2 cm为宜。撤出滑移轨道，安装支座。稳梁，打支撑，完成架梁作业。

5.4 支座控制

拆除旧梁前对垫石四周进行凿毛，拆除旧梁后对垫石表面进行凿毛，深度为表1中垫石加高（凿除）高度加+30 mm，然后铺设锚固灌浆料找平。每个新支座下方与砂浆间铺设1块30 mm厚钢板，钢板尺寸长1 320 mm，宽565 mm（活动支座）或575 mm（固定支座）。钢板横桥向比新支座长223 mm，纵桥向比新支座长100 mm。钢板上钻φ31 mm孔，孔位与支座螺栓孔中心位置相同。新梁就位前放置新螺栓和大钢板，待纵横向位置确定后将支座下板与大钢板焊接，浇筑锚固灌浆料锚固钢板4根螺栓。

5.5 架桥机过孔控制

按照设计要求，梁体横向连接必须保证梁端及中间处钢板及钢筋焊接牢固，穿横向预应力钢绞线及锚具，进行初张拉。支座底面和垫石面密贴，上下座板间无缝隙，整孔梁无三条腿现象。支座落位前，应安装好全部地脚螺栓，螺栓应拧紧无缝隙。线路轨枕盒及枕木头部道砟不少于1/3，枕底道砟串实，轨枕数量、扣件标准符合相关规定，静态几何尺寸偏差不超过常用保养标准。

5.6 换装龙门架控制

换装龙门架支立于靠近换梁桥台附近的直线段位置（见表2），满足架梁作业及存放车辆的需要，左右支柱与线路中心保持一致。在线路两侧铺设长5.0 m石砟，起到找平作用；石砟标高与既有轨枕标高一致，2个支柱支撑面保持同一高程。为保证龙门架石砟基础稳定，用装石砟的编织袋围筑石砟基础，将石砟捣固密实，并做地基承载力试验。石砟上铺厚20 mm、宽1.25 m、长3.60 m钢板，并铺设1层（220 mm×160 mm×1 250 mm）木枕作为支腿基础。

表2 换装龙门架支立位置

5.7 恢复线路控制

（1）小机捣固开通线路。新梁架设完成后，线路、钢结构、圬工队伍继续作业。桥梁施工达到架桥机过孔条件。线路施工利用拆除的轨排重新恢复轨道，轨排下穿纵向滑轨，轨排滑移至连接位置，安装接头夹板，连通线路，进行拨道、起道作业，按照轨面设计标高起道，上道砟捣固线路。上砟采用自制运砟车（容积为1.8 m×1.1 m×1.5 m，装砟3 m³，共8个）上砟，采用液压捣固机和软轴捣固机进行捣固，达到放行列车条件后开通线路，限速运行。

（2）横隔板施工。每孔2片新梁就位后，将梁端2处、跨中1处横隔板及连接钢板焊接，达到架桥机过孔条件。架桥机过孔后将剩余中间横隔板及连接钢筋焊接（32 m梁横隔板共7处连接、24 m梁横隔板共5处连接），并将横隔板钢绞线穿入，横向两端上紧锚具。完成横向连接钢筋绑扎、模板加固、混凝土浇筑，达到设计强度后进行张拉压浆。平义分大桥第8孔为最后更换的T梁，2020年8月7日23：00换梁完毕，8月8日0：00开始施工，8月15日24：00前完成张拉压浆工作，具备阶梯提速条件。

（3）大机捣固提速。使用老K车进行补砟作业，对缺砟地段进行补砟，利用大机进行提速捣固作业，满足提速至100 km/h条件。2020年8月16日正点开通线路并按照规定进行阶梯提速。

6 结束语

京通铁路电气化改造换梁工程从设计到实施，经过一系列关键环节控制与优化，按照规定时间节点完成了换梁施工，满足了2020年9月30日竣工要求，具备开通市郊列车条件。其中，在满足工务需求情况下进行的设计优化，减少了换梁数量、节约了资金，为顺利完成换梁施工创造了先决条件；在既有铁路电气化改造中，大封锁施工方案具有解决施工与运输矛盾的优势，也有值得借鉴的意义。