既有线机务折返段新建整备棚方案优化探讨

2022-06-23殷雪坤

铁路技术创新 2022年2期

殷雪坤

（中铁十七局集团有限公司京通铁路电化改造指挥部，河北承德 068250）

1 工程概况

既有线机务折返段新建整备棚根据实际条件编制合理施工方案，会同铁路机务、工务、电务、供电、通信等相关配合单位审核，保证施工期间既有设备安全及施工作业正常实施。整备棚的建设可为新建工程及改造工程电气化铁路运营维修等提供服务和保障［1-4］。

京通铁路电气化改造项目2标机务整备棚位于河北省承德市隆化县隆化站机务折返段，中心里程K243+150。整备棚建筑面积648 m2，方案由原设计的预制混凝土立柱配套彩钢板屋面调整为门式钢架结构，原因是：一方面，因隆化站常年风力在5级左右，尤其春冬季，风力可达8～10级，本次改造机务折返段在整备棚前后均有接触网工程，彩钢板抗风压及安全风险较高，可能造成安全隐患及较大的行车影响；另一方面，杯形基础开挖影响范围大、预制混凝土立柱施工周期长及线间距较小等技术原因，根据现场调查隆化站机务折返段整备棚⑦轴交B轴处柱边与既有灯塔外露基础距离为2 m，基坑开挖施工不便且会对机1、机2、机4、机5线的正常作业及灯塔正常使用产生影响。为方便施工且减少对线路正常作业的影响，确保避开既有灯塔基础，综合考虑，经相关单位确认、审批后对方案进行了调整。

整备棚主体施工工艺主要包括：现场调查，测量放样，独立基础土方开挖，钢筋混凝土现浇基础及短柱施工（含预埋柱脚螺栓、基础接地），基础土方回填，基础养护，钢立柱吊装，钢梁吊装，屋面系杆、柱间支撑及屋面板安装，电气设备安装，屋面防水及附属施工，梯笼、雨水立管等附属施工，地面施工等。

2 新建整备棚重点分部工程质量管理

新建整备棚主要分为既有线缆迁改、基础及预埋螺栓、钢结构主体吊装、屋面板安装及屋面保温、防水及附属构件、照明安装工程等阶段。各阶段均需在严格把控营业线施工人员和车辆安全的前提下组织施工［5-8］。

基坑施工工序为：测量、定位放线→砌筑维护定位砖→基坑开挖→局部基坑支护（回填层及破碎层位置）→基坑护壁混凝土浇筑（回填层及破碎层位置）→修整基坑→基坑清理→基槽验收→垫层混凝土→基础钢筋绑扎→钢筋隐检→混凝土浇筑→混凝土养护。

2.1 基坑开挖回填质量控制

基坑开挖质量控制要点如下：

（1）由于既有线施工的特殊性和地下工程的隐蔽性，为了确保线缆、设备及行车安全，开挖前必须对开挖范围进行探挖，基础开挖采用隔一挖一、先支护再开挖的流程。采用全基础人工开挖，严禁采用机械开挖。

（2）既有股道之间为混凝土硬化面，为落实安全文明施工，根据施工方案进行测量放样，一方面与既有灯塔保持设计基础开挖的安全距离，另一方面通过合理调整使得基坑避让既有雨（污）水井。根据基础放样和现场调查，采用无齿砂轮锯切割既有混凝土面，切割深度控制在100 mm以内，按照基础开挖尺寸切割，确保基础上口方正、不伤及既有线缆，人工凿除基础范围内混凝土，开挖前邀请相关管理单位现场配合、盯控。开挖标高根据设计图纸和既有轨面标高控制，因轨面存在坡度，需保证基础埋深和预埋螺杆的标高，确保钢立柱组立完成后在同一标高；后期因轨面坡度导致的接口高差不一致，可在保证地面厚度的同时与轨面坡比一致来调整。

（3）为保证后期回填时有土可用，通过计算开挖土方量与基础、短柱所占体积，同时结合回填密实度要求，装袋预留回填土方量，装袋倒运多余土方，确保不污染道床及影响行车。

（4）开挖后的钎探及勘察、设计、监理、建设等单位的共同确认验收也是隐蔽验收的重要内容，同时也是基础工程质量控制的重点。验收完成后垫层施工前需做好接地极安装，该工程接地极采用2.5 m的50角钢，为了安全接地极不能直接打入土内，需利用洛阳铲开挖，放置角钢后回填密实，确保电阻满足设计要求，同时可利用扁铁将接地极与竖向纵筋、基础网片钢筋焊接成整体。

基础施工完成后，对称分层回填夯实，短柱周围回填并对柱角做好成品保护。

2.2 混凝土基础施工质量控制

2.2.1 钢筋质量控制要点

钢筋混凝土独立基础较原设计的杯形基础施工难度小，但钢筋保护层厚度控制是混凝土工程的重点。基础钢筋绑扎要求严格按照短柱竖向钢筋弯折后放在基础钢筋网片上部操作，不得颠倒。同时为了确保短柱混凝土质量，短柱混凝土与基础混凝土一次性浇筑完成，短柱模板加固需保证柱子截面尺寸和保护层，短柱竖向钢筋预留长度需保持同一高度，预埋螺栓需与短柱钢筋可靠连接固定，不得偏移。焊接连接时不得伤及短柱受力钢筋。

2.2.2 混凝土质量控制要点

利用拌合站混凝土浇筑，不得现场拌制。混凝土宜通过柱中心浇筑，初凝前浇筑至短柱与基础交接处，振捣密实。柱混凝土浇筑不得太快，确保混凝土振捣不外流至基础。混凝土浇筑采用人工倒运，同时为确保行车和人身安全，增设现场安全防护员。

基础浇筑完成后，冬季需采用棉毡、回填土等措施保温，夏季需采用塑料薄膜覆盖保湿养护，确保基础混凝土强度要求。

2.3 钢结构主体施工安全质量管理

2.3.1 钢结构吊装技术准备

（1）钢结构制作加工均在工厂实施，钢结构进场后需对原材及焊接加工质量进行报验，进场前的吊装、倒运可能对钢结构喷涂层产生影响或损坏，进场后的拼装、吊装、倒运可能造成构件局部损坏，局部损坏部分必须制定专项方案落实修补。焊缝高度、镀锌层及防护层厚度、高强螺栓扭矩、构件板材厚度、预留螺栓孔位置等均是验收重点。

（2）通过与管理单位协商和机务折返段日常生产作业特点，机务折返段的钢结构吊装作业按照段批计划实施，克服了按照营业线天窗点施工时间短、工作内容不衔接造成的安全质量风险［9-10］。同时因机务折返段现场条件限制，常规汽车吊无法实施钢结构吊装作业，必须利用轨道吊进行。根据既有机务段进出库线及检修线条件，轨道车吊装利用中间检修线，确保正常机车进出和燃油加注。

（3）本次新建整备棚钢结构吊装涉及机2、机3、机4线，纵向跨度36 m，横向跨度18 m，剩余机1、机5线为进出库线。机2—机4线均有检修坑。本次吊装主要内容为14根异形钢立柱、7榀钢梁（由3部分拼装而成）、648 m2屋面板和屋面系杆的吊装，钢结构系杆连接作业见图1。

图1 钢结构系杆连接作业

2.3.2 钢结构吊装安全控制要点

（1）吊装方案实施前利用BIM建模进行仿真，组织研究讨论吊装顺序和安全保障措施，吊装流程如下：进场材料报验完成后进行钢梁拼装，然后依次完成轴线1—轴线7钢立柱吊装；期间完成相邻两轴线钢立柱吊装后连接钢立柱柱间系杆及柱间支撑；钢立柱吊装完成后倒序吊装1轴—7轴梁体，就位后利用预留螺栓固定，依次完成钢梁吊装。钢梁吊装完成后焊接屋面跨中系杆，由边跨对称安装固定屋面板，逐跨完成。

（2）轨道吊型号根据钢立柱、钢梁、屋面板单个构件总质量和构件高度、跨度、质量确定。单块屋面板最大规格为6 020mm×1500mm×100mm，质量857kg；单根异形钢立柱规格为（300～750） mm×320 mm×8 mm，质量1 014 kg；单榀横梁由2根异形对称钢梁和中间部分异形钢梁通过螺栓连接而成，质量2 042 kg，最终选择16 t轨道吊组织实施。钢柱高度8.5 m，钢梁跨度18 m。钢梁吊装见图2。

图2 钢梁吊装

（3）钢立柱为上大下小的异形柱，由2根预埋螺栓固定，吊装后的临时固定尤为重要。钢梁吊装前拼装是钢梁施工的重要步骤，减少在高空拼装的安全风险。钢立柱由1点起吊法吊装，钢梁由2点起吊法吊装，均需试吊。

2.4 机务段安全管理

2.4.1 动火管理

（1）机务段内动火作业属安全风险大、危害高的施工作业。因此在焊接作业前必须按照规定要求办理相应的动火审批，确保获得动火证后再进行焊接作业，焊接包括基础接地焊接、预埋螺栓固定焊接及屋面系杆与钢梁、钢柱焊接等，新建整备棚下方燃油发放柱应在进行动火作业前迁改完成。

（2）施工人员进入机务段后严禁吸烟，进行焊接作业时整备棚检修坑范围内严禁停放机车。机车停放由设备管理单位组织，焊接作业提前1 d报备管理单位。

2.4.2 用电管理

（1）金属焊接作业人员必须经专业安全技术培训，考试合格持《特种作业操作证》方准上岗独立操作；非电焊工严禁进行电焊作业。

（2）操作时应穿电焊工作服、绝缘鞋和戴电焊手套、防护面罩等安全防护用品，高处作业时系安全带。

（3）电焊作业现场10 m范围内不得堆放易燃易爆物品。

（4）雨、雪、风力6级（含6级）以上天气不得露天作业；雨、雪后应清除积水、积雪后方可作业。

（5）操作前应首先检查焊机和工具，如焊钳和焊接电缆绝缘、焊机外壳保护接地和焊机各接线点等，确认安全合格方可作业。

2.4.3 轨道车管理

（1）行车运输要确保联系畅通，对所有施工人员进行技术交底，组织学习安全技术措施及施工方案，使每位施工人员明确施工任务和要求，明确安全注意事项和职责分工，做到人人有责，物有其主。

（2）严肃施工纪律，杜绝违章指挥及违章操作，保证施工现场安全防护设施齐全，并确保其性能良好，通过科学的管理、先进的技术、可靠的防护设施保证生产安全。

2.5 屋面板安装质量控制

2.5.1 屋面板安装技术准备

与原彩钢屋面板相比，新型屋面板的抗风压、耐火、刚度、强度、整体性等性能均比彩钢屋面板可靠，虽均为工厂生产、现场安装实施，新型屋面板与钢结构的连接更加可靠、安全。屋面板的规格根据跨度及天沟檐口等细节要求，细化为9种规格。除按常规材料进场现场报验外，还需驻场把控、验收，从源头确保整备棚质量。

2.5.2 焊接控制要点

焊接作业必须由有焊工证的电焊工实施，焊条及焊机电压等的调控直接影响焊接质量。

2.5.3 屋面防水控制

工艺流程：天沟内找坡—基层处理（喷冷底子油）—附加层铺贴—细部节点处理（含落水口、阴阳角）—大面铺贴—细部收口—隐蔽验收（含蓄水试验）—保护层施工。

卷材防水层所用卷材及其配套材料必须符合设计要求：检查出厂合格证、质量检验报告和现场抽样复验报告；卷材防水层不得有渗漏或积水现象，需进行雨后或淋水、蓄水检验；卷材防水层在天沟、落水口、泛水和伸出屋面管道的防水构造必须符合设计要求。

防水层动工前应安排专人了解天气情况，掌握天气变化，安排好作业时间。

2.6 电气安装及附属构件质量控制

屋面板安装前必须确认好灯具安装位置及高度，严禁在屋面板上随意开洞。配电箱及灯具安装除满足室外电气照明等要求外，还需考虑后期维修运营等更换需要。

灯具采用可升降型方案，更加有利于机务作业需求，配电箱防水及可靠固定、整备棚内电气化同样需专业间配合和方案优化。

所有构件、设备均需有效接地，确保不因接触网后开通送电影响整备棚的正常检修需求。

3 工程成本分析

根据与承德工务段、怀柔北车辆段、怀柔北机务段等相关设备管理单位沟通，统计机务折返段每天作业的主要时间段和作业股道，申请段批计划并获批准，段批计划施工时间更加灵活，功效较营业线天窗更高，同时采用相关现场管理人员与作业人员“同吃同住，同去同回”的管理模式。以施工类别由营业线天窗优化为段批计划临近营业线B类施工，分析该工程方案优化的经济效益。

基坑开挖土（石）费用：10d×12人×220元/（人·d）=26 400元（每天作业时间8 h）。

基坑回填土（石）费用：2 d×8×220元/（人·d）=3 520元（每天作业时间8 h）。

考虑京通线天窗点内实施和工人施工效率降低等因素，仅基础施工所需天窗数为：（10×8×1.1+2×8×1.1）/2=52.8 d（非集中修京通线河北段天窗点时间2 h），远大于要求工期；工期成本将损失较大，无法满足实际需要。

根据实际吊装作业钢立柱完成情况：钢立柱、钢梁、屋面板吊装完成时间分别为2、1、1 d（每天作业时间8 h）。轨道车当日运用成本按照每个天窗20 000元，不考虑燃油费用。按照常规方案，整备棚钢结构吊装所需天窗数为1.1×4×8/2=17.6个，轨道车运用成本为17.6×20 000=352 000元；实际利用4个天窗，轨道车运用成本为4×20 000=80 000元，除正常作业燃油费外，节约成本352 000-80 000=272 000元。因此，机务折返段整备棚可根据调车作业及管理单位意见，调整施工作业类别，可大大节约工期和成本。