Research on a New Beam-Replacing Techniques for Existing Railway Bridges
张戈 ZHANG Ge
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Beijing 102600，China）
摘要：针对不同的桥梁结构形式及换架环境，提出了一种利用“架桥机”进行桥梁换架施工作业的新方法，并设计出换架施工的配套设备。方案采用铁路架桥机的“逆过程”进行换架，对“T”型梁片进行分片吊离，采用倒装龙门吊和运梁平车配合“T”梁的运输。换梁设备能更换32米及以下跨度预应力钢筋混凝土“T”形梁片，同时随铺轨排，换架一孔32米梁周期不大于2小时，同时解决了跨河桥梁换架的难题。通过对此项技术的研究，不但有利于推动我国对既有铁路桥改造过程中的技术攻关，也为我国高架桥梁换架做了技术储备，具有较高的实用价值。
Abstract: For different forms of bridges and conditions, a new beam-replacing method of using the "bridge erecting machine" is put forward in the paper, with construction equipment. The draft replaces the bridge by using the reverse process of the bridge erecting machine, hanging the "T" beams respectively, using the reverse gantry crane and transportation truck for the transport of the T-girder bridge. The equipment of beam-replacing can replace concrete T-girder bridge about 32 meters and the following, while laying the track panel, not more than two hours for a 32 meters beam, addressing the problems of beam-replacing under the river-crossing condition. It is of much practical to study the technical scheme, not only may help tackle the key technical difficulties in the process of transforming the existing railways in our country, but also provide technical reserves for replacing the beam of the railway bridge with tall piers.
关键词：桥梁；既有线；换架；架桥机
Key words: bridge；existing railway；beam-replacing；existing railway
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0135-03
0 引言
桥梁作为铁路线路中重要的基础设施，其良好的工作状态是保证铁路安全运营的最基本条件。随着对铁路提速以及开行重载列车的需求，使得对既有线桥梁的换架是不可避免。由于我国高速铁路的快速建设，“以桥代路”的修建模式更是使桥梁所占比例越来越高。因此，对于桥梁的换架研究也必须不断深入。王宇，王海林等[1]提出了采用大吨位龙门吊将作业孔内的两片旧梁及轨道材料一次性吊离的施工方案，并成功的应用于京广铁路石家庄市南154#桥的换架梁施工。李彦军，高印强等[2]提出了采用大吨位、自走形高架台车结合龙门吊对既有线桥梁进行整孔换架的施工方法。张波[3]针对既有线小跨度桥梁提出了采用汽吊法进行换梁，并成功应用于京包线美岱召-萨拉齐区间的旧梁换架。张耀辉，陈士通等[4]针对铁路高墩桥梁的换架施工难题，提出了采用桥上运换架一体机进行桥梁换架施工作业的新方法，推动了我国对跨河桥梁和高架桥换架施工技术的攻关。因此，对于铁路桥梁换架技术的升级是保证铁路正常运营的必要条件。
该技术主要研究了一套能适应各种线路条件的安全、可靠、经济的既有线铁路桥的换架方法，利用“窗口时间”更换“T”梁的新技术，并研究设计出换梁施工的配套设备。
1 换架梁机结构设计
在铁路既有线上特别是在繁忙干线上更换梁体结构是一项技术难度大、风险性高的特殊工程，具有急、难、险、重的特点[4]。因此，换架梁成套设备设计需要严格的计算和对各方面环境的综合考虑，研究设计了一套科学完整的设备方案。一套完整的换架梁装备主要由换架梁机（1套）、铁路专用运梁小车（4辆）、快速拆装倒装龙门（2套）和铁路专用运梁车（若干）组成。换架桥机是换架梁的核心装备，主要用于桥位拆除旧梁和架设新梁。近端专用独立运梁小车（2辆为1套）用于给换架桥机喂新梁，远端专用独立运梁小车（2辆为1套）从换架桥机出旧梁。近端快速拆装倒装龙门用于从铁路专用运梁车上卸新梁，给近端专用独立运梁小车装车；远端快速拆装倒装龙门用于从远端专用独立运梁小车为旧梁卸车，给铁路专用运梁车装车。换架梁成套设备概念如图1所示。
1.1 换架梁机总体设计原则
①换架梁机应适应既有铁路“T”形梁片线路断面情况，以不侵入铁路建筑限界、不影响铁路接触网和旁侧线路列车运行为原则对换架梁机外形尺寸进行设计。
②换架梁机应满足单片“T”形梁片+道碴的起重要求，并能进行整体横移以达到精确落梁的要求。
③换架梁机总体高度应为可调节的，以适应运输转场的需要。
④换架梁机的设计部分包括：主机、运梁平车、龙门吊。这种组合配置能使整个架梁铺轨作业工序完善、先进，并能连续作业。
⑤换架梁机的研究设备是要适应各种工作环境的要求，对跨线、跨河等桥梁要考虑设计要求，混凝土梁提结构要充分考虑相关要求因素。
1.2 换架梁机选型
目前，铁路“T”梁架桥机有单臂和双臂两种型式，都各有长处和优点，都为铁路建设做出了巨大的贡献。但实践证明，DJK型单臂架桥机更具有较多的优良特性，被用户所接受，故选用单臂型式DJK型架桥机，定名DJK160型。
1.3 换架梁机主要技术参数
①额定起重量：160t；
②适宜跨度：32m及以下；
③架设梁片适宜纵坡：±2%；
④架设梁片最大外形尺寸（宽×高）：2.4m×3m；
⑤架设曲线桥最小半径：600m；
⑥落梁方式：机械全断面一次到位；
⑦喂梁方式：专用独立运梁小车喂梁。
换架桥机的主机结构组成包括：吊梁行车、机臂、0号柱、1号柱、2号柱、3号柱、吊轨小车、电气系统、液压系统、动力系统等组成。吊梁行车在走形系统驱动下于主梁上前后运行，吊梁行车纵移为双轨式，轨道设置于主梁腹板正上方。考虑到限界和运输问题，主梁采用箱型单梁结构，拼接板栓接，便于梁机的拆装和运输。0号柱为主梁的前支承点，设有固定节、折叠节和调整节，以满足桥梁纵坡、变跨作业和最后一孔梁架设的需要。1号柱是该机的最重要承力结构。由柱根、柱身、柱顶组成，龙门结构型式置于五轴转向架的中心处。2号柱由柱根、柱身、横梁等组成，并在横梁上设有摆臂小车和竖向拉臂机构，可实现机臂摆头和翘头功能。3号柱为板梁式桁架结构，安装在机臂后端下方，通过锁紧机构与主梁的前横连接，并设置成一定的上翘，柱身为两根可伸缩立柱，使下导梁天车运行平稳。吊梁小车采用悬挂式安装在机臂的上耳梁上面，前后共两台，前为主动，由牵引机构的钢丝绳牵引，后为被动。吊梁小车带有横向移动机构，其横移量为1200mm，可实现空中横移梁。
2 换架梁机换架关键技术
2.1 换架施工方案
总体方案：换架梁以换梁为主，兼顾架新梁，考虑单双线换架梁。换架梁工艺分为新旧梁体系转换，桥机架设，拆除轨排，清渣，移走旧梁，换置新梁。换梁前若干天，架设，拆除轨排，清渣，移走旧梁，换置新梁。换梁前若干天，在“天窗时间”内完成换梁前的准备工作，为随后的换梁工作做好准备。换梁前的准备工作包括：拆除梁上步行道、墩顶防震落梁支架，清理道碴，杂物清理，支座定位，试顶梁，锯轨排。换梁当天，“天窗时间”开始后，换架梁成套设备按顺序进场，至换梁位置后将各设备卸至相应位置并固定。设备固定完毕后开始拆卸轨排，拆除梁片两端支座，切割梁片横向连接钢板。旧梁运出：吊起其中一片“T”梁，主机横移至线路中心位置后，向旧梁运出方向送出，落至专用独立运梁小车上。专用独立运梁小车走行至倒装龙门处，将旧梁梁片倒装到运梁专用车上运出场外。第二片旧梁片运出同理。新梁架设：运梁专用车从新梁喂入方向将新梁片运至倒装龙门处，将新梁倒装至专用独立运梁小车上。专用独立运梁小车行至换架梁机下喂梁，由换架梁机起吊前移，至指定位置后横移、落梁。第二片新梁片的架设同理。新梁片架设完毕后，埋设支座、焊接梁片横向连接钢板、铺碴同时进行，随后铺设轨排并整理道床。换架梁设备出场：按与进场时相反的顺序将成套换架梁设备运出场外。其方案流程图如图2所示。
2.2 “天窗”时间内换架施工程序
由于换架后架设新桥过程和以往架桥流程一致，故在此只介绍吊离旧梁的过程。
①起吊前工况，架桥机从桥的一侧驶入现场，见图3所示。
②换架梁机行入待换架的旧梁位置，1号柱和2号柱支撑，0号柱逐渐伸直，见图4所示。
③0号柱和2号柱支撑，1号柱前移，前移到指定位置后，0号柱旋转到指定位置，见图5所示。
④1号柱和2号柱支撑，准备拆除内侧旧梁，见图6所示。
⑤吊起旧梁，由运梁平车运离开现场，见图7所示。
2.3 技术特点
2.3.1 适用范围
能够架设直线、曲线半径小于2500m，并更换32m及以下跨度预应力混凝土“T”形梁片，同时随铺轨排。
2.3.2 技术特点
①简支模式架设。前后支腿两支点支撑，形成架梁状态为一跨简支状态，受力简单。
②简支过孔。天车、下导梁天车及辅支腿相互配合，使换架梁机过孔状态为一跨简支状态，整机纵向
稳定性较好，安全性高。
③梁体吊装稳定性好。两台天车相互配合，携梁三维运动，满足梁体同步吊运、横向微动调整，吊装梁体采用“四点起吊、三点平衡”，使梁体受力状态较好。
④整体高度低。卷扬机后置和天车分离，有效降低整机高度，通过高空限界能力强。
⑤方便架设首、末跨梁体。采用高置下导梁，方便的解决了桥线中首跨、最后两跨梁体的架设。
⑥作业效率高。架梁、运梁工序分离，提高施工作业效率。
⑦安全可靠。起吊装置中配置了监控报警、紧急制动装置。
⑧变跨调整方便。辅支腿、前支腿等互相配合，能满足架桥机变跨调整的需要。
⑨操作方便。设置专用驾驶室和无线遥控两套操作装置，尤其是遥控装置，能够紧靠作业现场，视线良好，操作简捷，安全可靠；配备梁体横向微调功能，对位方便，落梁准确。
3 结束语
该项目完成后，提高了铁路桥梁更换技术的适用范围，可以解决更多既有铁路桥梁服役时间过长，提速限制较大的问题。研究设计出的换梁设备除了可用于各种线路条件的既有运营铁路桥梁更换项目，还可单独用于新建铁路“T”梁梁片的架设施工，使用性好，并且可以应用于大部分的复杂环境，提高了设备的利用率、经济效益、适用性能。该项目将为企业逐渐带来显著的经济效益，使得既有铁路桥梁“T”梁更换技术的适用性有了明显的提高，且在“窗口时间”内施工对线路运营影响较小；对保证换梁施工质量、提高设备利用率、提高施工效率具有重要意义，社会效益显著。
参考文献：
[1]王宇，王海林，彭兴山.既有铁路桥梁的整孔吊装技术研究[J].石家庄铁道学院学报，2003，03：79-81，86.
[2]李彦军，高印强，王刘进.高架台车在既有线换架梁中的应用研究[J].国防交通工程与技术，2009，01：60-62.
[3]张波.铁路既有线小跨度梁换梁施工方法[J].内蒙古科技与经济，2014，06：82-83.
[4]张耀辉，陈士通，徐光兴，刘永前.铁路高墩换架梁技术方案研究[J].国防交通工程与技术，2014，05：29-32. |
