铁路制存梁场大临工程设计问题研究

马绍辰

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京　102600)

铁路制存梁场大临工程设计问题研究

马绍辰

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)

摘要：铁路制存梁场大临工程设计是铁路施工组织设计的重中之重。由于设计经常存在梁场设计深度不够、设计规模和大临工程费用不足等问题，通过对相关设计暂规及文件的重点解读，结合多个项目的设计实践，深入分析存在问题的产生原因，进一步明确各设计阶段设计内容和设计深度。以梁场设计规模确定为重点，将实际铺架工程的施组转换为数学模型分析的方法，通过对不同制存梁台位规模的分析比选，得出更为合理的梁场规模，同时对于T梁制存梁台座基础设计，在满足原相关规定的基础上提出更为具体的指导设计意见，以便指导设计人员更好地完成铁路制存梁场大临工程设计工作。

关键词：铁路；制梁场；大临工程；设计

随着铁路的快速发展，近几年来铁路大临工程设计在铁路建设中越来越受到关注，制存梁场作为重点大型临时设施，无论从投资还是从工期角度均对铁路工程项目影响巨大，是铁路施工组织设计的重中之重。然而在大临工程设计中经常存在设计深度不够、设计规模和大临工程费用不足的问题，目前的现状大多是设计人员根据多年的设计和施工经验，人为地根据项目情况确定梁场的规模，因为考虑到因素相对单一，容易造成资源的浪费或者因规模不足造成工期延长[1]。如何指导设计人员更有针对性地完成设计任务，如何更为合理地确定预制梁场的规模，是设计院亟需解决的问题，通过对铁路制存梁场设计施工存在的问题进行相关分析，提出铁路制存梁场大临工程设计的具体的指导建议。

1目前铁路制存梁场设计存在的问题

1.1目前大临工程设计主要依据[2-4]

(1)铁建设[2006]113号文《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》(以下简称“113号文”)。

(2)铁建设[2007]152号文《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》(以下简称“152号文”)。

(3)铁建设[2008]189号文《铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定》(以下简称“189号文”)。

(4)铁建设[2009]89号文《关于加强铁路大型临时工程设计和审查工作的通知》(以下简称“89号文”)。

1.2主要问题

各文件对于大临工程设计提出了不同的要求，“113号文”对于大临工程的界定和具体设计范围作了明确规定，“152号文”对于铁路工程设计各阶段大临工程应该设计到什么深度、文件及出图范围作了明确规定，“189号文”则对制存梁场、铺轨基地、轨道板厂等重点大临工程设计提出了相对具体的要求。“89号文”则对加强重点大临工程设计和审查提出了更高要求，因此大临工程设计必须依照这几个规范性文件来执行。然而在设计院具体设计过程中仍可发现上述文件依然存在很多需要明确和细化的问题，近年来梁场大临设计遇到的主要问题如下。

(1)在设计深度方面，按“89号文”相关条文，重点大临工程是在初设批复后才进行钻探和深化设计，施工图阶段一旦发现地质条件不好，大临费用较初设批复增加较多，如果项目整体投资偏紧，在实际操作过程中，大临工程费用也是很难进行追加的。同时“89号文”未对大临工程设计图纸明确要求，因此各设计院大临工程设计图纸不统一，如仍按“152号”文要求仅出重点大临的平面布置图，不能反映重点大临的深化设计。

(2)在制存梁场规模方面，设计期间根据施工组织安排，制存梁台座数量一般来讲是按照平均制架梁进度确定制存梁台座个数，但对于现场实施，规模往往会根据施工单位机具保有情况和现场施工难度进行调整，造成现场实施与设计规模不一致[5]。

2梁场设计存在的主要问题分析

(1)“89号文”发布时间相对较晚，加深大临工程设计和审查的条款又较为笼统，而真正用于指导设计和出图的 “152号文”并没有进行相应条款修正，造成各设计院设计和出图的精度差异较大，很难做到真正意义上的施工图设计。

(2)由于大临工程本身的特殊性，不可能如实地按设计图纸施工，从验收和计量的角度上与正式工程存在很大区别。一方面，如参照正式工程设计出图，结构物尺寸和地基处理等数量势必会较现场实施数量偏大，造成一定程度上的浪费；另一方面，临时工程存在不确定性，设计单位也很难在初设阶段考虑全面，而到施工阶段除重大施工组织调整，大临工程追加投资的可能几乎没有，因此大临工程按图施工的意义不大。

(3)施工单位的梁场布置往往是根据自身的机具保有情况自行调整，施工更为关注如何按期竣工，对于站前土建工程延误的工期往往需要铺架工程追回来，再有就是梁场的布局设置一旦定型，后期再增加规模对施工单位损失更大，因此就促使施工单位往往会根据现场情况和以往的施工经验按照相对不利的因素自行规划场地及规模。

(4)受施工影响，土地所有者对临近用地使用受限，因此，必须征用整块用地，造成现场实施规模的增加。

3铁路制存梁场大临工程设计的建议

3.1明确各设计阶段大临工程设计重点解决的问题

(1)可研阶段：根据“152号文”相关规定，施工组织设计需要说明重点大临的设置方案意见，没有要求附图，因此建议设计单位可以根据初测的勘察资料和以往设计经验，简单绘制梁场布置示意，以便估算工程数量和梁场规模，原则上在可研阶段估算尽量合理。

(2)初步设计阶段：根据“152号文”相关规定，大临工程设计需要说明设计原则及位置、规模、场外岔线、供应总量、供应范围、工程数量、占地数量等内容，并附梁场的平面布置图和梁场的工程数量表。根据“89号文”的相关要求，制存梁场等大临工程的总体布置和初步设计工作应在初步设计阶段完成，大临工程初步设计文件作为建设项目初步设计文件的组成上报铁道部(现中国铁路总公司)审批。由于初设批复投资作为铁路建设项目总投资的控制数额，一般不允许调整，因施工组织和特殊原因需要调整的，按规定程序报批。因此建议梁场等大临工程勘察应在定测阶段提前完成少量的钻探工作，否则按“89号文”待初设批复后，再进行钻探，一旦地基处理费用增加较多，造成施工图阶段大临工程费用调增难度加大。也就是说，尽管“89号文”规定在初设批复后才进行地质钻探，但为了批复投资的准确性，仍建议设计院在定测期间考虑少量勘探工作，并根据相应的地质资料进行深化初步设计，特别是对于结构基础检算工作建议达到施工图设计深度，这样做不仅可以避免施工图大临投资超批复的现象，还能有效地缩短施工图设计周期。

(3)施工图阶段：根据“152号文”相关规定，施工图阶段大临设计要求与初步设计要求一致，未进一步要求深化设计；根据“89号文”的相关规定，建设单位要组织勘察设计单位根据批复意见完成地质钻探工作和施工图设计，并对施工图进行审核，而对于附图附表也没有进一步细化要求。因此建议设计单位提前开展大临工程的地勘和施工图设计工作，因为没有明确的出图要求，一般也仅出梁场的平面布置图即可，其他结构基础检算资料和台座等细部设计图等资料也须完善以备审查。

3.2对于制存梁台座设计规模的考虑

按照“189号文”相关规定，制存梁场的规模和位置选择应根据建设项目的总工期、施工组织设计、存梁能力、存梁时间、简支梁工程量和桥梁分布等因素，结合工程条件进行经济比选确定[6]，宜大不宜小。其中制梁能力应根据架梁工期、同时供应的架桥机数量、单台架桥机日架梁能力等确定。以T梁预制梁场为例，制梁台座、存梁台位数量原则上应根据施工组织设计及工期安排确定，也可参考下列公式[7]计算，并按施工组织设计作必要调整。

式中N3——制梁台座数量，个；

η——每日预制T梁数量，片/d；

T3——预制每片T梁占用单个制梁台座时间，个·d/片；

N4——存梁台位个数；

T4——每片T梁占用存梁台位时间，d/片；

K2——存梁系数，单层存梁取1，双层存梁取0.6～0.7。

以上是“189号文”给出的公式，从设计角度考虑，建议根据现场实际情况，一般T梁在制梁台位上的占用时间在3～4 d，如采用蒸汽养护，时间可适当缩短，在龄期第14 d后进行预应力筋的终张拉，终张的48 h之内必须完成灌浆工序，然后进行封锚和防水层的制作，对于纤维混凝土保护层，按《铁路混凝土防水层技术条件》( TB/T2965—2011)中规定，混凝土保护层浇筑完毕后，应采取保水养护，自然养护条件下，相对湿度在60%以上时，自然养护不少于14 d。这样按规范要求T梁需在存梁场单层存放最少要14 d(终张)+14 d(保护层养护)=28 d时间，才可作为双层存梁的下层存放[8]。

例如某线T梁架设进度为3孔/d，按每片T梁平均占用制梁台座时间4 d考虑，平均存梁时间为40 d考虑，按平均制架梁进度估算共需：

制梁台座数量为6片/d×4 d/片=24个；

存梁台座数量为6片/d×40 d=240个；

如按双层存梁考虑，双层存梁台座数量为240(个)×0.7=168个；

如考虑保护层养护时间，双层存梁个数最少要6片/d×28 d=168个；因此在考虑双层存梁时，设计推荐采用系数0.7，如选用0.6系数会造成作为底层存梁的养护时间不足，双层存梁台座的使用率下降，从而降低存梁规模。

按平均制架梁进度初步确定制存梁台座规模后设计并没有结束，还应按照项目桥梁的具体分布情况从施组角度进一步验证制存梁台座的匹配程度，具体做法如下。

(1)按照具体铺轨和架梁的工程量确定总铺架工期。

(2)通过建立数学模型，得出在满足铺架工期的情况下，多少制梁台座配合多少存梁台座更为经济。

通过项目数据进行建模计算后可以很清楚地在图1中看到在制存梁台座分别为(24，240)、(23，250)、(22，260)、(21，309)时，均可满足制架梁需求，要选择最为合理的台座配置，还要看具体项目临时用地情况和每个制存梁台座的建造成本来综合考虑。根据项目实际进行数学模型分析的好处是可以更优化配置梁场台座规模，指导优化架梁进度[9]。

注：以上模型根据预制梁模板按每制梁台座配备1套考虑，如考虑模板周转可将制梁台座数进行修正。图1　制存梁台座匹配关系

3.3对于制存梁台座基础设计基底应力检算的建议

制存梁台座基底处理的费用对于梁场投资规模影响较大，特别是在不良地质情况下，按照“189号文”相关规定，台座基础设计应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)的相关规定，也可采用《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5—2005)，制梁台座、静载实验台座两端区域和中间区域可根据各自受力情况分别采用不同方式进行基础处理[10]。但制存梁台座毕竟是临时工程，如果按正式工程进行承载力和沉降检算，工程上会存在一定程度的浪费，因此建议除不良地质或地质条件变化较大的场地条件外，T梁制存梁台座不进行沉降检算。以下以32 m T形梁(图号[2012]2101)为例进行基底应力检算分析。

(1)制梁台座和静载台座基底应力检算

32 m T形梁自重约1422 kN，模板自重530 kN，附加设备及施工人员荷载约200 kN。梁长32.6 m，制梁台座基础长按34 m设计。制梁台座受力最不利情况是在T梁张拉后，因此制梁台座两端的设计结构尺寸明显偏大一些，32 m T梁台座基础平面布置如图2所示。

图2　32 m T梁台座布置示意(单位：mm)

设一般两端加强区域的长度为5 m，宽度为W，则荷载检算公式为

总荷载=(梁自重+模板自重+附加设备人员重+台座自重)×超载系数1.1

总荷载=(1 422+530+200+((34-10)×1.6×0.45+10×0.8×W) ×25)×1.1

单位面积承载力=(2 842.4+220×W)/(10×W+24×1.6)

根据设计宽度W不同，可以得出台座宽度与基底应力之间的关系曲线，如图3所示。

图3　制梁台座宽度与基底应力之间的关系曲线

在T梁张拉的受力情况下，由于T梁会产生上拱徐变造成台座受力发生变化，按极限状态两端受力考虑[11]，则有以下公式

总荷载=(梁自重+台座自重)×超载系数1.1

台座基底应力=(1 422+10×0.8×W×25)×1.1/(10×W)

根据设计宽度W不同，可以很容易得出以下结果：

图4　制梁台座宽度与基底应力之间的关系曲线(张拉状态)

根据以上试算结果可以看出，在一般地质情况下，只需根据地质条件按照相应宽度的制梁台座两端设计即可，如遇到地质条件较差的选址，可以采取相应的地基处理来提高基底承载力[12]。

(2)存梁台座基底应力检算

存梁台座按每片梁每端占用3 m长台座计算，存梁台座底宽设为W1，存梁台座断面示意见图5。

图5　存梁台座横断面(单位：mm)

总荷载=(梁自重+台座自重)×超载系数1.1

则单位面积承载力=(1 422+(2×3×(W1×0.6+0.8×0.6))×25)×1.1/(2×3×W1)

根据以上公式，按设计宽度W1不同，得出图6的枚举结果。

图6　存梁台座宽度与基底应力之间的关系曲线

以上结果仅为简化计算参考，具体结构尺寸可根据具体情况调整，如遇软土、冻土等特殊地质情况，应根据地基承载力情况进行地基处理后再进行荷载检算。

4结语

通过对铁路制存梁场大临工程设计和实施阶段发现的常见问题进行剖析，从解读规范条文和满足既有规范的角度出发，总结了各设计阶段制存梁场大临设计应注意的工作内容，同时对于梁场制存梁台座规模匹配和制存梁台座基础设计的问题重点予以分析，建议在定测和初步设计阶段，重点关注制存梁场的地质勘察和制存梁台座规模的匹配问题，由于近几年客运专线、高速铁路等项目受到更多的关注，对于箱梁梁场的设计和规划等研究较为深入，但对于普速铁路T梁梁场的研究重视不足，特别是对于T梁制存梁台座规模的匹配和台座基础的设计重视不够，造成施工阶段现场实施规模和费用的增加。因此，以T梁梁场为例，研究不同台座宽度与基底应力之间的关系，此数据可作为经验数据指导设计。本文解决问题的部分思路和方法同样适用于箱梁梁场设计工作，希望能给相关设计人员带来一定的启示。

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Research on Design of Large-scale Temporary Works in Railway Beam Fabricating Yard

MA Shao-chen

China Railway Wuyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Beijing 102600, China)

Abstract：The design of large-scale of temporary works in railway beam fabricating yard is key to railway construction organization. In vies of such problems in the design of beam fabricating yard as insufficiency in details and scale， and cost of large-scale temporary works， this paper tries to find out the causes through studying relevant design provisions and documents and the design practices in various projects， and define details and depths in every step of design. With focus on design scale， the organization of actual erection operations are illustrated by mathematical model to determine appropriate yard scale with analysis of comparison of different scales of beam manufacturing tables， and proposals are made to guide the design of T beam manufacturing table foundation， which may serve as references for future design of large-scale of temporary works in railway beam manufacturing yard.

Key words：Railway; Beam fabricating yard; Large-scale temporary works: Design

中图分类号：U445

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.019

文章编号：1004-2954(2015)06-0084-04

作者简介：马绍辰(1975—)，男，高级工程师，1998年毕业于长沙铁道学院建筑管理专业，工学学士，E-mail：260152843@qq.com。

收稿日期：2015-02-01； 修回日期：2015-02-11