复杂山区既有铁路T梁换架施工技术

张耀辉， 王海林

(1.石家庄铁道大学国防交通研究所，河北 石家庄 050043；2.河北省交通应急保障工程技术研究中心，河北 石家庄 050043)

混凝土T梁桥是我国普速铁路简支梁桥的主要类型，由于老化病害、自然灾害破坏或是铁路提速改造等的影响，往往需要对既有的难以满足使用要求的铁路T梁进行更换，这一施工作业是在有限的铁路“天窗”点内完成。既要保证无安全事故作业，又要保证按时顺利通车，因此，如何最大程度地降低对铁路运营的影响，安全快速地完成施工作业，是一项复杂的难度较大的施工技术。本文在总结当前铁路既有线桥梁换架施工技术的基础上，针对复杂山区既有铁路T梁桥的换架施工遇到的难点问题进行探讨，以期对该类工程的施工技术研究提出有价值的参考。

1 既有铁路T梁桥换架施工方法回顾

利用架桥机进行既有桥梁的换架梁施工方案。该方案的具体做法是：在既有桥梁侧面修建临时铁路便道或便桥供列车车辆限速通行，而原桥长时间封闭，再利用架桥机对既有桥梁进行逐孔换架施工，施工完毕之后再重新恢复原桥的通行。这种方法虽然安全稳妥，但需要大面积征用土地，临时通行线路的建设投资巨大，准备周期长，对正常运营计划的影响也较大。所以，此种施工方法是一种性价比较低的方案。

在实际工程中也曾采用过滑移换架梁方案[1-4]，见图1所示。其做法是：在待换架孔桥下搭设支架，其上铺设滑移轨道；利用“天窗”封闭时间，首先将换架孔上的钢轨抬高架空，旧梁起顶并滑出桥孔，再将新梁从线路另一侧滑入桥孔。此种方法虽然不用修建临时便道，但机械化程度低，程序繁琐速度慢，且受现场地形环境的影响也较大，也不适合大规模的换架梁施工。

图1 滑移法换架梁施工

目前，普通铁路繁忙干线桥梁的快速换架方法，应用较多的主要有以下两种:高架台车换架梁施工方法、跨线门吊换架梁施工方法。

(1)高架台车换架梁技术[5]。其原理是利用可横移的高架台车将旧梁平移出桥孔位置，再利用高架台车将新梁平移至桥孔位置，来实现新旧梁体的整体换架施工。施工中采用的主要换架施工装备包括：两组具有横向走行、竖直顶升和平面位移微调功能的高架台车、两台可快速拼装生成的龙门吊机、桥下和桥侧铺设的用于高架台车和龙门吊纵横行走的轨道系统等。一组高架台车用于横移和拆除旧梁，一组高架台车用于横移和更换新梁；龙门吊用于吊离旧梁和高架台车，存、移新梁等工作。见图2所示。

其主要施工过程为：换架梁前在桥梁一侧铺设平行线路的龙门吊走行轨道，在换架孔铺设垂直线路的高架台车走行轨道；新梁通过公路运输到现场，利用跨越存梁场区的龙门吊将新梁吊至临时存梁台座上；在存梁台座上将两片新梁并置且将横隔板连接固定，上好道碴，铺设安装枕木；利用龙门吊将新梁整体吊至承载新梁的高架台车上；换架施工时，承载旧梁的高架台车将旧梁顶起并横移出桥跨位置，然后用龙门吊吊离旧梁；承载新梁的高架台车驮着新梁横移至桥孔下面，通过台车顶部的落梁及微调装置将新梁就位于桥墩支座上，完成换架梁作业。

(2)跨线门吊换架梁技术[6-8]。总体思路：以横跨铁路桥梁线路的快速拼装式龙门吊机作为吊离旧梁和安装新梁的起重设备，充分利用列车运行给定的“天窗”点，将旧梁吊离桥位，再将新梁吊装至桥孔，安装到桥墩上，并及时恢复线路，“天窗”点关闭后，线路限速通车运行。按照此方法，主孔进行梁体的换架施工。主要换架施工装备：两台可快速拼装生成的空间上横跨桥梁线路的龙门吊机，桥孔两侧铺设的用于龙门吊纵向行走的轨道等。见图3所示。

图2 高架台车换架梁施工 图3 跨线门吊换架梁施工

其主要施工过程为：在施工开始时，本段铁路线临时封闭；路局供电部门拨开换架孔桥上的接触网；利用跨线龙门吊将旧梁吊下；铁路平板车运输新梁到桥头，利用龙门吊将新梁吊起，并行至待架孔后，将新梁落下安装就位；待两片新梁安装并临时固接好后，在梁上铺设道碴和连接钢轨；路局供电部门恢复桥上的接触网，达到通行条件后，铁路封闭取消并通车。

2 复杂山区换架施工难点分析

上述换架梁施工方法均有很大的局限性，主要适应于桥墩高度较小，桥址地形较为平坦且线下和线侧场地较为开阔，桥下无水或少水且水深较浅等环境。而复杂山区铁路桥梁经常处于谷深水急、桥址地面高程落差大、桥隧紧密相连等恶劣环境下，桥墩高度可达几十米甚至上百米，且曲线桥梁的曲线半径很小等情况频繁出现，见图4～图6示例。上面提到的几种换架梁施工方法在遇到上述情况时均难以实现，下面就可能遇到的换架施工难点问题进行总结分析。

施工难点一：新梁与旧梁的的运输。无论是采用滑移换架梁方案还是采用高架台车换架梁方案，均需要将新梁通过地面公路或施工便道运输到施工现场，旧梁整体或破拆后也需要通过地面公路或施工便道运离施工现场；而位于山区沟谷陡坡等地段的桥址附近(如图4、图5所示)，有时根本没有公路通行，如果修临时施工便道，其工作量和成本会非常大，所以难以实施。

图4 山区高墩铁路桥梁 图5 位于山区陡坡地段铁路桥梁 图6 山区沟谷地段铁路桥梁

施工难点二：临时轨道的铺设。在采用高架台车换架梁方案和跨线门吊换架梁方案时，需要在桥址地面上铺设大量的装备走行轨道，而在山区沟谷、陡坡和跨河等地段，轨道的铺设是不现实的，因为需要大量的填挖方工程，且在雨季更是难以保证轨道基础的稳定性，同时施工周期长、安全隐患多、施工成本高。

施工难点三：施工装备的墩高适应性。对于高墩桥梁来说，无论是高架台车还是跨线门吊等换架施工装备，其适应的高度受到限制。高架台车适合于墩高较低的桥梁，一般墩高以不超过10 m左右为宜，否则高架台车的稳定性和墩旁的适应性会很差，其结构也会非常庞大更趋难以适应；而跨线门吊的适应桥墩高度一般不超过20 m为宜，此时再加上梁高和桥上铁路电气线路的高度，门吊的净空高度会在30 m左右。如此大的装备，在条件有限的现场，其材料的运输、堆放、安装都是问题。

施工难点四：首末孔梁的换架。桥梁首末孔的一端是桥台，桥台的锥体护坡往往前伸超过台身，如果采用高架台车换架梁方案，则需要将锥体护坡前伸部分挖掉，以铺设高架台车的走行轨道，如果遇到山体的岩石地质情况，这一工作几乎无法完成，且会对桥台的稳定性造成影响。当遇到桥台位于紧邻隧道口甚至隧道内的情况时，高架台车换架梁方案和跨线门吊换架梁方案更是无法实现，一是因为根本就没有台车或门吊的站位空间，二是受到隧道口洞门结构的阻碍使得新旧梁体无法横移。

施工难点五：施工场地与通道。在地形复杂的桥址现场，开辟施工场地及修建可运输32 m梁的临时运输通道是一项大工程，填挖方量大、地质情况复杂、洪水、泥石流及边坡塌方等自然灾害的影响大，施工期间的安全性保障难以实现。

总之，在复杂山区进行既有铁路桥梁的换架施工，如果采用前述传统的方法，会遇到各种不同的难点问题，而换架梁施工又是要求在很短的铁路“天窗”点内无故障地完成，要求高困难大。所以，针对这些情况，需研究新的换架施工解决方法。

3 新的T梁桥换架施工方法探讨

通过上述分析得出，传统的滑移换架梁方法、高架台车换架梁方法和跨线门吊换架梁方法适宜在桥址地形相对平坦开阔、桥墩高度较低、地面无水或少水、桥位附近交通相对便利的情况下应用，而对于现场条件较为复杂的山区铁路桥梁，需研究新的施工方法和施工装备来解决新旧梁的换架问题。

3.1 线上换架施工装备的设计思路[9-10]

线上换架是指旧梁的拆除及运离桥孔、新梁的运输、新梁的架设等施工过程完全在桥上线路上完成的一种换架梁施工方法。采用此种方法，可避开受桥梁高度、桥址地形、桥隧结合情况及首末孔桥台等因素限制而遇到的所有上述难题，但采用的换架梁施工装备是一种新型多功能的换架梁专用架桥机，以下统称为换架梁机。

根据既有线换架梁施工的快速高效要求，这种换架梁机至少应具有以下功能：

(1)换架梁机能够沿既有线路轨道自行快速行走。

(2)换架梁机无论空载转场自行状态还是处于架梁的各个工况状态，其空间轮廓均应能满足运输限界或线路建筑限界的要求。

(3)换架梁机主梁或起重小车机构要具有横移功能，以便能够顺利实现边梁的一次性起吊。

(4)换架梁机应具有双向对称作业功能，以便能够缩短换架作业时间。

要满足上述功能，在设计时建议：架桥机的前后车走行系统要参考铁路车辆专用转向架系统，以顺利实现架桥机在既有线路轨道上平顺快速移动；架桥机的主梁采用单主梁形式，起升机构系统要高度集成且小型化，以利于减小空间轮廓尺寸满足限界要求；支撑在架桥机前后车上的支腿立柱应设计成可伸缩调节的结构形式，以便调节主梁的坡度和整机高度；在保证具有必要的功能外，要尽量简化功能设置，以免形成复杂的构造带来设计布置上的困难。

提出一种可双向作业换架梁机的整体构思供参考，如图7所示。此种换架梁机的最大特点：前后构造完全对称，前后均可实现喂梁、架梁作业，前后均可纵向行走，通过可伸缩支腿可实现整机高度调整，通过主梁滑动可实现横移功能。其和一般的架桥机相比，不需要具有悬臂过孔功能，因为在换架桥孔上始终有梁和轨道存在，这就大大缩短了架桥机的长度，也减少了支腿数量，降低了整机重量。

图7 一种用于T梁换架的换架梁机整体构思

3.2 线上换架施工工艺步骤

采用上述新型换架梁机，同时配合前后两列铁路平板列车，即可实现既有线桥梁的整个换架施工作业全部在桥上完成，不受桥下条件的任何限制。在“天窗”时间段内，其具体的施工工序如下：

(1)准备工作。在单独的“天窗”时间段内，先将待换架孔上的钢轨断开、两片T梁的横向隔板断开后先临时连接。

(2)在正式的换架“天窗”点开启后，换架梁机行驶至待换架孔上方并固定，同时一空载铁路平板列车(以下简称A列)和一装有新梁和轨排的平板列车(以下简称B列)从两个相反方向驶入，并和换架梁机对接，如图8所示。

图8 换架施工装备就位

(3)启动换架梁机，吊起待换架孔桥面的轨排回退至A列上，并通过A列平板车上的滚动纵移滑道将轨排移到合适位置。

(4)换架梁机吊起一片T梁回退至A列上，并通过A列平板车上的滚动纵移滑道将此片T梁移到合适位置，如图9所示。

图9 旧梁的吊离

(5)重复步骤4，完成另一片T梁的吊离。

(6)换架梁机起重小车移到另一端，吊起B列上的一片新梁，安装到桥墩上，如图10所示。

图10 新梁的安装

(7)重复步骤6，完成另一片新梁和轨排的安装，两片新梁的横隔板临时连接固定，A列和B列反向驶离。

(8)换架梁机适当降低高度后驶离现场，完成换架梁的主要工作，如图11所示。

图11 换架梁机驶离现场

4 结束语

既有线换架梁是一项急难险重的工作，快速性和安全性是首要要求。本文提出的这种线上换架施工装备和方法，可很好地解决目前复杂山区既有铁路T梁桥的换架施工难题，在保证了快速性和安全性的要求外，还具有非常好的适应性，不受任何环境条件的限制。这种方法同样可用于铁路桥梁抢修作业中的永久新梁和临时抢修钢梁间的替换作业，也可为其它类似工程施工提供参考和借鉴。