运营铁路区间更换道岔连续钢箱梁横向多点同步顶推技术

陈欣韵 曹 明 胡强强 潜英飞 周 雄 罗 征

（1.杭州地方铁路开发有限公司，浙江 杭州 310009；2.中铁二十四局集团浙江工程有限公司，浙江 杭州 310009；3.浙大宁波理工学院，浙江 宁波 315000）

0 引言

运营铁路多股道大跨度连续道岔钢箱梁更换施工比较少见，在施工技术、工艺工法上经验积累不足，因此，在钢箱梁更换顶推过程中面临着多方面的难点和挑战[1-3]。本文结合新建绍兴城际铁路二期工程金柯桥大道站工程，对运营铁路区间更换道岔连续钢箱梁技术进行研究，通过科学的工程设计和合理的施工方案，采用先进的技术手段和设备，以及严格的施工管理和安全措施，保证了工程的顺利进行和质量的有效控制。

1 工程概况

新建绍兴城际铁路二期工程金柯桥大道站，因增设车站和咽喉区道岔需要，将原4-32m双线组合简支T梁改造为道岔连续钢箱梁和简支钢箱梁。既有双线组合T梁单孔横移重量为825t，四孔旧梁总重3300t。（24+32+24）m道岔连续钢箱梁横移重量为1607t，下设6条滑道，2×24m 简支钢箱梁横移重量合计为1270t，下设4 条滑道，五孔新梁总重2877t，如图1所示。

2 施工面临的难点问题

2.1 梁体转移和安装

由于道岔连续钢箱梁和简支钢箱梁重量较大，且需要进行横移操作，因此需要考虑如何保证转移和安装的安全性和稳定性。需要综合考虑施工机械的选择、梁体的支撑和固定、工人的操作技能等因素，制定详细的操作方案和安全措施。

2.2 滑道设计和施工

该工程采用了滑道来实现梁体的横移，如图1所示，因此滑道的设计和施工至关重要。需要考虑滑道的材料选择、滑移摩擦系数的计算和测试、滑道的布置和固定等，以确保梁体顺利地移动和定位。道岔和连续梁的连接：该工程需要将道岔和连续梁进行连接，需要考虑连接部位的力学特性、接口的精度和密封性等因素，以确保连接的可靠性和安全性。

2.3 施工时间和空间限制

该工程需要在运营区间内进行施工，因此施工时间和空间都受到了限制。需要综合考虑施工机械的效率、工人的操作技能、安全措施等因素，制定详细的施工计划和方案，以保证施工进度和质量。

3 钢箱梁横向多点顶推施工方法与设备

道岔连续钢箱梁及简支钢箱梁均为等高变宽度截面连续钢箱梁，梁高2.7m，其中道岔钢箱梁采用单箱三室结构，而简支钢箱梁则采用单箱五室结构；小里程道岔连续梁端宽度为11.64m，大里程简支钢箱梁端宽度为25.80m。该钢箱梁横向多点顶推施工，不仅要设计好方案，还必须选择好设备。

3.1 顶推施工方法

3.1.1 施工步骤

根据新建桥墩位置在其两侧设置支架与滑道，共布置十条滑道，滑道轴线与铁路中心线垂直，钢箱梁则采用多滑道同步顶推模式，钢箱梁横移距离为27.8m，千斤顶无法一次顶推到位，需采用多循环-多千斤顶同步协同顶推施工，即每次千斤顶达到顶程后收回并在千斤顶后方设置顶铁，重复以上步骤至顶推完成。

3.1.2 面临的问题

该工程隶属旧铁道线路平直段增设车站工程，除在新建车站内部增设车道，还将对车站两侧平直段进行变截面梁加宽改造，将原有4跨T梁移出更换为5跨变截面钢箱梁+3跨道岔连续梁。该工程存在以下难点：

（1）如何在铁路运营区间的8h 天窗内保证新、旧桥更换的及时性；

（2）如何保证变截面箱梁整体横移的同步性，以及钢箱移动偏位后的纠偏措施；

（3）如何降低变截面顶推过程中的水平推力。

3.1.3 施工方案

（1）在保证安全和质量的前提下，合理安排施工进度，利用既有铁路的停运时间，采用高效的施工技术和设备，最大限度地缩短施工周期，确保在规定的8h 天窗内完成新、旧桥更换任务。同时，工作人员严格按照规程进行操作，加强与铁路运营管理方面的沟通协调，以保证整个施工过程的安全和顺利进行。

（2）针对变截面箱梁整体横移的同步性和偏位后的纠偏措施，采用了一系列先进的技术措施。例如，在顶推过程中，采用同步位移控制系统和分组连接顶推设备，对所有千斤顶发出同步位移指令，以指定最快的平移速度将桥梁移位至指定设计点，保证了顶推过程的同步性和准确性。同时，在钢箱梁的水平双向纠偏过程中，工作人员根据实际情况调整顶推设备和纠偏措施，确保了钢箱梁的整体稳定和精确定位。

（3）为了降低变截面顶推过程中的水平推力，采用了聚四氟乙烯板作为三向千斤顶下部滑道，解决了超大荷载作用下滑移摩擦系数大及摩擦件发热的难题。此外，还对顶推设备和滑道进行了精密调试和维护，确保了设备的稳定性和顶推过程安全平顺。

3.2 施工设施设备

变截面钢箱梁横向多点顶推采用了滑道-三向千斤顶的顶推方式[4]，布置方式如图2 所示。三向千斤顶下部滑道采用聚四氟乙烯板，解决了超大荷载作用下滑移摩擦系数大及摩擦件发热的难题，滑道设置有侧向限位装置。在钢分配梁反力后背与钢滑道反力后背间安装顶推千斤顶，并将所有顶推千斤顶进行分组连接同步位移控制系统，随后对所有千斤顶发出同步位移指令，以指定最快的平移速度将桥梁移位至指定设计点（全程约18.25m，大概只需要19 个行程，约需要2h），千斤顶采用固定式顶推后背，前方加装顶铁进行长距离顶推，每隔5m 进行一次顶推后背的移动。随后开始钢箱梁的水平双向纠偏，对正完毕后再次打开液压锁，桥梁通过整体同步下落指令，将桥梁下落至墩柱支座上，最后进行梁体上铺轨道、电信系统的连接，完成移位任务。为了确保顶推过程的顺利进行，还进行了大量的准备工作，包括设计和制造顶推设备、安装滑道和限位装置、搭建工作平台、调试同步位移控制系统等。在顶推过程中，工作人员严格按照操作规程进行，不断检查顶推设备和滑道的状态，以保证顶推过程的安全和稳定性。同时，还采用了一系列有效的措施来降低顶推过程中的风险和误差，例如采用了自动化的位移控制系统，进行了反力的精确分配，使用了高精度的测量仪器等。

图2 钢箱梁横向多点顶推施工

4 钢箱梁横向多点顶推施工关键技术

4.1 多点同步顶推控制技术

4.1.1 PLC液压控制系统的工作原理

在钢箱梁多点顶推过程中，为了确保顶升的同步性，采用了先进的计算机液压同步控制系统，即PLC 系统，通过计算机指令来控制液压千斤顶，从而实现对液压系统的高精度控制。具体地说，当千斤顶开始顶升时，PLC 系统会根据其预设的算法自动调整各个千斤顶的压力，以保持千斤顶之间的力平衡。这样，即使承受的荷载不同，各千斤顶所需的顶力值与实际提供的值也能够相符，从而实现了各个千斤顶的同步运动。这种计算机液压同步控制系统不仅可以确保千斤顶的同步性，还可以实现高效、精准的操作，从而提高了施工的安全性和效率。该控制系统通过高精度传感器实时监测各千斤顶的压力变化，并将数据反馈给计算机进行分析和控制。此外，为了确保施工过程中的安全性和稳定性，还采用了多重保护措施，如设置了液压系统压力过高保护、位移传感器故障保护、液压管路泄漏保护等，保证了施工过程中的安全和可靠性。为了更好地实现多点顶推的同步性，该控制系统还采用了预压力技术，即在顶推过程开始前，先对各个千斤顶进行预压，使其保持一定的压力状态，以便在顶推过程中能够更加灵活地响应控制信号，从而保证顶推过程的同步性和精度。总的来说，该计算机液压同步控制系统具有高效、准确、可靠、安全等特点，能够有效地解决钢箱梁多点顶推施工中的同步性问题，是非常成熟可靠的技术手段。

4.1.2 PLC控制系统的具体实施

利用PLC系统可实现千斤顶顶推的单个动作、单组动作以及群组动作的控制。利用PLC液压组1控制6台千斤顶，利用PLC液压组2控制两跨简支钢箱梁，在加载过程中采用PLC群组控制，使10台千斤顶同步、同时顶推，直到到达就位位置前再转为单组控制，最后再利用箱梁底部纠偏千斤顶进行前后位置纠偏，直至顶推就位。顶推采用10台200t顶推千斤顶，这些千斤顶分别布置在各个滑道上。

（1）连续钢箱梁采用其中6台千斤顶进行顶推，加载过程中，PLC电控系统通过群组控制方式控制这6台千斤顶同步工作，以确保钢箱梁平稳移动。在加载过程中，利用PLC液压组2对两跨简支钢箱梁进行控制，以确保其正确移动并且不受到过度压力的影响。当顶推接近就位位置时，PLC电控系统会将控制方式转换为单组控制。在此期间，PLC 液压组1 会单独控制这6 台千斤顶，以确保它们可以根据钢箱梁的位置进行精细调整。

（2）在顶推就位之前，PLC 电控系统还会利用箱梁底部的纠偏千斤顶对钢箱梁进行前后位置纠偏，以确保其准确就位。

（3）为了确保千斤顶的正常工作和安全，PLC 电控系统还需对其进行实时监控和故障检测。例如，如果千斤顶的压力过大或过小，或者其位置偏移超过一定范围，PLC 电控系统会自动停止其工作，并发出警报提示操作人员进行处理。

（4）在实际应用中，PLC 电控系统还需要与其他设备配合完成顶推工作。例如，PLC 电控系统需要与液压系统、机械传动系统等进行协同工作，以确保千斤顶能够按照预定轨迹和速度移动，同时还需要与人机界面进行交互，以方便操作人员对其进行监控和控制。

总之，利用PLC 电控系统对千斤顶进行控制，可以实现单个动作、单组动作以及群组动作的控制，从而有效地实现顶推的控制和调整。

4.2 钢箱梁顶推施工过程的监测与控制

（1）静力水准仪是一种用于测量结构变形的高精度仪器，它通过对结构变形的测量来评估结构的安全性能。在该工程中，静力水准仪被用来监测主梁的变形情况。为了保证测量数据的准确性和实时性，配备了GPRS-A无线数据采集仪，并将其连接到倾角传感器、静力水准仪、应变仪等设备上。

数据采集仪具有多种输出接口，包括Zibgee(RS485)、GPRS、RS485和液晶显示屏，使其具有灵活、方便的使用特性。在钢箱梁标高测点断面中，共布置了5个测点(CH1～CH10)，并将无线静力水准仪布置在箱梁顶部的中间位置，这样可以采集到箱梁顶部的标高数据，并与前面的理论计算结果进行对比，特别是在最后阶段箱梁拼接时，对标高偏差的控制将变得更加严格。通过静力水准仪的实时监测，施工人员可以及时掌握结构变形情况，并及时调整施工方案，避免发生安全事故。

（2）在施工过程中，还将采用全站仪、自动水准仪等现代测量技术对施工质量进行全程监测和控制，以确保钢箱梁的安装精度和稳定性。同时，对于梁体的沉降和变形等情况也将进行实时监测，一旦发现问题将立即采取相应的措施进行处理。梁体高程及应力监测断面如图3所示。

图3 梁体高程及应力监测断面

（3）还需考虑施工期间对铁路运营的影响，因此将采用分段施工的方式，通过合理的施工计划和交通组织措施，最大程度地减少对铁路运营的影响。

（4）在施工期间还将采取严格的安全措施，如建立安全防护网、设立警示标志等，确保工程能够安全高效地进行。

5 结束语

本文以绍兴城际铁路二期工程金柯桥大道站更换道岔连续钢箱梁为例，对多跨连续变截面钢箱梁整体横移同步连续顶推施工的安全控制关键技术进行了研究，结论如下：

（1）为保证连续变截面钢箱梁整体顶推的安全性，项目采用了聚苯乙烯滑道-三向纠偏千斤顶的顶推方式，其中三向纠偏千斤顶放置在滑道上，作为滑块实现钢箱梁平稳滑动，并作为钢箱梁顶推过程发生偏位后的及时纠偏措施。

（2）运用PLC 液压同步控制系统，对顶推过程中各顶升点压力、位移和应力进行实时监控；运用多台千斤顶总组控制及单组控制，最终实现了变截面钢箱梁整体横移的同步性。

（3）采用静力水准仪对主梁的变形进行施工监测，并根据监测到的偏位数据，运用三向千斤顶进行了箱梁纠偏。