高速铁路预制箱梁场区规划设计的关键问题研究

张延虎

（湖南省株洲市中铁株洲桥梁有限公司，湖南 株洲 412000）

1 引言

截至2022 年末，全国铁路营业里程达到15.5万km，其中，高速铁路营业里程达到4.2 万km。根据《中长期铁路网规划》，到2030 年，我国将基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。高速铁路的技术标准要求轨道具有高平顺性和严格的工后沉降量，以保证行车的安全性和稳定性，因此，必须做好高速铁路桥梁施工的质量控制。高速铁路桥梁上部结构常以跨度32m、24m 双线后张法预应力混凝土简支箱梁为主，目前逐步发展跨度40m 箱梁。由于双线箱梁断面大、质量大，特别是32m 箱梁重达900t，无法通过铁路或者公路运输，只能采取现场分段集中预制，即以架桥机架设为主、支架法现浇和移动模架预制为辅的施工方法。为此，需要根据全线路桥隧分布情况和总体工期安排，在桥群集中区设置梁场。而梁场作为铁路建设中的大临工程之一，具有投资规模大、建设工期长、标准高、工期紧、且一旦建成很难更改的特点，因此，做好梁场的规划设计意义重大。

2 梁场选址原则

2.1 永临结合

有条件时，应尽量使用红线征地，尽可能少占用基本农田、保护区等征拆复垦困难区域。一方面，减少征拆费用；另一方面，降低后期复垦难度。

2.2 经济性

梁场选址应尽量设在地质条件好的区域，以避免地基基础处理费用较高。当梁场位于山区且土石方工程量较大时，应尽量选择土石方平衡的区域，以减少土方外运费用。

2.3 工期均衡

梁场选址时，应尽量远离高压线迁改、长大隧道、连续梁等重难点工程，以保证工期的连续性，同时尽可能布置在供梁范围的中部，以缩短运距。运距不宜超过20km。

2.4 三通一排水

梁场选址时，应充分考察附近的水源、排水通道、临时用电接入点和材料设备通道是否满足梁场需求、是否便利。应尽量选择通电、通水、排水、便道便利的区域。

3 平面布置图设计

3.1 制存梁台座布置原则

制存梁台座主要有两种布置方式，即纵列式和横列式。横列式适用于规模较大、横向线路布置的地段；纵列式适用于规模较小、工程量小、征拆复杂困难的地段。横列式占地面积小，存梁场地较多；纵列式提梁机轨道占地面积大，存梁场地小，起吊运梁设备采用轮轨式提梁机。现阶段，一般采用横列式布置。

3.2 制梁工效指标

根据《铁路工程施工组织设计规范》（Q/CR 9004—2018）规定的制梁工效指标5～7 榀/（月·制梁台座）计算。在选用指标时，应考虑线下工期、关键卡控点、资金、征拆、气候、人文环境等因素。

3.3 月产能确定

根据业主指导施组中架梁工期，倒排生产周期，以确定月产能。需要说明的是，根据《铁路工程施工组织设计规范》（Q/CR 9004—2018）规定的架梁工效指标（运距0～8km，2 榀/d；运距8～12km，1.5 榀/d；运距12～20km，1 榀/d）计算月产能时，经常会出现前期产能高、后期产能低、产能闲置的情况，因此，需综合线下工期、征拆等因素来确定架梁工效指标。理想的情况是，制梁工效指标与架梁工效指标相同，以达到制架均衡的施工目标。

3.4 制梁台座数量

制梁台座数量可参考以下公式计算：

其中，N 为制梁台座数量，M 为月产能（榀/月），η 为制梁工效指标[榀/（月·制梁台座）]。

3.5 存梁台座数量

存梁台座数量决定梁场存储能力是否满足箱梁预制和架设的工期要求。梁场理论存梁台座数量可用以下经验公式计算（双层存梁）：

其中，N 为存梁台座数量，η 为每日预制箱梁数量（榀/d），T 为每榀箱梁占用单个存梁台座最少存放时间（一般以40d 计），K 为存梁系数（双层存梁取0.6～0.8）。

3.6 钢筋绑扎胎卡具数量

钢筋笼采用整体式绑扎，钢筋绑扎胎卡具数量应根据制梁能力和绑扎工效确定，可参考以下计算公式：

其中，N 为绑扎胎卡具数量，M 为制梁能力（榀/d），η 为绑扎工效（一般以0.5 榀/d 计）。

3.7 区域布置原则

梁场主要分为制梁区、存梁区、混凝土拌和及料场区、钢筋加工区、办公生活区、辅助生产区。梁场区布置需遵循以下原则：

（1）安全环保。办公生活区应尽量设置在存梁区一侧，以减少施工噪声影响；雨量充沛地区应设置多处排水点，以防止雨季内涝。

（2）流水线施工。应提高机械使用率，减少工人劳动量。例如，拌和站宜布置在生产区中心位置；仓库和钢筋加工棚宜靠近生产区；机具材料摆放区域应在时间和空间上，按照施工工艺模拟存放位置，一看存放位置是否足够，二看区域布置是否合理。

（3）交通方便。材料通道、生产通道、架梁通道应布局合理，能顺利往返各功能区。

（4）满足设备参数要求。道路宽度、台座间距、工装布置应满足设备参数要求。

（5）满足制梁工艺要求，方便施工。例如，龙门吊轨道长度应等于工作长度+最大龙门吊底梁长度+安全距离+防撞墩。另外，生产线两端若有危险性施工工艺，不宜布置临时设施，若必须设置，要预留足够的安全距离。

3.8 管线布置原则

3.8.1 电力布置原则

变压器用电负荷不宜超过额定容量的60%，用电负荷可用以下公式计算：

其中，S总为施工总用电量（kVA）；k为备用系数，一般取1.05～1.10；为动力设备同时使用系数，一般取0.65～0.75；为照明设备同时使用系数，一般取0.6～0.9；为动力设备额定输出功率总和（kW）；为照明设备用电量总和（kW）；η 为动力设备平均效率，取0.85；cosψ 为平均功率因数，取0.5～0.7。需要注意的是，箱变应靠近拌和站和制梁区等主要用电负荷区，制梁区电缆应一备一用。

3.8.2 水管布置原则

水管布置应遵循取水、供水分离、主要功能区单独供水的原则。应设置储水箱，当水源流量大于用水高峰流量时，储水箱容量满足紧急用水需求即可；若水源流量小于用水量时，则需根据最大用水量并考虑必要储备计算储水箱容量。

3.8.3 蒸汽管道布置原则

蒸汽锅炉应设置在拌和站和生产区一侧，以减少蒸汽管道长度。蒸汽管道应留有出气孔、排水孔和U 型弯，同时，管道宜架空设置，以防止地基不均匀沉降，导致管道破损。

4 制梁生产工艺和设备配置

4.1 制梁工艺

根据笔者的施工经验和相关国家标准，典型的后张法箱梁施工工艺流程如图1 所示。需要说明的内容包括以下几点：

图1 后张法箱梁预制施工工艺流程

（1）分体式绑扎工艺的工效较慢、整体性差，现在已很少使用，多数采用整体式绑扎工艺，将钢筋笼整体绑扎成型后，吊入外模，安装端模和内模，进行混凝土浇筑。

（2）滑移式侧模需进行地基处理和安装轨道，相较整体式侧模制梁，工效较慢、模板整体性差、尺寸偏差、模板调整工作量大，现在已很少使用。

（3）张拉和压浆作为关键工序，对质量要求很高，现多数采用自动张拉设备和自动压浆设备。自动张拉设备和自动压浆设备具有远程数据传输、参数自动生成、断电保护、施工过程自动控制等功能，相较以往传统张拉压浆设备节约了人力，提高了效率。

（4）钢筋加工设备多采用数控钢筋加工设备，相较传统的小型机械，其加工效率高，外形尺寸偏差小，可节约人力。

4.2 资源配置

典型的箱梁预制场资源配置见表1。

表1 32m 箱梁梁场资源配置（生产能力2 榀/d）

综上所述，预制梁场是高速铁路建设中的重要大临工程之一，特点是工程量大、占地面积大、投资规模大等，做好梁场的规划设计是重中之重。好的规划设计经济实用，有利于提高制架梁效率。经过中国高速铁路十多年的发展，工艺、方法和理念不断更新发展。本文根据笔者自己的施工经验，介绍了部分新的方法和工艺，以供大家参考。