既有铁路钢梁换架施工工法.docx
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既有铁路钢梁换架施工工法
既有铁路钢梁膺架法换架施工工法
中铁五局六公司
李扬威
1前言
在我国铁路中长期规划中显示，到2020年前将大量进行既有铁路改造，进行改造时将不可避免地出现既有钢梁更换为新钢梁的施工。
我公司在进行汉丹线改造施工时，唐白河大桥2孔64m单线钢梁需要更换为2孔64m双线钢梁。
进行该桥钢梁换架施工时，采用拼拆梁膺架换架法在既有钢梁上下游搭设拼拆梁膺架，在拼梁膺架上完成新钢梁拼装后，搭设移梁滑道，封锁区间、同时横移新旧钢梁，将新钢梁横移就位，开通区间。
本工法就是在此基础之上开发出来的。
2工法特点
2.1进行拼拆梁膺架及其基础施工时，必须对基础及膺架杆件受力进行全面检算，保证在钢梁换架最不利荷载情况下，膺架面有足够的工作面，膺架基础又不会下沉、移位，膺架杆件不会变形、螺栓不会剪断。
2.2移梁滑道采用型钢、钢轨、聚四氟乙烯板组成，移梁滑道各组件必须连接牢固并同膺架及桥墩相连，移梁滑道要根据梁重、支点位置等进行受力检算。
2.3移梁采用水平千斤顶进行，移梁千斤顶同钢梁及滑道相连，所选用移梁千斤顶吨位要根据桥梁重量确定并预留足够的富余量，使其足以克服由于移梁滑道在膺架上局部下挠后滑道面不平顺等增大的阻力。
3适用范围
本工法适用于既有铁路钢梁换架施工，对于新线钢梁架设如地形条件许可采用膺架法施工时，可按本工法在孔位直接拼装膺架进行钢梁拼装后落梁就位，对于双线梁或公铁混合梁，也可参照本工法组织施工。
4工艺原理
4.1拼拆梁膺架法施工工法是在既有钢梁上下游设置拼拆梁膺架，在拼梁膺架上拼装新钢梁，在拼梁膺架、桥墩、拆梁膺架上搭设移梁滑道，封锁区间，将新旧钢梁同时向拆梁膺架一侧横移，新钢梁横移就位后落梁就位（见图4-1：
钢梁换架总布置示意图），既有钢梁摆放在拆梁膺架上并拆除移交设备管理单位。
4.2拼拆梁膺架由膺架基础、支墩及梁部构成，基础形式根据地质情况确定，可采用明挖基础、也可采用桩基或其它基础形式。
支墩采用万能杆件组拼，梁部可利用万能杆件组拼，也可采用拆装梁或军用梁等拼装，膺架基础、支墩、梁部都要根据施工方法进行受力检算。
4.3在以往的施工中，曾采取浮运组装钢梁后顶升换梁法进行钢梁换架，该方法换梁可不进行拼拆梁膺架及基础的安装与拆除，需租用大型船舶、浮吊及大吨位顶升设备进行施工，但该方案需在河道水深、河流宽度满足大型船舶、浮吊进入的情况下方可实施，唐白河由于河水深度及河流宽度等不能满足该条件，故无法组织实施。
4.4铁道第四勘察设计院在进行唐白河钢梁施工图建议施工方案中，建议采用路基拼拆梁膺架纵移法施工,即在加宽的路基上进行新梁拼装及旧梁拆除，新梁在加宽的路基上拼装后先纵移再横移就位，旧梁先横移再纵移到加宽的路基上拆除。
采用该方案比本工法增加路基加宽及纵移工作量，而且由于新旧钢梁在膺架上纵移，对膺架强度要求提高，大大增加了膺架及其基础的工作量。
5施工工艺流程及操作要点
钢梁换架施工工艺流程见“图5-1钢梁换架施工工艺流程图”。
5.1钢梁杆件的运输及存放
钢梁在桥梁制造工厂制造并经预拼合格后,利用火车及汽车将杆件运输至施工地点存放到指定位置。
杆件存放后，主要杆件必须以钢梁拼装期间汽车吊能顺利将全部杆件转移至膺架上为原则,其他小型杆件（人力能搬动）则全部进库房存放，拼装时取用。
5.2拼拆梁膺架安装、拆除
膺架支墩采用万能杆件拼装，梁部采用万能杆件或拆装梁、军用梁等杆件组拼。
杆件的拼装利用扒杆及杆件拼装吊机进行。
组拼膺架的杆件进行清理后，利用汽车吊、运输船等将杆件转移至拼装点进行拼装，或直接从所拼装的膺架上运输至拼装点进行拼装。
拼装吊机安装位置随膺架拼装进度移动，以方便杆件拼装为原则。
膺架的拼装顺序按膺架全长范围先拼装宽2m的引梁后，再向上下游将引梁加宽，形成膺架。
膺架拆除步骤同拼装步骤相反，拆除时先将膺架全长范围纵向中部2m
以外杆件拆除后，在拆除剩余的膺架杆件。
膺架拆除杆件通过膺架及运输船运输至岸上，经分类整理后退场。
5.3钢梁拼装及高强度螺栓施拧
钢梁的拼装采用膺架法施工按杆件进场的检查验收、高强度螺栓试验、杆件预拼、杆件拼装、质量检查等程序进行。
钢梁杆件利用拼梁龙门吊吊装（拼梁龙门吊参数为：
跨度14m、额定起重梁5吨、起吊小车吊钩最低吊点低于走行轨12m）。
为保证高强度螺栓施拧施工质量，兼顾工程进度，采用风动扳手初拧，电动扳手终拧，扭矩值的检查采用百分表扳手进行。
由于钢梁拼装及高强度螺栓施拧均为常规施工，本工法中不作详细叙述。
5.4桥上线路处理及光电缆过渡
联合桥上设备管理单位对桥上线路进行处理，在钢梁两端设置普通钢轨接头，以保证钢梁横移就位后桥上线路能及时恢复。
将既有桥上所布置的光缆、电缆等进行过渡，保证移梁期间区间通讯、信号、电力等畅通。
5.5过梁及移梁滑道安装
移梁前，将移梁范围内除既有钢梁支座位置的移梁滑道全部安装就位，区间封锁后，顶起钢梁，拆除既有支座，安装支座处移梁滑道并与已安装的滑道连接成整体。
移梁滑道分上滑道和下滑道，下滑道固定在过梁上，过梁通过螺栓同膺架万能杆件相连，上滑道安装在端横梁下翼板及支座座板上，滑道结构见图5-2“滑道结构示意图”。
移梁上滑道由调整杂枕、钢板及聚四氟乙烯板组成，调整杂枕安装在钢梁横梁与钢板之间，厚度为半个下弦杆高度。
钢板同聚四氟乙烯板及钢梁横梁之间采用沉头螺栓固定，固定时利用横梁上既有高强度螺栓孔将上滑道直接安装在横梁或支座座板上。
移梁下滑道由三根P50钢轨并列放置组成，钢轨在轨腰钻孔后利用长螺栓及特制杆件将三根钢轨连接成一个整体。
下滑道安放在过梁上，利用
型弹条扣件同过梁杆件相连，下滑道过梁利用螺栓同膺架相连，以确保移梁横向力全部传递到膺架上。
过梁采用六根槽钢并列组成，目的为确保移梁时钢梁重力能顺利的传递到膺架及桥墩上，过梁槽钢采用特制长螺栓利用其腹板上螺栓孔连接成一个整体。
上滑道固定螺栓
钢梁端横梁
上滑道钢板
下滑道钢轨
上滑道挡块
上滑滑板
（聚四氟乙烯）
连接螺栓
钢轨固定件
（II型弹条扣件）
过梁槽钢
图5-2滑道结构示意图
5.6移梁千斤顶安装
移梁千斤顶（移梁千斤顶主要参数：
行程1000mm、顶梁速度1m/分钟、顶力30吨）通过特制件安装在移梁下滑道及钢梁上，由于移梁时移梁反力需传递到下滑道钢轨上，为此需制作特制件将移梁千斤顶同移梁滑道相连，保证移梁时千斤顶反力能全部传递到移梁滑道上。
钢梁移梁作用点为主桁端节点。
见图5-3“移梁千斤顶安装示意图”。
5.7既有钢梁上护轨拆除及新钢梁上护轨安装
移梁前申请慢行点，慢行期间，将既有钢梁上护轨拆除安装到新钢梁上，护轨安装长度应短于钢梁，钢梁与混凝土梁结合部位的护轨待新钢梁就位后安装就位。
5.8既有钢梁支座锚栓一侧支承垫石混凝土凿除及锚栓切除
为缩短区间封锁时间，需在封锁前将既有钢梁支座锚栓全部切除，为此，在区间封锁前一段时间内申请列车60km/h慢行进行支座锚栓一侧混凝土凿除，凿除深度及宽度应满足切除锚栓需要。
5.9钢梁横移
区间封锁后，按下列步骤进行钢梁横移工作：
5.9.1拆除桥上线路
桥面施工人员根据钢梁横移要求，将钢梁与两端的混凝土梁结合部位钢轨拆除，所拆除的钢轨根据新钢梁横移就位后的钢轨铺设情况，将移梁后需铺设的钢轨及配扣件放置在钢梁两端的混凝土梁上，其余需拆除的钢轨则先随既有钢梁横移，在拆除既有钢梁时一并拆除。
5.9.2既有钢梁顶梁
桥上线路拆除后，利用已安放就位的顶梁液压千斤顶将既有钢梁顶起，顶梁时要根据既有钢梁支座拆除及移梁滑道安装要求，将既有钢梁起顶到要求高度。
5.9.3既有钢梁支座拆除
既有钢梁支座的拆除在钢梁起顶后进行，为便于支座与桥墩分离、移位，钢梁起顶时，其上摆螺栓不拆除，在钢梁起顶，支座下方安放支座横移辊轴后，落梁、拆除上摆螺栓再顶梁，使支座同既有钢梁分离并摆放在辊轴上移出后，使用链条滑车将既有钢梁支座悬挂在钢梁上随梁一同横移。
5.9.4移梁滑道补充
列车慢行前，将既有钢梁支座位置以外的移梁滑道全部安装就位，线路封锁起顶既有钢梁，拆除既有钢梁支座后，将摆放在桥墩上的既有钢梁支座位置移梁下滑道安装就位并同已安装的移梁下滑道连接。
5.9.5落梁、安装移梁千斤顶
移梁滑道补充并确认无误后，松动既有钢梁顶梁液压千斤顶，将既有钢梁放置到移梁滑道上。
落梁前将移梁千斤顶放置到移梁滑道上，落梁后对其进行位置调整，安装移梁千斤顶与下滑道及钢梁连接件插销，将钢梁、移梁千斤顶、移梁滑道连接成整体。
5.9.6钢梁横移
开动液压油缸，进行钢梁横移，钢梁的横移采用两孔新梁及两孔既有梁同时横移。
移梁时要统一指挥，每孔梁移梁千斤顶顶梁速度保持一致。
移梁前在每条滑道一侧布置钢梁横移标尺，移梁过程中每条滑道安排一人监控钢梁横移速度，并随时向施工负责人报告移动速度，如遇到同孔梁速度相差过大，要停止速度较快一端移梁，待较慢的一端跟上后再同时横移。
既有钢梁横移就位后摆放在膺架上，新钢梁移梁至横向中线距离设计位置50mm时要进行第一次确认，到距离设计位置20mm时要进行第二次确认，经两次确认无误后，方可横移就位，防止过移情况发生。
新钢梁就位后，拆除移梁千斤顶。
5.9.7移梁滑道的拆除
钢梁横移就位后，安装起顶液压千斤顶，顶起钢梁，拆除支座位置移梁滑道。
滑道的拆除采用人工进行，拆除时，需顶起钢梁，在滑道不受力后将其平移至桥墩不影响落梁的位置上。
为缩短封锁时间，落梁前仅将影响钢梁落梁就位部分（支座位置）的滑道拆除，其余位置滑道在钢梁就位，线路恢复行车后拆除。
5.10新钢梁定位
落梁后，调平各个支点，对钢梁进行一次精确测量，并根据钢梁制造时的标准温度、钢梁出厂时的实际制造误差以及各桥墩中心线的施工误差、梁端间隙等综合考虑，确定出固定支座的精确里程及位置。
在钢梁落到距支座表面1～2cm时再全面复查一次平面位置，达到要求则落梁定位。
5.11支座安装
由于支座安装后需立即开通线路，支座同桥墩间的调平采用干硬砂浆进行，支座安装时，必须根据支座定位时的温度认真设置活动支座相错量。
支座锚栓孔利用专用早强混凝土或早强细石混凝土灌注。
5.12桥面轨道恢复
落梁后，桥面施工人员同时进行桥面轨道恢复。
桥面轨的恢复仅需将钢梁同其两端混凝土梁间拆除的钢轨（含护轨）安装就位即可。
钢轨铺设后，经检查达到放行列车条件后放行列车。
5.13区间开通后工作
钢梁横移就位恢复行车后，利用区间行车天窗点进行钢梁安装。
新钢梁需在移梁后安装下弦活动检查吊栏、人行道、枕间步行板、上弦检查梯等附属设施,并将过渡的光缆、电缆等按设计重新布置到钢梁上,钢梁上的临时线路按设计标准铺设成正式线路。
6材料与设备
钢梁换架所使用的材料与设备见“2孔64m钢梁换架材料设备配置表”。
2孔64m钢梁换架材料设备配置表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
膺架基础施工设备
套
1
根据膺架基础形式确定
2
汽车吊
25t
台
1
3
载重汽车
20t
台
2
杆件运输
4
拼梁龙门吊
10t
台
1
5
发电机
120kw
台
2
备用一台
6
电动扳手
台
6
7
风动扳手
B30
台
10
8
移梁千斤顶
50t/40t
台
7/4
50t千斤顶备用3台
9
顶梁千斤顶
100/200t
台
20/10
各备用4台
10
经纬仪
台
1
11
水准仪
台
1
12
滑道槽钢
40#
m
1056
13
滑道轨
P50
m
528
14
聚四氟乙烯板
8mm
Kg
200
7质量控制
7.1钢梁杆件倒运到施工场地后，要对其外形尺寸、焊缝、摩擦面喷漆质量、涂装等作认真检查，不合格品严禁使用。
7.2存放杆件时，杆件下方用素枕垫平垫牢，采用两个支点支垫时两端悬出长度为杆件的1/5，多层堆码时，各层间垫块应在同一垂直线上。
7.3堆放杆件时，主桁弦杆、竖杆、斜杆应将主桁面内的钣竖立，纵横梁将腹钣竖立，大节点钣竖立放置。
7.4拼装前，对即将拼装杆件的摩擦面进行认真清理，用刮刀、铜丝刷、汽油、棕刷等除去摩擦面上的油污、灰尘等，检查各栓孔，用三角刮刀清除栓孔飞边。
7.5使用冲钉前，应将普通冲钉及定位冲钉中一种作明显标志,使用时定位冲钉用于同一杆件栓群周边四角点栓孔上。
7.6拼装时，所上冲钉应不得少于眼孔的30％，其余孔眼布置螺栓，冲钉和螺栓应均匀对称安放，螺栓初拧后方可松钩。
所用冲钉用螺栓替换时，应边退出冲钉边上螺栓，不得一次退出所有冲钉。
7.7高强度螺栓施拧时，应从节点中部向四周进行或从刚度大的位置向刚度小的位置进行，初拧值应控制在终拧值30～70％。
7.8高强度螺栓施拧过程中，间隔2～3小时检查一次扭矩值，如该值同规定值不一致时要及时调整。
百分表扳手的标定应定期进行。
7.9钢梁表面油污、灰尘、锈迹等清除干净后方可喷涂油漆。
气温低于5℃，湿度大于80％时不得涂装。
7.10安装上滑道、移梁油缸时，要利用杂木板，钢板等保护钢梁，防止移梁过程中对钢梁造成伤害。
7.11移梁过程中，各移梁点速度应一致，保证桥梁受横向力基本均匀，确保钢梁杆件不因移梁遭受损坏。
8安全措施
8.1施工前，由建设单位组织运营、设计、施工等部门召开协调会，协调及解决行车与施工中的安全问题。
8.2安排施工方案必须以保证行车安全为前提，做到标准化作业，现场人员必须戴牌上岗，施工人员必须着工作服，戴安全帽，高空作业人员配带安全带。
换梁工地未按规定设置防护，不准开工。
8.3施工前，由施工总指挥组织有关人员认真学习《铁路架桥机架梁暂行规定》（铁建设（2006）181号）、《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1-2003）、《铁路技术管理规程》、武汉铁路局《行车组织规则》和铁道部、武汉局下发的有关营业线上施工的规定，明确标准，落实责任，并进行安全、技术教育和详细的技术交底，明确各自职责，确保施工中行车、人身安全，各部门相应对参加施工人员进行施工前安全、技术教育，未经教育的不准参加施工。
8.4工地负责人在施工开工前，必须按规定申报施工计划、方案，经上级批准后，方可开工。
各项施工，要严格执行“三级施工控制命令票”制度。
并按武汉局《行车组织规则》规定于施工前一日８时与车站值班员办理施工请求书。
经车站值班员签认后方可施工。
8.5施工防护员须经考试合格后的铁路职工担任。
驻站防护员要严格按照施工命令，认真做好运统—46登记，及时预报、确报各次列车，不间断地同工地联系；工地防护员严格执行防护规定，按规定设置防护标志，保证防护信号及备品齐全有效。
8.6通讯联络设备电源要充足、齐全，做到使用性能良好，各施工负责人及防护员须配备对讲机，随时联系。
8.7封锁区间施工时，如因特殊情况不能按时开通线路或不能按正常速度放行列车时，应提前通知车站值班员，要求延长时间。
8.8移梁期间，驻站联络员、防护员等要提前到位，以保证列车行车安全及施工人员安全。
8.9移梁前，利用移梁滑道将拼梁膺架、拆梁膺架、桥墩连接成一个整体，以保证移梁稳定。
8.10过梁、移梁滑道安放位置必须正确、平稳、牢固，保证移梁期间滑道不产生横向移动松弛。
8.11移梁时，必须统一指挥，各移梁千斤顶要同步进行移梁工作，安全巡视人员、桥墩及桥面工作人员要随时观察钢梁移动状况，发现异常及时通报并停止移梁，待处理后再进行桥梁横移。
8.12配备水上救生设施，发生异常情况时及时进行处理。
8.13移梁前需将梁上、桥墩上不使用材料机具转移到地面存放，移梁使用的工具材料不使用时要妥善保存，防止其高空坠落伤人。
8.14为确保移梁安全，正点开通线路，对施工人员应反复进行移梁方案培训，现场要进行移梁指挥、通讯演练及防护应急演练。
8.15认真编制应急预案并逐项落实，以应对突发事件。
9环保措施
9.1施工现场的噪声、空气质量、水质和固体废物以及其它污染物的管理应符合国家和当地法规,并应加强检查和监控。
9.2。
施工范围两侧应设置排水沟，污水须经处理后才能排入河道,防止生产、生活污水、机械废液对环境造成污染
9.加强设备保养,保证设备处于良好状态，降低机械噪声。
合理安排机械作业时间，最大限度减少噪音的叠加效应。
采取措施防止机械、车辆停放、维修以及油品存放时油品泄漏。
9.4工程施工完成后，及时进行施工现场清理，拆除废弃临时设施，多余材料及建筑垃圾清运出现场，作到工完场清。
10效益分析
我公司汉丹线唐白河大桥2孔64m下承式栓焊梁换架采用了该方法，通过方案优化，采用直接在膺架上拼装钢梁后横移就位，同设计院施工图上提供的建议方案相比较，在临时工程上，减少填方12000m3、现浇200号砼面层厚25cm石灰土基层15cm计21580m2、浆砌片石2100m3、钢轨后背桩安拆70吨、纵移滑道434m、膺架万能杆件安拆1300余吨、特制杆件制安拆180余吨。
经测算，采用该工法进行换架，比膺架拖拉换架降低施工费用201万余元，为提高单位经济效益起到了十分重要的作用。
换梁后，襄樊晚报、襄樊电视台、楚天都市报对我公司唐白河钢梁换架均进行了报道，增加了我公司的知名度，对今后承揽类似工程起到了积极作用。
11应用实例
汉丹线唐白河大桥为7－32m简支预应力混凝土T梁＋2孔64m下承式钢梁＋1－32m简支预应力混凝土T梁，全桥长402.3m，建于1961年，右线为既有线，左线预留，线间距为4.0m。
既有桥主跨2孔64m下承式钢梁为单线钢梁，每孔梁重250.6t。
既有桥墩采用圆端形双线桥墩，基础为沉井基础。
桥上线路位于直线平坡上，木枕明桥面，60kg/m钢轨普通无缝线路。
汉丹线改造后需拆除单线钢梁，架设2孔64m双线下承式栓焊梁，我公司进场后，按照武汉铁路局武襄铁路建设指挥部要求，2006年6月9日开始膺架基础施工，8月2日开始拼拆梁膺架拼装，12月16日开始钢梁拼装，2007年3月31日完成钢梁主体拼装，5月16日完成换梁前全部准备工作，6月26日完成换梁（封锁时间为6:
30-14:
25，共计耗时475分钟），11月30日完成既有钢梁、拼拆梁膺架及钢管桩基础拆除。
我单位在既有铁路钢梁换架中,采用了拼拆梁膺架换架法施工，钢梁换架后，经检测，钢梁拱度、轮廓尺寸及高强度螺栓扭矩值等各项指标均达到设计要求，各项指标满足“验标”要求。
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