客运专线运梁车过隧道的可行性技术分析

客运专线运梁车运箱梁过隧道的可行性分析武小芳（中铁七局集团第一工程有限公司 洛阳471001）摘要：通过对新建铁路天津至秦皇岛客运专线四标线路平纵曲线、隧道结构尺寸、运梁车结构尺寸及双线简支箱梁尺寸等在运梁车运梁过隧道过程中对箱梁翼缘板净空影响分析，并采取临时降低隧道铺底高程等措施，以达到运梁车运梁过隧道及节约梁场建设成本的目的。关键词：双线简支箱梁 运梁车 隧道 结构尺寸 平纵曲线随着高速铁路建设的全面展开，双线简支箱梁在高速铁路中得以全面的运用，在建设项目箱梁制运架总体方案的制定过程中因隧道结构尺寸、运梁车尺寸、箱梁结构尺寸及隧道净空等因素影响，需另设梁场或部分箱梁改为现浇法施工。如果采取措施能使运梁车运梁过隧道，将对梁场建设布置、箱梁的运架方案给予充足的调整空间，针对这一情况，本文以新建设铁路天津至秦皇岛客运专线四标箱梁的制运架为例，通过对运梁车过隧道的可行性技术分析入手，探索双线简支箱梁运梁过隧道的施工方法，从而达到降低梁场建设投入、优化箱梁的制运架方案及缩短工期的目的。1 工程概况新建铁路天津至秦皇岛客运专线四标双线简支箱梁共833孔，全线所有隧道工程零散分布于四标段内，按指导性施工组织设计，自柳新庄隧道至东山隧道间602孔箱梁由7号滦县梁场负责箱梁制运架工作。在架桥机的就位及箱梁的运架过程中需通过部分隧道，其中7号滦县梁场运架需通过依次通过峰山隧道、马庄子隧道、常家沟隧道及张家沟隧道。采用北京万桥DJ900过隧道架桥机及秦皇岛通联TLC900运梁车进行箱梁的运架。2 结构尺寸及相关设备参数2.1 隧道结构尺寸根据设计文件津秦客专施隧参01，津秦客运专线隧道断面内轮廓净面积不小于100m2，隧道线间距为5m且曲线地段不考虑加宽。隧道内设双侧求援通道1.5m，求援通道走行面高于轨面30cm。隧道内铺设CRTS型板式无碴轨道，轨顶至仰拱填充面（或底板顶面）高度为0.779m。隧道大圆半径665cm，级围岩底板及找平层厚度为40cm，其余仰拱填充内圆半径1567mm，最大厚度122cm，。2.2运梁车结构尺寸空载状态运梁车含驮梁台车的整体高度为中位3763.7mm，上下可调300mm；重载状态下在空载的状态下考虑轮胎变形80mm，故重载下运梁车含驮梁台车整体高度为中位3683.7300mm。亦即整体最大高度为3983.7mm，最低高度为3383.7mm；梁车过隧道时，运梁车含驮梁台车整体高度调整为3500mm，此时梁车可调整最大高度为3500mm-3383.7mm=116.3mm。运梁车过隧道时考虑照明要求，对运梁车进行改装，配备了独立的发电机组作为照明系统和空调系统供电。调整后运梁车全长(含两端驾驶室)42.5m，不含驾驶室长39m，运梁车两侧轮胎最外边缘距离为6.3m。图12.3 箱梁尺寸根据经规院颁布的通桥（2008）2322A-图集，32m双线简支箱梁顶宽12m，梁底宽5m，梁高3.078m。接触网支柱最外缘螺栓柱距翼缘板外侧0.115m，高出梁顶面0.608m。图23 可行性技术分析3.1直接运梁过隧道首先论证运梁车直接运梁过隧道方案的可行性，运梁车直接在设计底板顶或仰拱填充顶面行走。因不同围岩衬砌隧道内轮廓均相同，在此以级围岩衬砌类型为例进行计算验证。图3根据上图，经计算：H=R+H1+H2-H3-H4=328.2cm(1)式中：R为隧道内轮廓半径，取665cm；H1为隧道内轮廓圆心与内轨顶高差，取243cm；H2为内轨顶与底板顶或仰拱填充顶面高差，取78cm；H3为32m双线简支箱梁高度，取307.8cm；H4为运梁车重载过隧道时高度（含驮梁台车），取350cm。根据圆形几何性质可得：(2)由上式可见梁顶总宽度1200mm大于L，不能直接运箱梁过隧道。经上述计算可以确定，采用运梁车直接运输箱梁过隧道方法不具备可行性。3.2 临时降低隧道铺底运梁过隧道根据施工者客运专线隧道的施工经验，拟采用临时降低隧道铺底顶面（亦即降低底板顶面或仰拱填充顶面）高程的方法，以达到满足运梁车运梁过隧道施工要求。在运梁车运梁过隧道时，梁顶与隧道内轮廓最小安全距离按15cm考虑，运梁车重载时高度（含驮梁台车）为350cm。3.2.1运梁车运梁过隧道时基本技术参数运梁车高度（含驮梁台车）H4=350cm；运梁车两侧轮胎最外边缘距离为W=630cm；隧道内轮廓半径R=665cm；隧道内轮廓圆心与内轨顶高差，H1=243cm；内轨顶与底板顶或仰拱填充顶面高差H2=78cm；32m双线简支箱梁高度H3=307.8cm；3.2.2可行性分析方法按照上述基本参数，可从以下两方面进行可行性技术分析：3.2.2.1控制梁顶净空，确保梁车行走面不侵入仰拱二次衬砌假定预留极限净空=15cm（横向净空16.22cm），再根据运梁车运梁过隧道时运梁车的具体设备参数、箱梁高度、箱梁顶板宽度及隧道结构几何尺寸等数据，计算运梁过隧道运梁车行走面是否侵入仰拱二衬。如果侵入仰拱二衬，则此方案不具备可行性。3.2.2.2控制运梁车行走面高度，确保梁顶板净空满足施工要求假定运梁车行走面与仰拱的一条水平弦等高。此弦为水平，且被隧道中心线平分，弦长为运梁车两侧轮胎最外边缘距离为W=6.3m。以上状态为方案可行的极限状态，若此状态下运梁车运梁过隧道时翼缘板顶部净空=15cm尚能满足运架梁施工要求，则该方案可行，否则不可行。本文进行技术可行性分析时采用第一种方法进行验证。3.2.3技术可行性分析过程仅以级加强复合式衬砌为类予以分析，其它衬砌类型可据此类推,在此不再赘述。3.2.3.1线路平纵曲线对净空的影响运梁车运箱梁通过平面曲线隧道时，曲线将对箱梁的横向净空产生影响。在隧道内曲线地段在保证箱梁两端净空满足要求下，箱梁跨中位曲线内侧将出现横向净空减小的情况，曲线外侧横向净空将会增加。新建铁路天津至秦皇岛牢中运专线四标段涉及运梁车运梁过隧道的隧道平面曲线全部为直线，实际运架过程中可不考虑线路平曲线对箱梁横向净空的影响。当隧道内设置有竖曲线时，竖曲线将对箱梁的竖向净空造成影响。箱梁通过隧道竖曲线地段时，箱梁跨中翼缘板位置将出现竖向净空增加或减小的情况。当竖曲线为凸形时，跨中翼缘板竖向净空增加，此种情况的出现更有利于箱梁的过隧道运架；当竖曲线为凹形时，跨中翼缘板竖向净空减小。最不利情况出现在箱梁整体位于竖曲线上，其减小值可按下式计算：（3）上式中竖曲线半径R按30000m计算。3.2.3.2直线段且不设竖曲线的技术分析采用控制翼缘板顶部净空=15cm的方法进行验证时，以级加强衬砌类型为例，其几何尺寸如下图所示：图5根据上图，经计算：（4）式中：R2为与隧道内轮廓圆同心圆的半径，取650cm；L为箱梁翼缘板宽度，取1200cm；H为翼缘板顶与拱顶高差；为翼缘板顶外缘与内轮廓距离，暂以15cm计。由上式可得H=H4+H3+H-R1-H1-H2=86.8cm（5）式中：H1为隧道内轮廓圆心与内轨顶高差，取243cm；H2为内轨顶与底板顶或仰拱填充顶面高差，取78cm；H3为32m双线简支箱梁高度,取307.8cm；H4为运梁车高度（含驮梁台车）,取350cm；R1为隧道内轮廓圆半径，取665cm；由上图亦可计算得：（6）式中：R3为仰拱内圆半径，取1567cm；L1为仰拱内圆一条水平弦弦长，取630cm；A为弦长为L1弦所对的弦矢距；由设计图纸可知仰拱填充最大深度为122cm ,显然按图中所示下式成立A+B=122cm，则B=90cm-（7）由上述(5)式及(7)式，BH，再结合图5可知，运梁车运梁过隧道时，在保证净空的要求下，运梁车行走在仰拱面以上3.2cm。如再考虑凸形竖曲线对箱梁翼缘板顶部净空影响（=4mm），理论运梁车行走面与底板或仰拱顶的竖直距离H= 2.8cm。由此可以得出如下结论：当运梁车（含驮梁台车）高度为3.5m（暂不考虑运梁车可下调116.3mm），运输32m箱梁过隧道时，采用暂时降低底板或仰拱填充面高度方案，运梁车行走面高于仰拱填充面，运梁车行走面不直接接触仰拱衬砌，在确保二次衬砌整体稳定的同时能满足箱梁的运架要求，具备可操作性。4 运梁过隧道施工方案经过以上述理论计算，理论运梁车行走面至底板或仰拱填充顶面高差H86.8mm，考虑行车面不平整及运梁车加工误差影响，施工时H值按90cm考虑。同时不考虑箱梁预制过程中预埋接触网支柱螺栓，采用预埋套筒，箱梁架设完成后再植入螺栓并进行锚固。4.1 各类围岩衬砌类型施工总体方案4.1.1级衬砌地段级围岩段道床底为30cmC35钢筋混凝土底板及10cm的底板找平层，需道床底面以下预留90cm，以满足运梁车过隧道时的净空要求。同时为确保衬砌台车在施工拱墙二衬有必要的工作面，两侧各预留207.8cm的衬砌台车行车平台，平台顶面与设计底板顶标高一致。轮胎外缘预留35cm的活动空间，以便箱梁运架过程中调整运梁车行走轨迹。施工时需在设计的底板开挖线下挖50cm，考虑到实际爆破作业不平顺情况，级围岩自设计底板开挖60cm。开挖完成后再施作10cm的C35混凝土找平层，确保运梁车通过时的整体平顺。具体细部尺寸见下图6图64.1.2级、级及级衬砌地段仅以级加强衬砌地段为例，除级围岩采用上述上述方法施作外，其实均参照下图施工。级加强围岩段道床底为50cm122cm厚C25混凝土仰拱填充、65cm厚C35钢筋混凝土仰拱二衬及28cm厚C35喷射混凝土。过梁时道床底面以下预留90cm，以满足运梁车过隧道时的净空要求。同时为确保衬砌台车在施工二衬有必要的工作面，两侧各预留207.8cm的平台，平台顶面与设计仰拱填充顶标高一致。轮胎外缘预留35cm的活动空间，以便及时调整运梁车行走轨迹。级、级及级围岩仰拱及仰拱下部初期支护按设计要求进行施工，施工完成后仰拱填充暂不一次成型，仅施工运梁车行走面找平层。具体细部尺寸见下图7图74.2施工过程控制措施以上总体方案经理论计算，依据目前设备机械参数及隧道结构尺寸，能保证运梁车在净空为15cm状态下通过隧道。虽然运梁车尚存在一定的高度调整空间，但在理论计算中并未考虑。此下调空间为116.3mm，作为发生不可预见性紧急情况时调整运梁车高度，以确保运梁车顺利通过。本方案目前是建立在理论的理想状态下的技术分析而得出，现场施工隧道内轮廓净空减小、运梁车行走面纵坡不平顺、运梁车加工机械误差、运梁车走行线路等都可能对箱梁顶净空造成直接影响。因此在施工过程中采取措施工加强对相关技术参数的误差控制显得尤为重要。施工过程控制可从以下几方面入手：4.2.1围岩量测控制严格按铁路隧道监控量测技术规程进行隧道的监控量测工作，确保数据的准确性及完整性。在二次衬砌施工前对监控量测进行回归分析，预测最终的变形量，并在二衬施工前予以预留变形量，确保变形稳定后隧道内轮廓不小于设计要求。4.2.2施工测量控制运架前加大测量工作力度，对涉及通过运梁车的隧道的测量工作在现行规范要求的基础上增加监测频次、提高测量精度。尤其是对隧道的内轮廓净空控制、线路平纵定位控制及运梁车行走面高程控制，予以高度重视，各部分结构成型后精度控制在5mm以内。箱梁装车后对箱梁顶至地面高差进行测量。4.2.3隧道内轮廓控制运架前衬砌台车定位时加强对台车面板的定位控制，预留衬砌收敛变形值，确保满足规范要求及衬砌收敛稳定后内轮廓不小于设计内轮廓。4.2.4施工质量控制运梁车运梁过隧道时运梁车及箱梁结构自重直接作用于作用于仰拱顶，施工过程中加强对仰拱初期支护、仰拱及仰拱顶找平层的质量控制。混凝土厚度、混凝土强度、隧底虚碴及初期支护参数等为重点控制对象。确保运梁车通过时仰拱或找平层承载力满足要求。4.2.5中线控制箱梁装车时，控制梁体中线与运梁车中线偏差；同时运梁车过隧道时运行轨迹尽可能与隧道中线重合，可事先用油漆标出隧道中线及梁车轮胎行走路线，监护人员对运梁车的行走轨迹进行监护。4.2.6运梁过程监控运梁车运箱梁过隧道时对箱梁的状态进行监护，由专人负责监护。箱梁顶安排46名监护人员，配置对讲机，随时与司机及外界保持联系，及时传达和掌握箱梁翼缘板外缘净空的动态数据，当梁端或梁跨跨中的净空小于5cm的紧急情况时，应立即停车进行调整。运梁车运梁过隧道时严格控制运梁车行车速度，最大车速不大于0.4m/s，第一次过隧道时车速控制在0.2m/s；运梁车司机优先选用经验丰富者，严禁生手和非驾驶人员操作。4.3应急处理方案运梁车运箱梁过隧道时，箱梁横向移动范围仅15cm，运梁车中线与隧道中线偏差15cm。运梁车行进过程中肯定会存在运梁车中线偏离隧道中线而导致箱梁顶与隧道内轮廓过小或与衬砌发生划擦情况的出现，如此种情况出现后应立即停车，采取以下两种应急处理方案：4.3.1降低运梁车高度正常情况下运梁车过隧道时高度为350cm，此时有116.3mm的下调空间。出现紧急情况后降低运梁车高度，从而增加箱梁顶净空尺寸，再通过运梁车的反复调向，可达到运梁车继续行进要求。4.3.2运梁车斜行运梁车可以整体斜向移动，可以保证运梁车前后沿横向移动一定距离，而不会出现甩尾的现象。因此通过采用运梁车斜行的方法可解除箱梁与衬砌发生划擦的危险。5 需注意的问题客运专线双线简支箱梁运梁过隧道时采取临时降低隧道铺底高度的方案时当运架梁前进方向隧道出口距桥台较近时需考虑运梁车的极限爬坡能力及运梁车喂梁的极限作业平台长度。当隧道出口降低铺底高程后不能满足运梁车爬坡需要及运梁车喂梁极限作业平台长度时，需重新调整运梁车运梁过隧道方案，借鉴新建铁路天津至秦皇岛客运专线四标段关于峰山隧道设计方案，可通过扩大隧道内轮廓半径的方法以达到运梁过隧道的施工要求。6 结语通过对客运专线运梁车运梁过隧道的可行性分析，从理论上证明运梁运箱梁过隧道的可行性，并对客运专线箱梁梁场建设、运架梁设备的选定、箱梁的制运架总体方案等方面起到一定的借鉴意义，取得良好的社会效益及经济效益，具体体现在以下几个方面：6.1优化箱梁施工方案，缩短工期及降低成本新建铁路天津至秦皇岛客运专四标段起点至七家岭1号隧道之间62孔箱梁及大里程方向郑庄隧道至葫芦山隧道之间149孔箱梁由设计的支架现浇或移运模架施工方案优化，优化为分别由三标中铁十七局滦县6号梁场及五标中铁六局8号潘官营梁场进行箱梁的制运架工作。6.2降低因隧道对梁场的选址建设等决策影响，减少梁场建设成本及运架梁设备的投入。6.3根据实际情况合理选择运架梁设备，确保运梁车运梁过隧道参考文献：1铁道第一勘察设计院集团有限公司 津秦客专施隧参012中铁二院工程集团有限责任公司 铁路隧道监控量测技术规程3中铁三局集团有限公司 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准