建筑遗产7期 任化庆 铺架设备调头方案比选

铺架设备调头施工方案比选中铁十五局六公司任化庆【摘要】：本篇详细介绍DPG25铺轨机组在场地条件无法满足铺设小曲径三角线情况下的几种调头转换方案的对比，简化了利用既有车站三角线调头相关程序的办理,节约了施工工期,降低了施工成本。【关键词】：铺轨机场地有限小半径曲线调头1前言我国普通有缝线路的铺架施工，大都采用不同类型的铺轨机铺设成品轨排、架桥机架设成品梁，而这些大型铺架施工设备大都采用单方向作业，这就不可避免要进行机械设备的调头转换。在场地足够的情况下，一般采用铺设临时小曲径三角线或者利用机车牵引在附近既有线上通过调头三角线进行大运转，实现铺架设备调头的目的。而当既有车站三角线距离较远、跨线较多、协调难度较大，且场地有限，无法满足铺设小曲径三角线时，如何将重达几百吨的庞然大物安全快速的调头、转场，是很多铁路铺架施工单位面临的一大难题。2工程概况及现状调查2.1铺架基地场地较小巴新铁路，起自内蒙古自治区锡林郭勒盟的西乌珠穆沁旗所在地巴彦乌拉镇，终到辽宁省阜新市衔接国铁新义线的新邱站。线路全长486.845km，是迄今为止我国以民营资本投资的最长的民营铁路。铺架基地位于巴新铁路中间，临近既有线赤大白铁路，长750米，宽200米，共五股道，两个机修车档，基地内设轨排生产区、道碴存储区、轨排存放区、机车车库、基地值班室等，可用于调头的场地只有120m×150m，如图一阴影部分所示。图一铺架基地可用调头场地示意图2.2工期十分紧张巴新项目部自2009年5月份进场以来，由于前期业主资金短缺、征地拆迁滞后等原因工程一度处于停滞状态，直到2012年9月28日铺架才正式开工,实际铺架开工日期比合同开工日期滞后1247天。在前期线下单位受资金、征地拆迁等影响严重滞后的情况下，业主要求2014年元月20日小里程铺通并与集通铁路接轨达到临管运输条件。保质保量按期完成巴新铁路铺架施工任务，关乎着公司后续巴新铁路运输运营权以及远期蒙东辽西铁路建设市场的开拓与稳固。在场地小、工期紧、困难多、任务重的情况下，尽快完成铺架设备调头工作已迫在眉睫。2.3需要调头设备状况需要调头的设备有DPG25铺轨机组（包含铺轨机一号车、二号车及倒装龙门）、DDJ166架桥机组（架桥机一号车、二号车、倒装龙门）、DF-4B型机车5台。过轨设备调头条件要求苛刻具体性能参数如下。其中DPG25铺轨机组主机（一号车）车体长28m，自重：117顿，最大轴重29.8吨，车体轮对为前五轴后四轴，通过最小曲线半径180m；外形尺寸：47300×4100×6200（最高作业状态），47300×3650×4300（现场运输状态），见图二。图二DPG25铺轨机主机图机动平车（二号车）为两辆特种平板车（加装设备）联挂不摘钩；二号车自重66吨加上托运的倒装龙门重10.4吨，共计76.4吨，二号车通过最小曲线半径180m，外形尺寸：27930×3350×3765（作业状态），27930×3000×3765（非作业状态）；倒装龙门外形尺寸：长×宽×高：3000×4440×6140（作业状态），3000×4440×3990（运输状态）。见图三。图三二号车简图3调头施工方案比选3.1方案一：用可用场地铺设临时小曲径三角线调头方案在铺架基地或者利用沿线车站铺设临时三角线进行机械调头转换，采用“三角”形线路进行调头作业，场地处理以满足铺设小曲径三角线要求即可，即利用自带动力沿三角线进行调头作业，如图五所示。图五三角线调头方案示意图优点：采用此方案，由于不用额外加工制造任何辅助装置，仅是铺设临时三角线靠铺轨机自带动力来完成调头，因此，相对于“方案一”投入费用较少，此外，该方案也较为方便、快捷；缺点：由于铺轨机的整机长度为47,3m，加之线路附近的可用空间较少，且车辆为前五轴后四轴，通过最小半径设计为300m，因此，该方案对场地空间要求较为苛刻，受限较大，因此，此方案行不通。3.2方案二：租用附近既有车站三角线进行调头方案优点:此方法节省人工铺设及回收临时轨排，调头过程较简单、快捷，无需额外租用吊车等机械设备，节省人工；缺点：租用附近既有车站三角线进行调头作业，但长途挂运时主机高度4300mm，重心高度1800mm，主机宽度达宽度3650mm,会车距离仅为375mm，属于一级超限，调头作业前一方面要报铁路局相关部门审批批准，另一方面还要租用路局机车牵引。运输费用较高，审批程序繁杂、受制于人，协调审批周期较长。既浪费资源，又耽误工期；据调查，最近的既有车站三角线距铺架基地近600km，三角线租赁费、机车牵引费、协调费、运输费用，约需70万左右，因此此方案不适应。3.3方案三：吊车辅助转盘调头方案先将DPG25铺轨机大臂拆解后，采用一个桥梁转向架，一端放于转向架上，然后另一端采用大吨位汽车吊吊起并旋转180度来完成DPG25铺轨机的调头作业。如图四所示图四吊车辅助转盘调头方案示意图优点：采用此方案，可以降低调头的作业时间；缺点：此方案需拆解大臂，而且由于采用桥梁转向架作为转盘，一端用吊车吊起旋转，转盘安放处的基础必须进行处理；铺轨机主机是有多部分通过螺栓及插销连接组装而成，采用吊车将车体一端吊起，容易导致车体在巨大的剪切应力的作用下而产生挠曲变形。另外，架桥机的整机高度较高，如果采用此方案进行调头作业，整个调头过程的安全性、稳定性较难保证。3.4方案四：拆解车体，分部调头后重新组装方案对铺架设备进行拆解，大臂与车体分离，借助大吨位吊车分部进行调头，再组装调试完成调头作业。经计划部门测算，项目部停工一天损失费用包括机车打温、燃油、平板车租赁费、人员工资约合20万元，按照此方案初步估计约需20天，窝工费用=20×20=400万元。优点：此方法节省人工铺设及回收临时轨排费用，投入人员较少；缺点：DPG25铺轨机是一种全悬臂单臂式的集机、电、液于一身的多功能大型铺轨设备，由走行系统、空气制动系统、吊轨扁担、钢丝绳导绕系统、起吊系统、拖拉系统、导轨回送系统、摆臂结构、液压系统、电气系统及动力系统等部分组成，拆卸车体工序繁琐，且重新组装后调试时间较长，费用及停工代价高昂。3.5方案五：在方案1基础上进行优化改进，铺设一段临时曲线，以反复改变曲线一端方向完成铺轨机的调头方案，如图六所示。图六铺轨机调头方案示意图采用此方案利用现有场地，如上图所示铺设一段长约300米的临时曲线并与基地引入线联通，需要调头的设备缓慢驶入至临时曲线尽头，待车辆停稳后断开并改变非停车端曲线方向，车辆倒退至曲线另一端，重复改变非停车端曲线方向并移动车辆来完成设备的调头作业，通过采取加宽轨矩、设置外轨超高等措施，使通过最小半径减小至160m，采用此方案每台设备的调头需要8次改变曲线方向，因此需要借助两台25t汽车吊配合少量人员，以及一台挖掘机用以精细调整曲线，便可快速完成设备的调头转换。总费用包含：吊车租赁费、挖掘机租赁费、平整场地费、人工费，共需约3.18万元。优点：不用额外加工制造任何辅助装置、投入费用较少、所需场地空间较小。缺点：由于反复的进退铺架设备并调整曲线，因此，需要协调好机械、人工之间的配合，否则容易造成大量轨枕损坏，从而增加施工成本。综合上述5种方案，根据各方案特点进行技术经济综合比选,并结合施工现场的实际情况，最终选定方案5作为铺架设备最终调头方案,具体情况见表一。表一铺架设备调头方案对比方案方案实施概况需要租用设备或场地及数量需要配合人工数量耗用时间费用测算特点方案一利于铺架基地现有场地铺设临时小曲径三角线调头无307人工铺轨、临时轨拆除费用共计4.8万元场地受限无法采用此方案方案二租用附近既有车站三角线进行调头机车、三角线10较长协调费及机车租赁费、场地租用费、燃油费共计不小于70万元费用高昂、工期较长方案三吊车辅助转盘调头300t汽车吊一台103300t汽车吊租金及人工费合计15万元设备易损坏、费用较高方案四拆解车体，分部调头后重新组装50t汽车吊两台201550t汽车吊租赁费及人工费共计16.5万元费用较高、工期较长、窝工损失较严重方案五铺设一段临时曲线，以反复改变曲线一端方向完成设备的调头25t汽车吊两台、挖掘机一台10325t汽车吊及挖掘机租赁费、人工费、临时轨排铺设费、拆除费共计3.18万元费用较低、工期较短4调头作业流程及操作要点4.1调头作业流程（见图七）图七调头作业流程4.2调头方法及操作要点4.2.1调头作业场地准备对拟调头场地进行平整压实，地基基本承载力[s]0.18MPa，尽量利用原地面，减少土方量，坡度不得大于铺轨机最大纵坡20‰，测量人员将临时曲线中心线放样并打桩。4.2.2铺设临时曲线并进行调头作业调头作业场地平整铺设临时曲线临时曲线与基地引入线连通DPG25铺轨机主机行进至临时曲线终点断开临时曲线与引入线改变非停车端曲线方向并调整线路主机退回至另一端拨接临时曲线与引入线连通主机调头结束驶出临时曲线二号车进入临时曲线开始调头曲线原终点与起点位置重合采用人工铺轨，按照测量桩位，铺设临时曲线要充分利用有限的场地，曲线半径尽量小，为了减小轮对与钢轨间的摩擦，应将轨距调大至1455mm左右，不得低于设计标准轨距1435mm。将铺轨机主机缓慢驶入临时曲线，速度不得大于3km／h,前后轮对两侧有专人跟踪观察，发现紧急情况，立即用对讲机通知走行司机停车，待铺轨机主机前端轮对行驶距曲线端头三根轨枕时，停车并安放前后铁鞋，打开制动，防止溜车。4.2.3采用机械配合人工的方法反复调整曲线直至完成机械的调头转换采用机械配合人工的方法改变曲线非停车端方向，调整线路状况，消除三角坑，曲线反超高等不良地段，方正轨枕，接头等薄弱处用木枕加密轨枕间距，保证接头处钢轨均匀受力，待线路整修合格后，移开前后防溜铁鞋，关闭制动，缓慢行驶至曲线另一端，并重复上述过程。直至铺轨机主机方向旋转180度，联通临时曲线与基地引入线，将铺轨机主机驶出基地停靠在附近车站完成主机调头。5注意事项5.1采用人工或机械拨道的方法调整曲线方向如图八所示，采用人工或者机械直接拨道的方法改变曲线的方向时，随着曲线方向由左曲线逐渐拨直最终变为右曲线，由于只受水平方向的力，在扣配件紧固力的作用下，轨枕的姿态在这一过程中几乎没有变化，这就导致轨距在轨枕及扣配件的束缚下逐渐变小，曲线方向改变越多，轨距减小值就越大，而且承轨槽两侧在钢轨及规矩挡板的挤压下严重受损。影响后期重复利用，造成材料浪费，增加施工成本。图八轨道曲线变化对轨距影响示意图针对这一难题，我们结合现场实际情况，经过反复尝试，最终决定采用两台25T汽车吊，将曲线A、B两端对调，这种方法不但可以改变曲线的方向，而且钢轨间距不发生改变，同时也解决了轨枕槽受损这一难题，以及钢轨接头相错量随曲线的改变而逐渐增大对接头连接的影响；采用汽车吊配合人工改变曲线方向操作简单快捷，大大加快了调头作业的速度。安排专人指挥挖掘机将汽车吊调整后的曲线拨圆顺，消除死弯。5.2曲线轨距加宽值与过轨最小半径铺轨机进入曲线轨道时，在外轨钢轨的引导作用下沿着轨道缓慢前进，，为使铺轨机顺利通过曲线而不被楔住或掉道，轨距要适当加宽。由于轨轮游离间的存在，当前轴外轮轮缘与外轨的作用边接触，后轮占据曲线垂直半径的位置时，即铺轨机通过曲线的内接形式，最为有利，自由内接形式所需最小轨距为：RLqSf22max式中，fS----自由内接所需轨距；maxq----最大轮对宽；L-----转向架固定轴距；R-----曲线半径。由上式可以看出，当maxq、L一定时，曲线半径R和轨距fS成反比，因此适当加大轨距，可以减小通过最小曲线半径，从而减少调头的工作量。图九两轴转向架力学自由内接示意图曲线轨道的最大允许轨距曲线轨道的最大轨距，应切实保障行车安全，不使其掉道。计算曲线轨道最大允许轨距的极限状态是，当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨时，另一个车轮踏面的变坡点与钢轨顶部的小圆弧（半径r）接触。如图所示。曲线轨道容许最大轨距srraTdSminminmax式中，mind---车轮最小轮缘厚度，其值为22mm；minT---车轮最小轮背内侧距离；r