铁路客运专线整孔简支箱梁通过隧道方案

—105—铁路客运专线整孔箱梁通过隧道方案研究客运专线建设实践表明，整孔简支箱梁采取预制架设方法是最优施工方案。与移动模架、移动支架造桥比较，预制架设在箱梁质量、施工过程安全控制、制梁总成本、总工期等方面具有明显的优势，成为新开工客运专线优先考虑的箱梁施工方法。但是，在丘陵、山区，桥梁往往被短隧道或短隧道群隔开，采用常规设备和方法时，隧道断面不能通过目前常用的整孔箱梁。为解决这一问题，工管中心、有关客专公司、施工、设计单位及箱梁运架设备厂家在施工实践中积极探索，从箱梁结构、隧道衬砌、运架设备等方面着手，在不切翼缘板的前提下，解决整孔箱梁通过短隧道或短隧道群问题，为梁场规模制架梁创造条件。目前武广客专已成功实施，津秦、杭甬、南广等在编制指导性施工组织设计阶段进行了研究、论证，取得了初步成果。合蚌客专单线箱梁通过单线小半径曲线隧道方案目前正在研究论证中。本文主要研究目前常用的整孔箱梁运架设备通过时速350km和250km两种速度目标值隧道时的工况。按照当前客运专线速度目标值的不同，隧道断面、箱梁尺寸不同，设计实践中主要有以下两种典型组合：（1）隧道断面100m2，用于时速350km客运专线，线间距5m，整孔箱梁宽12.0m，无砟轨道；（2）隧道断面92m2，用于时速200-250km客运专线或客货共线铁路，线间距4.6m，整孔箱梁宽12.3m（含预留钢筋），有砟轨道。1.隧道断面100m21.1隧道结构与运架设备基本参数1.1.1结构尺寸。时速350km客专隧道断面面积100m2，标准断面图3-1所示。无砟轨道整孔箱梁宽度为12m（通桥（2008）2322A），标准尺寸如图3-2所示。—106—图3-1时速350km客运专线（无砟轨道）双线隧道衬砌标准断面图图3-2整孔箱梁标准尺寸（通桥（2008）2322A）1.1.2常用运架设备基本参数。目前在时速350km客专建设中大量使用的运梁车、架桥机基本参数如下：878内轨顶面R665R250R665R2502430940设计混凝土填充面混凝土衬砌面仰拱混凝土面79.5120R1567109.5单位:cm,阴影为混凝土填充施工时预留部分。72760—107—架桥机：常态下高度1370cm，宽度1800cm；小解体后运梁车运载架桥机高度879cm，宽度1222cm（高度为578cm时架桥机最大宽度）。运梁车：330～350cm（地面至梁底），两侧轮胎最外边缘距离630cm；运载箱梁常态下高度635～655cm，宽度1200cm。根据施工实践，架桥机或梁体左右两侧距隧道衬砌的安全距离不小于20cm。1.2箱梁通过隧道技术方案断面积100m2隧道净宽较大，最宽处可以安全通过整孔箱梁。但仰拱填充（或底板）施工完成后，运梁车装载箱梁通过时翼缘板高度小于12m。适当降低运梁工况下的翼缘板高度，至断面净宽不小于12.4m位置，运梁车装载箱梁即可安全通过，采取的方法是预留部分仰拱填充，达到降低运梁工况时梁翼缘板高度的目的，此时隧道断面净宽大于12.4m。架梁完成后再施工剩余的仰拱填充。预留高度数值根据具体衬砌断面尺寸计算确定。武广、杭甬预留仰拱填充72cm（运梁车高330cm，如图5-1所示），津秦预留98cm（运梁车高350cm）。箱梁通过隧道时的工况如图3-3。图3-4为武广客专箱梁通过刺山隧道时的实景照片。另外，车体较矮的DFM900T运梁车（高2.1m）目前还很少，缺少具体参数，按高度推算，仰拱填充可以不预留。1.3架桥机通过隧道方案架桥机通过隧道有两种基本方式，一是先拆解，通过隧道后利用桥头路基重新拼装；二是适当改装，降低整体高度和后支腿宽度，以适应隧道断面，保证安全通过。第一种方法拆解、拼装工作量大，约需5～7天。第二种方法工作量相对较小，约需3天。两种方式均需要隧道口至桥台间至少具备一段短路基，若不具备，则需现浇第一、二孔梁，作为拼装或恢复架桥机的场地。武广客专3座桥梁（白马特大桥、建强大桥、东湖特大桥）与流芳预制梁场间需跨刺山隧道，采用了第二种方法。—108—图3-3箱梁通过隧道工况图3-4武广客专箱梁通过刺山隧道实景照片12008782020305243330151.5772内轨顶面R665—109—影响架桥机通过隧道的主要因素有两个：一是在常态下架桥机放在运梁车上，架桥机顶端高度（1370cm）高于隧道洞口高度（988cm）；二是后支腿宽度（1800cm）大于隧道洞口宽度（1330cm）。通过架桥机的改装降低架桥机的整体高度和减少后支腿的宽度。运梁车背架桥机全部改装完成后，为运梁车背架桥机低位。运梁车背架桥机高位、低位工况见图3-5、图3-6。图3-5运梁车背架桥机高位图图3-6运梁车背架桥机低位图通过架桥机的一系列降低、折叠，运梁车载运架桥机时最大宽度1222cm，最大高度879cm，最宽处的高度为578cm。运梁车载运架桥机通过隧道后，在隧道口路基段（或第一、二孔梁—110—上）按照降低折叠过程的逆过程将架桥机升高恢复原状。2.隧道断面92m2时速200-250km客专或客货共线铁路隧道断面面积92m2，采用2.3m运梁车，装载箱梁翼缘板高度处隧道净宽12.5m。一般采用有砟轨道，整孔箱梁梁高3.0m，宽度为12.3m（包括接触网预留钢筋），通过直线隧道时，翼缘板距衬砌10cm，不能安全通过。经过研究，有三种方法可行：一是采用普通运架设备，隧道扩孔；二是采用可以通过隧道的运架设备；三是采用组合箱梁。架桥机通过隧道的方法与前述相似，不重复。2.1采用普通运架设备，隧道扩孔目前客专箱梁使用的多数运梁车高度在3.3～3.5m，装载箱梁后总高度6.3～6.5m。隧道预留仰拱填充80cm后，装载箱梁6.3m高度处净宽约11.5m（线间距4.6m），需加宽1.2～1.4m，扩孔不可行，必须改用低高度运梁车。车体较矮的DFM900T运梁车在国内桥梁工程中已有应用，高度（地面到梁底）2.3m，整孔箱梁运输通过隧道的控制高度为5.3m，此高度时隧道道净宽12.5m。隧道轮廓全断面加宽20～40cm，使对应翼缘板位置的净空宽度达到12.7～12.9m。运梁时，翼缘板左右两侧空隙在20～30cm（直线地段，曲线地段因隧道加宽后因素）。以加宽40cm为例，隧道加宽后的断面积增加约4㎡。未加宽、加宽后的隧道净空见图3-7、图3-8。断面增大将增加隧道施工安全风险。从在建铁路隧道的经验来看，4.6m线间距的隧道断面和5m线间距的隧道断面在同一种围岩级别条件下支护参数相近。在施工时应遵循设计原则，适当加强支护，严格控制施工质量和断面面积增加的安全风险。—111—图3-7加宽前隧道净空图3-8加宽后隧道净空2.2采用可以通过隧道的运架设备目前已有穿隧道运架一体机可以通过时速350km、250km客运专线铁路双线隧道。通过隧道时，降低箱梁起吊高度，不需要预留仰拱填充，底面离地面可减小到10cm，此时翼缘板处于隧道最宽处，距衬砌距离大，—112—可以安全通过。以12.2m宽度整孔箱梁为例，通过断面积100m2隧道时，两侧各有60cm；通过断面积92m2隧道隧道时，两侧间隙各为30cm（曲线半径3500m时中矢6cm）。两种断面隧道均可以安全通过。2.2.1运架一体机主要技术参数吊运架箱梁最大重量900吨，最大跨度32.6m；允许最大纵向坡度±3%（架桥工况），允许最大横坡±4%；工作时最小曲线半径2000m；运行速度空载0～5km/h，满载0～3km/h；最高架设进度（5公里运距）4～5孔/天。2.2.2主要工效（1）3.5km运距：每孔梁运架需3h，每班（8h）架设2.5孔。（2）5km运距：每孔梁运架需4h，每班（8h）架设2孔。（3）15km运距：每孔梁运架需6h50m，每班（8h）架设1孔。（4）通过隧道：运架分离式架桥方式架桥机分解拆卸装车，需3～6天，架桥机通过隧道后重新安装调试5～8天。运架一体式架桥方式可完成在隧道口或隧道内的架梁，无需分解拆卸和安装调试。一次通过隧道转移工地，运架一体式架桥方式节省7～13天时间。2.2.3通过隧道照片—113—2.3采用组合箱梁采用组合箱梁可有效解决箱梁运输通过隧道问题，组合前的单线箱梁具有尺寸小，重量轻，便于运输、架设的优点，目前常用450t箱梁运架设备均可以安全通过。但组合箱梁有以下缺点：①同跨度组合式箱梁较整孔箱梁重（32m整孔箱梁重量约777t，32m组合箱梁重量约855t），墩台尺寸大于整孔箱梁墩台，投资增加较多。同时组合式箱梁整体性、刚度低于整孔箱梁。②组合式箱梁梁片数是整孔箱梁的2倍，运架时间相应增加，并需要更多的制存梁台座。组合式箱梁架设以后，现场需要浇注桥面湿接头—114—和横隔板，增加了施工工序及施工成本。③大多数900t整孔箱梁架桥机不能直接架设组合箱梁。3.箱梁过隧道有关技术和管理措施1.施工测量控制。对通过运梁车的隧道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。2.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，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。3.隧道口路基长度、纵向顺坡。隧道口与桥台之间需要一定长度的路基，供架桥机恢复状态使用。如不具备，则需现浇1～2孔箱梁。当仰拱填充预留时，隧道内砼面标高与桥头路基标高相差72-98cm，需要在路基、隧道出口一定范围内顺坡，坡度值参照运梁车参数确定。若洞口高度不足以通过架桥机，尚需对隧道出口段进行挑顶。4.仰拱填充施工质量控制。箱梁过隧道时，运梁车或运架一体机、箱梁结构自重直接作用于仰拱顶，荷载远大于运营荷载。在施工过程中必须加强对仰拱初期支护、仰拱及仰拱顶找平层的质量控制，确保运梁车通过时仰拱及找平层承载力、平整度满足箱梁安全通过。5.中线控制。箱梁装车时，控制梁体中线与运梁车中线偏差。运梁车过隧道时的运行轨迹尽可能与隧道中心重合，预先漆标出隧道中线。箱梁不宜通过较小半径曲线隧道。6.走行过程监控。箱梁过隧道时对箱梁的状态进行实时监控，由专人负责监护。箱梁顶安排4～6名监护人员，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时，应立即停车进行调整。严格控制运梁车在隧道内的行车速度，最大车速不大于0.4m/s，第一次过隧道时车速控制在—115—0.2m/s。7.应急处理。制订箱梁通过隧道应急预案。行进过程中出现偏离隧道中线，导致箱梁顶与隧道内轮廓过小或与衬砌发生划擦时，要立即停车，采取降低运梁车高度、运梁车斜行等方法解决。4.意见及建议铁路客运专线简支箱梁应首先考虑预制架设施工，条件不具备时方可考虑现浇施工。从运营使用和施工方便考虑，简支箱梁应优先采用整孔箱梁，特殊情况下经过技术经济比选后也可采用组合箱梁。整孔简支箱梁需要通过隧道时，应尽量不改变桥隧工程结构，提倡采用具备通过隧道能力的运架设备。整孔箱梁通过隧道时确实需要改变桥隧工程结构时，应优先采用隧道扩孔方案，尽量不采用箱梁切翼缘板方案。铁路客运专线桥隧工况千差万别，整孔简支箱梁通过隧道的方案虽然较多，但实践经验还比较少，目前也没有成熟的通用做法，各单位应根据项目具体情况，对整孔简支箱梁通过隧道的各种方案进行详细的技术经济分析，拟定最优方案，并制定严格的技术、安全、质量保证措施。