D型低高度施工便梁介绍及施工安全控制.doc

D型低高度施工便梁介绍及施工安全控制

既有线下修建各类构筑物，均需解决施工与列车运行间的矛盾，以前桥涵施工规范规定：“对行车线卸载或加固采用吊轨梁、扣轨梁及工字钢梁等方法。”但这些方法在架设时封锁线路时间长，劳动强度大，行车限速低(≤25km/h)，安全性差。路局于2002年以上铁工电[2002]238号文《关于加强营业线便梁施工安全管理工作的通知》第3条已明确规定“管内干线(年通过总重1000万吨及以上)线路架空(顶涵、平改立工程)作业必须采用D型施工便梁，禁止采用工字钢梁及扣轨梁等临时性松散结构；次要线路(年通过总重小于1000万吨)采用工字钢梁及扣轨时，行车速度不得大于25km/h。”的规定。我局在上世纪八十年代研制了D型低高度施工便梁，采用便梁架空线路，限速慢行进行各类构筑物施工。由于便梁结构，包括便梁的支墩均属于临时性结构，其安全的可靠性不能等同于永久性桥梁，因此对既有线架设的临时性便梁的安全性给予特别重视。凡涉及需要架设施工便梁的施工方案和施工组织设计均需获上级主管部门审批同意后才能实施。在施工过程中，还要对便梁进行严密监视，精心养护，建立安全保障措施，确保既有线施工便梁的正常使用和行车安全。
既有线施工便梁的种类很多，但目前广泛使用的是D型低高度施工便梁，因此，下面所介绍的既有线施工便梁仅指D型低高度施工便梁。
D型低高度施工便梁是我局设计院设计、由桥梁厂制造的定型便梁。这种便梁结构简单，施工方便，便梁本身安全可靠。施工便梁的使用限制速度为45km/h，可在不封锁线路慢行45km/h条件下进行架、拆作业。D型低高度施工便梁目前有四种设计跨度，即跨度为12.06m、16.08m、20.1m、24.12m的D12型、D16甲型、D20型、D24型四种，但我局目前常用的主要为低高度施工便梁D16甲型和D24型低高度施工便梁。以下主要介绍该二种类型的便梁。

1. D型低高度施工便梁的结构构造：
D型低高度施工便梁是由两片纵梁和若干横梁组成，D16甲型设25根横梁，D24型设37根横梁。配件有牛腿、节点板、斜杆、挡碴板、定位角铁、专用钢轨扣件。各构件均采用精制螺栓联结。最大杆件为纵梁，D16甲型每片重7.2t，D24型每片重15.4t，横梁重约0.3t。除纵梁外，其余杆件均可人力搬运，故施工作业十分方便。

2. D型低高度施工便梁的设计原则、使用特点和适用条件：
2.1. 设计原则
便梁设计以“铁路工程技术规范第二篇桥涵”为主要依据，但考虑其为临时性结构，钢材容许应力参考钢结构设计规范的有关规定，列车速度按60km/h进行设计(使用速度为45km/h)。结构竖向挠度参考1951年铁道部《铁路桥涵临时修复设计规范》为L/400(L为计算跨度)，设计荷载：铁路“中-活载”，限界：“建限-1”。
2.2. 使用特点
2.2.1. 可按不同的建筑高度架设不同位置：
D型低高度便梁的纵梁和横梁的连接是拼装式的，钢轨又直接安置在横梁上，因此便梁可按建筑物的位置来选定便梁的不同位置。
D型低高度便梁的建筑高度是指轨底至便梁纵梁下翼缘的高度，这个高度是控制工程规模和造价的宝贵空间，因为便梁的建筑高度有时会直接影响工程造价，如下穿立交桥，便梁的建筑高度越低，引道及箱身的工程量就越小，工程投资就越省。D型低高度施工便梁为此提供了极为有利的条件，必须尽可能充分利用。
D16甲型低高度便梁设置了高、低位两种形式(详见图3～图7)，D24型低高度施工便梁设有高、中、低、最低四种形式，(详见图9～图16)，并列下表。
D型低高度施工便梁有关高度表(单位：mm)
梁型
高度
D16甲型
D24型
高位
低位
高位
中位
低位
最低位
轨底至梁底
(即建筑高度)
425
575
375
525
675
825
轨底至梁顶
475
325
925
775
625
475
上述所谓高、中、低、最低位是指便梁纵梁端下翼缘标高，即支座底标高的高低为判别依据，纵梁端梁底标高高的为高位，反之为低位。
建筑高度选用何种形式，主要取决于下列两个条件：
(1) 轨底至建筑物顶面的高度，这个高度越高，则可采用低位，反之则可采用高位。
(2) 任何条件下，不得侵入建筑限界，特别是曲线上架梁，或由于偏心，或由于超高极易引起纵梁上翼缘侵限，此时应特别注意选择何种位置。具体选取什么条件(见图3～图7、图9～图16及表1)，应在施工组织设计中严格规定，工地施工人员不得随意改变。
2.2.2. 可在线路曲线半径R≥400m曲线上架设：
(1) 曲线上架设便梁的平面布置
曲线上架设便梁的平面布置采用平分中矢法，详见图2及图8。平分中矢法即以便梁的全长为弦线计算曲线的正矢值，将便梁定位线置于1/2正矢位置。而便梁的定位线是依据纵梁最小建筑限界确定，决不能与横梁的中心线相混淆。便梁定位线与曲线半径有关，便梁定位线与横梁中线的距离值已在各种布置图式的图中示出，经施工组织设计确定后，同样不得改变。
(2) 曲线上架设便梁的超高设置：
曲线上架设D型施工便梁其外轨超高不是靠扣件处理办法，而是采用便梁支墩的支承面来实现，详见曲线上各式布置图。这时要求便梁支墩的支承面做成与外轨超高相适应的倾斜面，即内外轨底连线与支墩顶面保持平行。这种处理措施有利于支座平稳，受力均匀，不易走动。如梁超高采用支墩处垫以楔形垫块的做法由于曲线上离心力的作用，楔型支座垫块很难垫实、垫稳，常常跑动，导致支墩受力不均，不利于便梁的稳定。
2.3. 适用条件
便梁适用的线路条件和轨底以下建筑高度与不同跨度便梁使用条件是不一样的，以下分别叙述：
2.3.1. D16甲型Lp=16.08m低高度施工便梁适用条件：
(1)线路条件：
直线：单线及双线的线间距≥4.0m均能使用。
曲线：曲线半径R≥400m的单线及双线间距≥4.21m(包括线间距加宽)均能使用。
三股道以上线路(包括在站场内使用)要求部分股道的线间距作适当调整，以提供便梁的组装场地。
(2)轨底以下建筑高度
直线：单线及双线的线间距≥4.4m时为425mm(S1高位)
双线的线间距4.0m～4.4m时为575mm(S1低位)

曲线：单线及复线的线间距≥4.7m时为425mm(S1高位)
双线的线间距4.21m～4.7m时为575mm(S1低位)
2.3.2. D24型低高度施工便梁适用条件：
(1) 线路条件
直线：单线及双线的线间距≥4.51m均能使用。
曲线：曲线半径R≥400m的单线及双线间距(已考虑线间距加宽)详见便梁设置表（表1）。
(2) 轨底以下建筑高度：详见便梁设置表（表1）。

3. D型低高度施工便梁组装与架设：
3.1. D型低高度施工便梁组装：详见图1、图1-1。
3.2. D型低高度施工便梁架设：
3.2.1. 架设前的准备工作：架设D型低高度施工便梁前应做好以下准备工作：
(1) 使用便梁前，应对便梁进行技术检查，主要检查钢梁各部位的焊缝及相邻的母材，其范围为钢梁上下盖板与腹板接缝，盖、腹板的拼接缝，牛腿焊缝等。检查方法：用眼观察其焊缝处有无细微裂纹或流锈现象，当难以辨认时，应用放大镜观察检查。如无病害时可上道使用。并应做好便梁检查记录，建立便梁使用履历表等台帐。
履历表内容包括：便梁类型、梁高、编号、规格、构件数量、生产单位、日期，记录每次使用的时间、地点、工程名称、检(维)修、鉴定日期、内容、鉴定人员签名等。
(2) 组织实地调查线路，看既有线路状况：包括钢轨类型、长度、轨枕状况、轨道电路和防爬设备等，如复线还核实线间距和轨顶标高、曲线半径等，无缝线路锁定轨温及应力放散。
(3) 地面、地下各种管线，如通信、信号、电力等电缆，水管、风管等各种管线经络，数量及拆迁防护措施。
(4) 划分并签订线路养护、安全责任范围及分工协议。
(5) 申请施工封锁、限速慢行计划和每月中提报次月施工计划，办理并委请工务、电务部门配合施工的有关事宜。
(6) 按标准设置慢行施工作业标，减速地点标，备用移动信号标。
(7) 指定驻站信号联络员，办理施工、慢行登记手续。
(8) 便梁支墩已设置完毕，砼支墩应达到设计强度，并备足支垫枕木、硬杂木板及胶垫等。
(9) 确定便梁进场的最佳卸车地点和日期，落实便梁运输方案。便梁运至工地并卸在线路两侧，不得侵入限界。
(10) 备齐各种材料、工具、行车安全防护用品。
3.2.2. 架设施工步骤：
完成以上各种准备工作后，在慢行≤45km/h条件下，即可组织架设便梁，其步骤如下：
1. 纵梁就位：按计划位置，先将一片纵梁就位，另一片纵梁垫高出枕木面0.2m左右，以便抽换枕木，待主梁垫稳撑牢后，即安装联结板和下牛腿。
2. 抽换枕木：首先应整平轨枕匣内道床至枕底齐平，调整既有轨枕间距，使横梁位置与纵梁联接位置相对应，然后抽枕换横梁。抽枕换横梁应按工务规则要求“六抽一”进行，并由主梁两端向中心排列抽换，抽一根枕木，立即塞入一根横梁，此时应对准主梁联结板，并定位，同时上好扣件，垫好橡胶轨垫。如轨道电路，有一根钢轨下需垫大块绝缘胶垫，防止短路，影响信号和行车。
3. 将垫高的一片纵梁降落就位，并联结横梁。组装过程中联结板和牛腿上的φ23孔眼应上满螺栓，弹簧垫圈不得漏装。
4. 调整便梁纵、横向位置，垫实支座。检查线路方向、水平、轨距、各类螺栓和扣件，待全部合格后便梁即可承载。
5. 逐段扒处道碴，安装斜杆和所有连接系统。如无缝线路，为增加钢轨的横向稳定，还需在横梁上安装挡碴板，并捣固道床。

4. 便梁支墩：
便梁支墩是便桥的主体组成部分，便梁本身是定型设计、专业桥梁制造的，梁的本身结构是安全的，所以便桥是否安全，关键就在于支墩是否安全。便梁支墩主要控制以下三个要素：
l 支墩采用何种结构
l 支墩承载力的大小
l 支墩埋设深度
4.1. 支墩结构
支墩结构形式很多，但工务部门使用最多的是砼(含浆砌片石)支墩及枕木垛支墩。
砼支墩的砼标号不得小于150号(含钢筋时为200号)浆砌片石支墩砂浆标号不得小于100号，圬工支墩底面应铺设一层10cm厚碎石垫层，顶面至支座底应预留1-2层枕木垛高度，以便架梁时调整便梁的布置。浆砌片石支墩的顶面应设一层厚度不少于40cm的混凝土，目的是加强浆砌片石支墩的整体性。
枕木垛支墩仅限于架小跨度便梁时使用(所谓小跨便梁是指施工正式便梁支墩时所架设的便梁)，这时便梁使用的孔径小、使用时间短、支墩高度不超过3-5层枕木，这时的便梁支墩可以采用枕木垛结构。枕木垛支墩应使用新枕或状态良好的旧枕，底层和顶层枕木应顺线路方向且应铺满，各层间用木板垫平、打足扒锯钉。
4.2. 支墩承载能力检算
设置便梁支墩时，应对支墩的地基承载能力进行检算，支墩尺寸的大小由检算结果确定，不允许凭经验毛估估就下结论。表2和表3列出了D16甲型和D24型便梁纵梁端部支座反力及座钣底面应力，供检算时参考。地基承载能力一般应以地质钻探资料为依据，对既有线的地基如无地质资料，可按150-180Kpa控制，经检算支墩压应力不得大于地基允许承载力，举例如下：
例：某工程需架设16m低高度便梁，试检算砼支墩压应力是否满足地基允许承载力。已知：支墩拟用尺寸为6.5m×2.6×2m，轨底至支墩顶高度为0.55m，支座高度为0.4m，地基承载力为200Kpa，恒载土压力系数λ=0.236，便梁全部恒载为260KN，砼容重为23KN/m3，土容重为17 KN/m3。

提示：(1)A支墩的支承力最大；
(2)计算恒载土压力的填土高度按2.95m计，略计活载土压力；
(3)制动力为静活载的10%，作用于支座中心。
计算过程如下：
(1) 计算活载支座反力(A点)
ΣB=0 则
Ra=[92×8.5×8.5×1/2 + 5×220×(1.5×3+8.5)]/16 = 1101.5KN
(2) 静活载制动力
P1=ΣQ×10%=(220×5 + 92×8.5)×10% = 188.2KN
(3) 恒载
① 便梁自重 N1=260×0.5=130KN
② 支墩自重 N2=6.5×2.6×2×23=777.4
小计： N=N1+N2=907.4KN
③ 恒载土压力(水平力)
已知：γ=17 KN/m3 ， H=2.95m ， B=6.5m ，λ=0.236
E=γH2Bλ/2 = 17×2.95×2.95×6.5×0.236/2
=113.5KN
ey=H/3 = 0.98m
(4) 荷载汇总
① 垂直力 ΣN=Ra+N = 1101.5+907.4
= 2008.9KN
② 水平力
制动力： P1=188.2KN
土压力： E=113.5KN
(5) 求合力偏心e及偏心力矩Me
Mo=ΣN×2.6/2 – P1×(2+0.2) - E×0.98
=2008.9×2.6/2 – 188.2×2.2 – 113.5×0.98
=2086.3KN
eo=Mo/ΣN=2086.3/2008.9 = 1.04m
e=1.3-1.04 = 0.26m
Me=ΣN×e=2008.9×0.26 = 522.3KN·m
(6) 基底应力检算
F=2.6×6.5 = 16.9m2
W=2.6×2.6×6.5/6 = 7.32m3
σ=ΣN/F±Me/W=2008.9/16.9 ± 522.3/7.32
=118.9±71.4KPa
σmax=190.3KPa<200KPa 可
σmin=46.5KPa<200KPa 可
注：以上计算是以便梁中心与线路中心相吻合为条件，若两者有偏心情况，则应计算偏心的影响。
4.3. 支墩埋置深度
便梁支墩应有足够的的埋置深度，以确保便梁使用安全。支墩埋置深度除地质条件外，主要取决于何种施工方法，大体上可分为明挖和顶进，区别对待。
4.3.1. 明挖施工
明挖施工要求支墩埋深一些。基本条件为：
墩底外缘留有不少于1m宽的平台；
平台以下的边坡应为路基地质条件许可的稳定边坡，除特殊条件外，一般应采用1：1～1：1.5。

图 9. 明挖施工便梁支墩示意图(cm)

4.3.2. 顶进施工
顶进施工的支墩埋深可适当浅一些，它的基本条件是：(1)墩底1m宽平台； (2)平台下坡脚线与箱涵立柱面相交处的高度，不超过从路基至基底高度的一半，以此控制顶进施工支墩的埋深。
支墩的横向路基边坡(垂直线路方向)亦应满足稳定边坡的条件，不能满足时，如翼墙、引道施工时经常出现此种情况，这时应采取线路防护措施：(1)架便梁架空线路；(2)打板桩挡土等。
基坑开挖必须按设计的边坡进行，不得任意放坡，禁止掏底。顶进施工时要注意边挖边顶。加强基坑及支墩底的防排水，防止地下水和地表水对基坑边坡稳定的影响。遇有边坡滑层、裂缝、浸水等情况应即时采取相应防护措施。基坑上部不得堆放大量弃土和和重物。

图 10. 顶进施工便梁支墩示意图(cm)

5. 台后及基坑回填
后台及基坑回填是控制既有线施工安全的又一重要施工环节，易被疏忽、埋下隐患，教训很多，必须再次强调予以重视，坚决杜绝。
后台及基坑的回填应严格按设计要求，选用渗水性土壤作材料，并夯实到设计要求达到的密实度，渗水性填料一般采用砂夹卵石或碎石、山坡土等，严禁使用烂泥或软土充填，回填时要层层夯实，填至便梁底无法夯实时，上部采用碎石或道碴回填，并留足由于列车振动下沉所需的预留碎石，直至便梁拆除后线路稳定为止。

6. 便梁施工地段的安全控制
便梁施工地段是既有线行车安全的薄弱环节，各级领导应十分重视。各级主管工程师、基层分管段长都要建立制度、层层把关深入现场检查指导，杜绝违章，消灭隐患，务使施工便梁地段的行车安全得到有效控制。现场检查着重应注意以下几点：
(1) 桥面检查
桥面检查便梁各部位螺栓、扣件、绝缘胶垫是否上齐、上紧、上准等。便梁架设后，要配备专职人员专门负责便梁的养护，每趟车过后都要检查一次，如螺栓、扣件有松动时即时拧紧，绝缘胶垫随时都要保持准确位置，不得任其走动，以防漏电影响行车安全。
(2) 线路检查
线路检查包括桥面线路及桥两端各75m范围内线路，检查其几何状态是否良好，水平、方向都要符合规范。特别是梁端线路往往是软硬不均、道床欠缺、轨枕不实的处所，应经常注意消除影响线路稳定的不利因素，补足道碴、抄牢轨枕、左右垫平等。长轨地段虽经应力放散，还需测轨温、查轨缝，按长轨要求进行检查。
(3) 支座检查
便梁的四个支座都要抄垫牢固，受力均匀，以防位移和下沉。并配备一台50t顶镐，以防止支座发生沉降即时顶梁抄垫之用。
(4) 基坑检查
基坑检查首先要检查支墩边坡的稳定，看是否发生威胁便梁支墩安全的因素，特别是对边坡开挖的控制，严格按设计边坡自上而下逐层开挖，不得任意放坡超挖。遇特殊情况需改变开挖方案时，应报上级主管部门，获审批同意后方可变更施工方案。
(5) 施工结束后的回查
施工结束至竣工交验之间，施工单位应安排留守人员专门负责施工地段的安全，特别要注意基坑回填部位的线路沉降整修、保养，即时回补道床。竣工交验后接管单位要继续做好这方面工作，经常派人到竣工地段检查，看线路是否稳定，一般新建工程处所的回填均有一个较长的稳定期，只要这个过程还没有结束，接管单位一天也不能放松警惕，要经常回查加强保养。

7. 便梁的维修、鉴定
D型低高度施工便梁目前使用频率较高，且经常要装卸，长期使用后会出现一些问题，因此，在每次使用前除对便梁进行检查外，还应定期对其进行维修和鉴定，以确保便梁的安全使用。
7.1. 钢梁应定期做一次维修鉴定，其年限可根据便梁使用次数和年份视具体情况确定，一般可定为三年。
7.2. 维修主要是对整套便梁配件除锈，油漆杆件如有变形的应整形或更换，补充缺损的构、扣件，紧固件，绝缘垫件等。
7.3. 鉴定主要指在纵梁、横梁、牛腿除锈后对所有焊缝附近母材用放大镜观察，对纵梁上拱度、纵梁横向的扭曲变形测量。如发现纵梁上拱度变化较大应做静载试验，如有问题报上级单位研究。
7.4. 维修鉴定后应详细填写便梁维修鉴定登记表，列进履历表内。

8. D型低高度施工便梁动力测试情况介绍
路局“为提高繁忙干线道口平改立施工线路允许速度的研究”课题，已对D16甲、D24型施工便梁进行了动力特性测试和支墩动力测试。其经测试技术结论介绍如下：
8.1. D16甲、D24型施工便梁主梁、钢枕、φ22精制螺栓的实测最大受力（换算到中一活载时）均小于设计允许应力，满足《铁路钢结构设计规范》的要求。施工便梁的结构安全无虑。
8.2. Dl6、 D24型施工便梁实测最大竖向挠跨比均符合设计要求，但均不满足现行《铁路桥涵基本设计规范》和《铁路桥梁检定规范》的要求。竖向刚度很差。
8.3. D16、D24型施工便梁实测横向最大振幅分别为：客车限速45km／h时为1.19mm和2.60mm，货车限速45km／h时为3.39mm和8.13mm。均超出《检规》0．85mm和1.28mm的限值。尤其是D24型施工便梁最大超出达5.4倍，其横向刚度很差，不能满足货列以45km／h速度安全运行的要求。
8.4. 实测D24型施工便梁梁端最大横向位移达1.92mm，竖向最大位移达5.62mm。表明施工便梁的支撑状况很差，应设置横向限位装置，并控制临时支座的压缩量，为行车安全提供可靠的安全保障。
8.5. 综上所述，在当前列车45km／h限速条件下， D16、D24型施工便梁实测客货列车脱轨系数及轮重减载率虽满足规范要求，但货车通过时 D24型实测跨中横向振幅大大超过《检规》限值，因此货列的运行安全不能得到可靠的保障，若需要提高货列的运行速度，必须对其进行有效 的加固，提高其横向刚度。客车在当前45km／h速度运行下，施工便梁 按设计要求安装的前提下，其行车安全可以得到保障，但客车的进一步提速还需实测来验证。

9. 加强营业线施工安全管理：
为适应铁路发展，特别是提速列车的安全需要，进一步加强营业线施工的安全管理，做到运输、施工统筹兼顾，确实保障行车安全。铁道部于2001年颁发了铁办[2001]14号《关于加强营业线施工安全管理的规定》文件，文中要求建设、设计、施工、监理及设备管理单位要牢固树立安全意识，严格执行营业线施工的各项规章制度，正确制定施工方案，建立健全安全责任制，落实安全措施和责任，确保行车安全。
结合我局实际情况及局颁发有关既有线施工有关文件精神，提出下列要求：
9.1. 施工单位要与设备管理单位和行车组织单位分别签订施工安全协议，明确双方的责任和义务，施工地段和期限，安全防范内容和措施，结合部安全分工等。
9.2. 施工单位对施工安全全面负责。严格按审定的方案范围和批准的封锁慢行计划组织施工，施工中要认真落实安全措施。
9.3. 设备管理部门对施工单位的施工安全进行全过程监督，发现质量不合格及施工安全隐患要责令施工单位立即纠正，危及行车安全时有权责令其停工。对因未履行施工安全协议造成行车事故的，设备管理部门负主要职责。
9.4. 严格执行施工申报审批制度，施工单位须将施工计划经设备管理部门会签后报请行车组织部门批准，纳入月度施工方案。
9.5. 狠抓重点，严密防范，杜绝事故发生。施工单位要严格执行《铁路技术管理规程》、《施工规范》、《铁路工务安全规则》等合项规定。对于施工前超范围准备，施工时挖断电缆，爆破时损坏线路及行车设备，作业车辆溜逸，轨道车辆违章行驶，施工后线路未达到放行列车条件违章放行列车，机械和料具侵限等可能危及行车安全的，要制定各项“卡死”制度，防范各类事故发生。
9.6. 设备管理单位要健全施工行车安全监督体系。应根据工程规模和专业性质，委派熟悉业务的安全检查人员，对各种中涉及行车安全方面实行全程监督检查。
9.7. 施工单位要严格按批准的设计文件和施工方案进行施工，确保工程质量。各工程项目必须达到《设计规范》、《施工规范》、《工程质量检验评定标准》要求，竣工资料齐全后方可申请验交开通。工程检查后，纠正工程的缺点和缺陷工作未完成的不准验收。
9.8. 加强劳务工的管理。营业线施工的劳务工必须由正式职工带领。对劳务工要进行施工安全培训、法制教育，加强治安管理，先培训后上岗。营业线施工轨道、桥涵等技术复杂，可能危及行车安全的作业项目，严禁分包给不具备相应资质单位承担。爆破工、施工安全防护员等工种不能有劳务工任职。由于对劳务工使用管理不严造成行车事故列施工单位责任事故。
9.9. 切实加强雨季施工安全工作。认真执行《铁路实施<中华人们共和国防汛条例>细则》，落实防洪措施。施工中必须保持营业线排水系统的畅通，对可能影响线路设备安全的任何作业，必须有足够可靠的安全防护措施，防患于未然。凡可能影响安全度汛的施工地段、施工单位要认真接受防洪部门的防洪检查和建议，按要求认真落实责任，安排好防汛的人力、物资、机具和设备。
9.10. 施工用的临时道口，必须报请分局以上的道口管理部门批准。施工单位在道口设置期间要设人员看守，并按规定日期拆除。

13