铁路箱梁整孔预制架设与节段预制拼装成本-进度集成决策

GONGCHENGGUANL I
４６６㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第３期
收稿日期:２０１９Ｇ０３Ｇ２６;修改日期:２０１９Ｇ０４Ｇ２７
作者简介:陈㊀扬(１９９３－),女,湖北武汉人,硕士,助理工程师．铁路箱梁整孔预制架设与节段预制
拼装成本－进度集成决策
陈㊀扬
(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉㊀４３００６３
)摘㊀要:节段预制拼装法造桥技术作为一种绿色环保的施工技术,由于其施工周期短且对城市交通影响较小,在高速铁路㊁市域铁路的桥梁中有着广泛的应用前景.本文结合某市域铁路工程实例,从预制㊁运输㊁架设㊁施工工期及造价等方面,对节段预制拼装箱梁和整孔预制架设箱梁进行多维度比较,分析两种施工方式的特点,以期从成本和进度等角度为类似工程做集成决策提供参考.
关键词:铁路桥梁;集成决策;节段预制拼装;整孔预制架设
中图分类号:[U ２４]㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０３Ｇ０４６６Ｇ０４
㊀㊀装配式桥梁在城际/市域铁路和高铁中的应用比例逐年增
加.作为装配式桥梁的代表,整孔预制架设简支箱梁因具有较强的抗弯㊁抗剪及抗扭能力,在高铁客运专线上广泛应用.然而,在城市化进程中,如何降低其因施工对城市交通的不良影响,值得思考.节段预制拼装法作为一种新型施工技术,由于具灵活的预制节段㊁便捷的运输方式以及较少的占地,能有效弥补整孔预制架设箱梁方案的缺点.
１㊀工法发展现状及运架设备分析
１．１㊀整孔预制架设发展现状
与普通铁路相比,高速铁路对轨道平顺性有较高要求,桥
梁由于平顺性好㊁沉降量小而在高速铁路中占比较大[
１]
.整孔预制简支箱梁由于承载力大㊁稳定性好且经济适用,成为目前铁路客专的主流梁型.国内外高速铁路桥梁的施工大多采用整孔预制箱梁架设施工法㊁支架浇筑施工法㊁移动模架施工法及节段拼装梁施工法四种施工工艺.其中,中国高铁运用整孔预制箱梁架设施工工法最多.截至２０１８年底,
中国高速铁路７０％以上的桥梁施工采用了整孔预制箱梁架设的施工工艺.１．２㊀节段预制拼装发展现状
欧洲自２０世纪５０年代早期率先研制成功节段预制的混
凝土箱梁.该方法以较好的经济和美学效果逐渐推广到世界各地.美国较早成功地利用该技术建成了长礁桥㊁七英哩桥等
长大桥梁[２]
.泰国B a n g N a 桥是当今世界上采用节段拼装施工技术建成的最大桥梁[２]
.近年来,节段拼装施工技术日趋成
熟,在我国公路和市政领域也得到了较广的应用和发展.节段预制拼装工法是指将桥梁沿纵轴线方向分成适当长度,然后分
段进行预制和拼装[３]
.一般在场内预制,运输至桥位进行架设
和拼装,并按步骤施加永久预应力,使之成为整体结构,即先
化整为零 ,后 化零为整
[４]
.１．３㊀运架设备分析
目前,国内外预制箱梁架设采用的设备主要以分离式运架
设备和运架一体机两种机型为主[５]
,其中分离式运架设备架桥
机主要有:悬臂梁式架桥机㊁下导梁式架桥机㊁下导梁式过隧架桥机及节段拼装架桥机,运架一体机主要有下导梁式运架一体机和流动式运架一体机.节段拼装梁架设主要采用节段拼装梁架桥机.
２㊀工艺性对比分析
２．１㊀整孔箱梁及节段梁运架工艺性分析
２．１．１㊀整孔预制箱梁架设工艺性分析
这里以S P J ９００/３２B 型架桥机㊁D C Y９００运梁车和S L J ９００型流动式箱梁架桥机施工为例,着重阐述这些设备的施工工艺.
图１㊀悬臂式整孔架桥机架设工艺流程图
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㊀S P J ９００/３２B 箱梁架桥机为龙门式双主梁三支腿式结构,
采用步履式过孔㊁腹内喂梁,起重小车吊梁㊁移梁.S P J ９００
/３２B 架桥机为跨一孔箱梁架设,主要由D C Y ９００运梁车运梁.
S P J ９００/３２B 架桥机工作时,由起重小车提梁㊁喂梁㊁落梁㊁支座封锚㊁纵移过孔等工序组成.
S L J ９００型流动式箱梁架桥机采用提梁㊁
运梁㊁架梁三合一设计模式,可自行完成预制箱梁的提㊁运㊁架工作,同时可直接提梁通过隧道,提高了预制箱梁的架设效率(图１
).２．１．２㊀节段拼装梁架设工艺性分析
(１)节段预制方式主要分为:湿接法拼装工艺和干接缝拼装工艺.湿接法拼装工艺:待所有预制节段吊装就位后,通过
在接缝处现浇砼来实现新老混凝土的连接[
６]
.在架桥机需待现浇部分的砼强度满足要求后,才能向前推移准备架设下一孔,故湿接法拼装每孔时间较长,一般为１０天.
干接缝拼装工艺:待所有预制节段吊装就位后,通过接缝
处剪力键及环氧树脂胶将所有节段粘连在一起,后经张拉成为
整体.干接缝拼装速度较快,一般拼装每孔时间为３~４天[
６]
.(２
)预制方法主要分为:长线台座法和短线台座法.长线台座法:将预制台座底模长度设置为整跨梁长,按照设计的制梁线性,将所有节段按成桥顺序逐块匹配预制,直至完成整跨
主梁,使两节段间形成自然匹配面[
７]
.短线台座法:将预制台座底模长度设置为一个节段的长
度,采用一端为固定端模,另一端为已浇预制的前一梁节段做匹配段进行逐段预制.该方法需要较高的镶合梁段的调整精
度,精确的测量和控制方法[
８]
.(３
)节段梁架设总体施工工艺流程.初步假定采用高位整孔干接缝拼装施工工艺,架桥机采用节段拼装架桥机,喂梁方式为桥下喂梁.
干接缝拼装节段箱梁总体施工流程:预制节段由平板运梁车运输至架梁现场,由架桥机提升至架设位置.逐片预拼涂胶,张拉临时预应力.待所有节段胶拼完成后,张拉永久预应力钢束至设计规定值,封锚压浆㊁整孔落梁,支座灌浆,随后解除架桥机与砼梁的连接,架桥机过孔.重复上述步骤,完成各孔节段梁的架设(图２
).图２㊀干接缝拼装节段梁架设总体施工工艺流程
２．２㊀工艺性分析结论
综上所述,整孔箱梁预制架设工序简单㊁适应性强,特别适合地貌特征复杂㊁施工作业环境恶劣等条件下施工;节段拼装法可满足各种梁型的架设,对跨度大于３２m 的梁优势明显;其划分节段小,运输方便,更适合城市桥梁施工,但施工工序较为复杂.
３㊀成本－进度集成决策实例分析
３．１㊀工程背景
以国内某市域铁路为例,该市域铁路时速１２０k m /h .要求
架设工期为１０个月,约有２１．６k m 高架部分,其中有７个高架站,分别对３０m 节段梁拼装架设(干接缝拼装)和３０m 整孔预制箱梁架设进行对比分析.３．２㊀工程决策
３．２．１㊀整孔预制箱梁运架工期分析
初步要求纯架梁时间为１０个月.
(１)单孔梁施工工效分析.根据以往S P J ９００型架桥机在
２５０~３５０k m /h 的客运铁路投入使用工效分析,S P J ９００型架桥
机架梁进度指标如图３所示:
图３㊀架桥机单孔箱梁架设各主要工序耗时情况
(２)工期分析.按每跨３０m 计列,２１．６k m 区间范围内共
计７２０孔.由于以上线路均为高架且工期紧迫,因此,整孔预制架设的梁场只可考虑设置在区间,采用提梁上线方式.依据以上S P J ９００型架桥机各主要工序耗时及架梁进度指标计算,若投入１台３５m 架桥机双向作业,完成该区间范围的全部箱梁架设任务,按照平均运距为１２k m ,双班作业,按每台架桥机月平均架４０孔计算,预计１８个月可完成全部梁的架设.若投入２台３５m 架桥机单向作业,按照平均运距为７k m ,双班作业,按每台架桥机月平均架梁５０孔来计算,即每套设备每月可架设１．５k m ,预计７．２个月可完成全部梁的架设.
表１㊀架桥机箱梁架梁进度指标
序号运距(L )
进度指标
备注
１２３
L ɤ８k m
８＜L ɤ１２k m
１２＜L ɤ２０k m 日架梁进度２~３孔㊀日架梁进度１．５~２孔
日架梁进度１~１．５孔
若采用两台班不停运梁作业,可将日架梁进度指标提高０．５孔
３．２．２㊀节段梁运架工期分析
(１
)单孔梁施工工效分析.根据现有资料,节段梁拼装初步考虑双班作业,每孔３０m 梁分为１２个节段,每个工序功效如表２所述.
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表２㊀单孔梁工效分析表
工序
耗时
备注
节段运输运距ɤ７k m
不占用总时间
暂定运梁车重
载速度５k m /h ,空载１０k m /h
７．５k m＜运距＜２０k m
１５０m i m＝２．５h 暂定运梁车重
载速度５k m /h ,空载１０k m /h
节段吊装
１５h 包括井字架㊁支
座㊁钢齿坎安装
节段调整㊁涂胶及临时张拉１１h 整孔梁张拉１２h 封锚㊁压浆
５h 中吊挂㊁钢齿坎解除４h 箱梁就位㊁支座灌浆
５h 架桥机一次过孔㊁吊卸吊具下
横梁㊁钢齿坎㊁二次过孔１０h 恢复架梁状态２h
合计
６４h ㊀㊀按照平均运距为１４k m 考虑,
双班作业(每天有效工作时间为１６h
),一跨梁架设工效平均为４天/孔.(２)工期分析.按照２１．６k m ,每跨３０m ,
目标架设工期为１０个月,且一台架桥机每月架设６孔,故共需１２台架桥机平
行施工作业,１０个月内完成架设任务.３．２．３㊀工期分析结论
综上所述,３０m 整孔箱梁投入２套运架设备时,可在８个月内完成全部梁的架设;节段拼装梁在投入１２套运架设备时,
可在１０个月内完成.
３．３㊀经济性分析３．３．１㊀工程费单价分析
根据不同制架方式的工程量,分析箱梁制架费用见表３和
表４.
表３㊀每孔节段预拼梁制架费用项目单价梁体预制架设拼装６０万元/孔１３万元/孔合计㊀㊀
７３万元/孔
表４㊀每孔整孔预制梁制架费用项目单价梁体预制运架㊀㊀６３万元/孔８万元/孔
合计㊀㊀
７１万元/孔３．３．２㊀经济性统筹分析(１
)施工组织分析.由于整孔预制架桥机㊁节段拼装架桥机以及运梁车均不能通过高架站区域,故三者在遇高架站时,
均需考虑拆除,并在过高架站后重新安装.
一方面,节段梁可以利用平板车,通过场外运输便道和市政道路进行运输,而且投入１２套节段梁运架设备,数量大于高架站座数,故本项目中使用节段拼装架桥机时,可不考虑遇高架站拆除后重装.
另一方面,整孔预制梁由于梁体较大,必须采用运梁便道或者提梁上线运输.然而,基于项目特殊性,２１．６k m 范围内没有路基上线的可行性.因此,只能采用提梁上线而后运梁车通过桥面运输的方式.不仅如此,本项目计划投入２套整孔箱梁运架设备,数量小于高架站座数,故整孔预制架桥机在遇高架站后,均需考虑拆除后重新安装使用,操作难度大.
上述操作需每座高架站处配备一辆５００t 汽车吊.
(２
)经济分析.①整孔简支箱梁运架方案.整孔预制架设设置梁场位于区间中部,并采用提梁上线方式,且２１．６k m 区间内有７个高架站,故２台架桥机共需安拆８次.９００t 架桥机安拆每次费用为５０万元,故８次共计４００万元.为满足２
台架桥机的需求,应配置６台运梁车,且运梁车每次安拆费用为３０万元,故运梁车安拆费用为１８０万元.沿线设置６台起吊机,配合运梁车运梁,每台５００t 起吊机进出场费为６万元,
且６台机械１０个月的租赁费用为９０００万元,共计９０３６万元.按１０个月的工期考虑,每日需架设２．６孔梁,则梁场需设计１３个制梁台座,９１个存梁台座,整孔预制架设梁场共计约６０００万元.梁场内设置１台提梁机,
需要安拆１次,每次费用９０万元.通过经济性分析,每孔梁综合单价７１万元(不含设备摊销,含提梁和运输费用),２１．６k m 范围内７２０孔３０m 整孔箱梁制架总成本约为６．６８亿元.②节段拼装梁运架方案.采用１２台架桥机平行施工作业,每次架桥机安拆费用为８０万元,故安拆１２次共计９６０万元.按１０个月工期考虑,每日需预制节段梁３１节,故梁场需设计短线法制梁台座６４个,存梁台座４３４个(双层存梁),节段预制架设梁场约５０００万元.通过经济性分析,每孔梁综合单价７３万元(不含设备摊销,含提梁和运输费用).２１．６k m 范围内７２０孔３０m 节段拼装梁制架总成本约为５．８５亿元.
３．３．３㊀经济性分析结论
综上所述,采用３０m 节段梁拼装方案比３０m 整孔简支箱梁运架方案节省成本约０．８３亿,占总成本的１２．４％.此外,
整孔预制架设梁体运输的操作存在安全隐患,吊装及转运需要较大的操作空间,产生巨额临时用地征租费.综上所述,本线路宜采用节段拼装梁施工方案.４㊀结论及展望
本文主要从工艺性㊁工期和经济性等三个方面,详细分析了
整孔预制箱梁和节段拼装梁的特点,从工艺适应性㊁工期保证性㊁经济合理性等角度出发,对于城市和市域线路的架梁方式进行决策.下一步工作将增加安全环保㊁质量控制㊁运营维护等维度,并引入多目标决策的理论支持,以丰富和完善本模型.
(下转第４７９页)
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㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第３期
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㊀置所需车辆㊁物品㊁医疗等物资.３．２㊀临时排涝调度管理
(１)汛前,务必保证排涝机组㊁排涝用电㊁排涝物资[９]
等及时到位,听命待用.
(２)５月１日至９月３０日为汛期,
考虑怀宁县暴雨洪水特性[１０]
,在三㊁四月份会有桃花汛,为最大限度地减小淹没损失,拟定临时度汛排涝时间为每年的３月１日至９月３０日.在该时间段内,各临时排涝站均应安排人员值守,形成定时汇报工作制度.如遭遇持续降雨㊁降雨量大㊁雨强大等恶劣天气,应加强巡查㊁值守,加密定时汇报间隔;如遇设备故障㊁用电故障㊁人员伤亡等突发情况,随时上报.
(３
)红旗圩内的张园闸㊁高河圩内的团结闸正在建设,若汛前能建好发挥效益,当高河大河水位较低时,应优先考虑自排.(４
)当各排涝站进水池水位达到设计运行水位,且高河大河水位较高,无法自排时,可开机排涝,密切关注天气变化,根据雨水情大小,决定开机台数.当大雨停止,且进水池水位回落到设计运行水位时,停止抽排.
(５)根据 确保重点,兼顾一般 的原则[１１]
,若遭遇超标准暴雨(１０年一遇最大３d 暴雨为２７０．１m m ,
超过此标准即为超标准暴雨),重点保护对象依次为居民房屋㊁人员生命安全,应组织人员向高处转移.
４㊀结论与建议
通过对高河大河城区段综合治理工程建设情况及防洪排涝体系现状综合分析,可得出如下结论:
(１
)综合治理工程施工期,高河大河左岸低洼区域排涝方案以抽排为主.
(２
)为便于管理,应将红旗圩排区和高河圩排区合并,在原高河站附近统一设站.
(３
)白马圩排区临时排涝沟应结合规划湿地开挖,将临时工程与永久工程相结合,避免产生废弃工程,节省工程投资.
(４
)临时排涝方案应将工程措施与非工程措施相结合.高河大河城区段综合治理工程竣工并发挥效益后,建议将临时度汛所用排涝泵站等设备归于怀宁县防汛抗旱指挥部,供后续防洪排涝应急使用.
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(上接第４６８页)
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