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1、桥隧密集山区客运专线移动模架施工及管理技术研究之二 研究报告桥隧密集山区客运专线移动模架施工及管理技术研究报告之二研究报告中铁五局(集团)有限公司二九年五月1 工程概况1.1 概述武广客运专线是北京-武汉-广州-深圳快速客运通道的重要组成部部分，它北起武汉新火车站，途经湖北咸宁，湖南岳阳、长沙、株洲、衡阳、郴州，广东韶关、清远、花都、终于广州番禺的新火车站。全长968公里，设计速度350km/h，全线铺设无碴轨道，是我国目前在建的技术标准最高、运营里程最长、运行速度最快的客运专线。它的修建能实现客货分流，有效解决京广通道的铁路客货运输能力紧张状况，对加强华北、华中、珠江三角洲、港澳地区之间的联
2、系和交流，对扩大对外开放，促进区域国土开发和经济协调发展具有重要的意义。由中铁五局承建的武广客运专线乌龙泉至花都段第4标段（XXTJ）第七单元，全部在郴州市境内，起止里程为：DK1820+029.65DK1901+261.72。正线全长67.78812km(已扣除短链4.49394 km不含隧道局施工段)。管段内有桥梁63座30.49234km，常用跨度桥梁现浇箱梁共615孔，其中采用移动模架造桥的有595孔。该管段开工日期2006年3月，合同工期38个月。1.2 自然特征1.2.1 地形地貌特征本标段主要为低山丘陵区，部分地段为河流冲积平原及宽缓谷地区，主要有章水河冲积阶地等，线路经过郴州后
3、行经于五盖山与骑田岭夹持地带。其于地段主要为构造剥蚀低山区，山体多呈南北方向展布，自然坡度1535相对高差一般为30300m，山区沟谷交错，植被繁茂。1.2.2 工程地质特征 地层岩性多属剥蚀地貌，第四系残坡积土层主要由粘土、粉质粘土组成，局部碎石含量较高时相变为碎石、砾石类土。第四系残坡积厚度一般小于3m，多呈硬塑状态,局部傍山地段厚度达30m，工程性质较差。第四系溪流冲洪积、坡积相土层主要由粘性土组成，厚度一般小于10m，多呈软塑至硬塑状态，局部地段流塑。下伏基岩主要以灰岩为主。可溶岩主要为灰岩、白云岩、白云质灰岩、炭质灰岩等，局部夹厚薄不等的砂页岩，岩溶极为发育。 地质构造郴州至杨梅山段
4、位于南岭纬向复杂构造带中段，构成复杂的地质背景，褶皱强烈，褶皱构造主要有五盖山复背斜、连溪复式倒转背斜、褶岭向斜、桐木井背斜等。区域性大断裂及富水构造发育。曹家高雅岭一带存在燕山期花岗岩侵入岩体。 特殊地质及不良地质不良地质类型有：岩溶、采空区、危岩落石、堆积体、坍塌及顺层、软土及松软土、有害气体、灰岩残积层红黏土等。 1.2.3 水文地质特征本段水文地质条件复杂，地下水类型有松散岩类孔隙水、红层裂隙孔隙溶洞水、碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水（含碎屑岩类、岩浆岩类、变质岩类等）四大类。碳酸盐岩类岩溶水：含水岩组由二迭系下统、泥盆系、石炭系等碳酸盐岩组成。岩溶水多以地下暗河、岩溶泉排泄出地表，其补
5、、径、排特点是：补给区范围与地下水系统分布范围基本一致，水平径流带与垂向径流带并行，地下水具有系统复杂、水位变化大、径流速度和径流量随季节变化极大、有基本集中的排泄带的特点。一般裸露型岩溶区，地下水埋藏较深，覆盖型岩溶区，碳酸盐岩类隐伏型岩溶很发育，在地下水流长期作用下，易发生塌陷等不良地质现象。化学类型多属重碳酸型水，局部具侵蚀性。松散岩类孔隙水：河流、湖泊及其支流河漫滩、沿岸阶地中以松散岩类孔隙水为主。其中全新统地层内主要为孔隙潜水，更新统地层内主要为承压水，化学类型为低矿化的重碳酸型水，一般无侵蚀性。基岩裂隙水：分布广泛，主要赋存于泥盆系、二叠系砂岩、粉砂岩及页岩构造裂隙中，局部存在着层
6、间裂隙水及带状裂隙水，一般构造复合部位、多期断裂及断裂密集带地下水富集，水量丰富，水位埋深343m，对砼大部具溶出型弱侵蚀，含煤地层段注意硫酸盐侵蚀及其它侵蚀性。红层裂隙孔隙溶洞水：一般红层地下水富水性贫乏极贫乏，局部砾岩、砾灰岩地下水十分发育，且具承压性，部分对砼具有溶出型弱侵蚀。1.2.4 水系、气象及交通 水系：本段线路穿越长江水系及珠江水系，南岭地区为分水岭。所经地区，湖泊较多，水网密布。经过的主要河流有隶属于湘江水系的西河及隶属于北江水系的章水河等。 气象：本标段地处亚热带温暖湿润气候，四季变化明显，霜期较短，雨量充沛，汛期雨量集中。冬季多年平均气温7.5，夏季多年平均气温28，年温
7、差23，极端最高气温达40以上，极端最低气温不到-10。多年平均蒸发量1436.0mm，主要降雨量特征值：多年平均降雨量14701500mm，65%以上集中在春夏两季。多年平均汛期(49月)降雨量为954mm。 工点范围外纵向有107国道、京珠高速公路及京广铁路，横向主要是部分省道及乡村公路，交通较为方便。但进入工点范围内交通极为不便，需重新修建临时道路。1.3 设计技术标准铁路等级：客运专线 设计速度目标值：基础设施350km/h正线数目：双线 正线线间距：5m竖曲线半径：25000 坡度： -20、+8.26机车类型：电动车组 轨道类型：无碴轨道牵引种类：电力 列车运行控制方式：自动控制行
8、车指挥方式：综合调度集中 地震烈度：度建筑限界：按京沪高速铁路设计暂行规定执行。1.4 工程特点及难点 桥梁所占比例大（桥占全线比例在45%以上），工程规模大（桥梁63座,总长30.49234km，且全为双线，常用跨度桥梁现浇箱梁共687孔，其中采用移动模架造桥的有574孔），工期紧（合同总工期38个月，同时还受下部工程进展、测量网升级及拆迁制约）； 管段全位于丘陵区，沟谷纵横交错，植被繁茂，交通运输不便，组织协调极为不便，同时桥梁地基处理也非常困难。 技术质量要求高：武广铁路客运专线设计速度目标值为350km/h，双线无碴轨道，机车类型采用电动车组，到发线有效长为700m，列车运行方式为自动
9、控制，行车指挥方式为综合调度；无碴轨道对桥梁上部结构的线型控制提出了严格的要求（双线整孔箱型简支梁砼的326m3砼要在6小时内一次性全部浇注完成；梁体徐变上拱值不大于7mm），施工中必须采取严格的技术工艺保证措施控制收缩徐变引起的结构线型变化；主要承重结构的使用寿命要确保满足100年的要求，砼圬工普遍采用高性能耐久性砼，对砼拌合设备、材料、配合比设计、施工工艺、质量控制提出了更高要求；2 项目技术背景2.1 目前国内外移动模架施工及管理技术研究的现状移动模架造桥机上世纪50年代起源于西欧，1959年由联邦德国首先开发，并在卡特哈克桥修造了13孔40 m连续梁；70年代，日本、美国先后采用，日本
10、1968年开始引进，发展很快，至1982年用此法造桥27座，跨长为3040m，大部分是PC箱梁。现在已成为世界高架桥建设主要的建桥方法之一。20世纪70年代，我国公路系统在伊拉克修建摩苏尔4号桥时，采用了联邦德国PZ公司研究的、由瑞士建造的移动式模架，后又用这套设备修建了厦门高集海峡大桥。1994年又在青岛环城高速公路女姑山跨海大桥施工中，采用从意大利进口的造桥机进行施工，均获得了很好的使用效果。20世纪90年代初，铁道部开始组织研究铁路造桥机，并将造桥机列入“八五”科技攻关规划项目。1992年，由铁十三局在宁夏灵武铁路支线黄河特大桥施工中，采用了由科研、设计单位共同研究开发的、用八七型抢修钢
11、析梁改制的移动支架造桥机拼装单线铁路48 m PC箱梁，施工获得成功，并荣获国优鲁班奖。该桥全长1576 m，为24 x32m+10x48m+9x32m单线、单箱、等高PC箱形简支梁，采用现场预制梁段、移动支架造桥机整孔拼装的方法施工。在包兰复线三盛公黄河特大桥施工中，再次采用了该套设备成功地拼装了单线56mPC箱梁。1995年，我国研制出铁路桥梁专用移动支架，在南昆铁路白水河特大桥及打埂大桥建造了12孔56mPC简支箱形梁；在神延铁路秃尾河特大桥建造了4孔32m和11孔64mPC简支箱形梁;在内昆铁路老煤洞特大桥建造了5孔64m跨PC简支箱形梁。公路方面，1999年郑州大方桥梁机械有限公司研
12、制的DZ42/1000型移动模架式造桥机在厦门海沧大桥东引桥现浇施工了10孔连续曲线梁(R = 900m)。高速铁路方面，中铁大桥局在秦沈客运专线小凌河大桥上采用MZ32移动模架造桥机建造49孔32m双线单箱预应力砼梁。近10年来，我国用造桥机建造了为数众多的铁路和公路PC梁桥，造桥机的使用性能有了很大提高，对多种特殊桥梁的架设也有了很强的适应能力，如架设曲线桥，不等跨梁，墩台错置的梁。2.2 目前国内外移动模架施工及管理技术研究的发展趋势实践表明，移动模架造桥机整孔原位制造箱梁施工方法先进，造桥机技术性能和设备配置满足施工实际需要，采用造桥机原位整体现浇制梁的施工工法是可行的。但是，实践也表
13、明，移动模架造桥机必须不断地完善和改进，以便在我国的桥梁建设和发展中起着更大的作用。采用造桥机原位整体现浇制梁的工法，应从下面几个方面进一步加以研究。 造桥机制造单位和桥梁设计部门应该保持密切合作，经常沟通，在桥梁跨度、桥墩形式、梁型等各方面达成共识，使造桥机的适用范围进一步扩大。 造桥机制造单位和施工单位也必须充分沟通，让使用者了解和熟悉造桥机的各种功能和使用注意事项，避免在工地出现质量事故。 制造单位必须在下述问题上不断地完善和改进造桥机，比如，墩旁托架向前方桥墩运输和安装必须要辅助设备的问题，弹性模床对砼梁体成形的影响的定量分析，内模系统进一步简化，整机重量进一步降低等等。3 设备选型移
14、动模架造桥机分上行式和下行式，其造桥基本作业雷同，但各有优缺点和适用条件，下表为上行式和下行式移动模架对照表：上行式和下行式移动模架对照表设备类型上行式移动模架下行式移动模架适用范围大于2.5m以上的墩，跨径2450m，900t箱梁墩高在3.58m，跨径2432m，900t箱梁主要构件主梁系统、外模系统、内模系统、后主支腿、中主支腿、前辅助支腿、吊挂小车、桥面轨道、电气液压系统及辅助设施等部分组成。支承台车、主梁、底模、侧模和底模调整机构、导梁、墩旁托架、辅助门吊和内模及内模小车。主要特点承重的主梁系统位于桥面上方，外模系统吊挂在承重主梁上，主梁系统通过支腿支撑在梁端、墩顶或承台上。过孔时外模
15、系统横向开启（或打开）以避开桥墩。外模系统随主梁系统一同纵移。支腿可自行向前倒装或利用辅助吊机倒装。承重的主梁系统位于桥面下方，外模系统支撑在承重主梁上，主梁系统通过支腿（也叫支撑托架）支撑在承台上，外模模板随主梁一同横向开启或单独横向开启以避开桥墩。支腿可自行向前倒装或利用辅助吊机倒装。外模系统随主梁系统一同纵移。缺点1、内模系统为散装模，拆装不便；2、因设有吊挂系统，拆卸不便，且不能用整平机进行整平；3、前支腿过孔必须埋设预埋件；4、造桥速度要慢于下行式。1、过孔速度不如上行式；2、安装雨蓬不便；3、只适用于墩高在8m以下造梁。优点1、适用大于2.5m以上的所有墩造梁；2、过孔速度较下行式快3、因设有吊挂系统，安装雨蓬方便1、内模系统为半液压式整体模，不需拆卸，能利用内模小车整体推进；2、可以使用整平
