北京市域铁路S5线怀沙河大桥位于北宅站与范各庄站区间, 桥中心距北宅站1.084km, 既有桥梁孔跨布置为6～24m混凝土简支T梁, 全长158.40m, 怀沙河桥上线路位于曲线上, 曲线半径800m, 全桥处于+5.45‰的上坡。需更换的桥梁与新桥外观尺寸相同 (长24.6m, 宽2.1m, 高1.95m) , 既有桥梁单片重86.1t, 新架桥梁单片重89.1t。

该桥跨越怀沙河及村属道路, 桥梁距地面高度约15m, 桥上为单线。在桥梁小里程端有10kV电力线上跨既有正线, 距轨面高度为7.4m。周边为山地、河道, 交通极为不便。受地形条件限制, 无法采用汽车式起重机、龙门架等进行换梁施工, 最终决定利用铁路架桥机进行换梁施工, 利用架桥机架梁的逆施工方法拆除既有T梁。为减少在营运线上的施工时间, 选择TJ165型架桥机作为换梁施工设备, 吊梁就位时吊梁小车及梁体横移稳定性较好。换梁地点选择在距车站约800m的线路上, 施工时利用站内股道作为架桥机组装点 (见图1) , 组装后按照施工组织安排及行车计划, 由北宅站进出至换梁点进行既有桥梁更换作业。

铁路架桥机运输至北宅站后在既有车站股道上利用倒装梁起重机进行组装, 组装完成后对各系统进行调试。换梁期间用运梁平车进行倒梁, 配置4台运梁小车, 并按编号顺序依次置于架桥机尾部。

更换的旧梁需倒运至车站, 然后新梁从车站运出直至到达更换位置, 2片梁更换完成后架桥机退回至车站。运梁平板需在区间和车站各股道间运行, 新、旧梁及轨排间的停放和调运需做好规划布置, 确保换梁期间各通道顺畅。

1) 提前在桥墩垫梁石上弹出梁端纵横向就位线、支座钢板位置线和标高控制点, 准备支座拆除工具、大钢板、新螺栓、扳手、自流平砂浆、干硬性砂浆等。

2) 检查新梁质量, 复核梁长、支座位置和支座类型, 并按照程序进行报验。提前确定T梁吊点, 并用油漆进行明显标记。

3) 组装并完成架桥机的调试, 取得当地设备特检机构出具的合格特检报告。

1) 既有设施调查及防护架桥机组装完成后需对车站内股道及通往架梁区间的线路进行调查, 检查是否存在侵限行为。由于转换龙门架置于线路上, 为避免对列车行驶造成影响, 需及时与有关各方沟通。各种杆、信号灯、设备箱盒等如果影响运输路径则需提前改移, 确保换梁施工顺利进行。既有桥梁上各种电线、电缆较多, 需在各设备单位监护下进行改移。倒梁龙门架位置确定后, 应先调查清楚地下电缆情况, 做好探沟开挖, 设置位置应尽量靠近换梁施工地点, 节约运梁车的走行时间。既有线路各项轨道参数可能存在变化, 需现场实际测量, 并与设计资料进行对比, 及时发现问题, 在换梁施工前一并解决。

2) 运营线路应力放散既有线路均为无缝线路, 因施工时的温度与当时线路锁定时的设计温度不同, 钢轨随着温度的变化产生了温度应力, 必须进行消除, 即应力放散。为便于拆除桥梁上部钢轨, 放散施工时在对应梁缝的位置更换1对短钢轨, 确保换梁顺利施工。拆除的线路钢轨和桥上护轮轨需运出施工场地, 以不影响后续施工为原则。将架桥机对位时的支腿位置枕木间距进行调整, 确保支腿能顺利支立于梁上, 同时将该部位的石碴清理干净。

3) 拆除既有梁体间横向连接既有桥梁每孔梁为2片T梁, 梁间利用7道横隔板相连, 为保证顺利换梁, 需提前将横隔板拆除。在运营线路上进行拆除作业时必须在铁路局要求的时间点内施工, 即要点施工。施工期间停止行车, 施工结束后恢复。由于桥梁稳定性较拆除前有所减弱, 拆除后行车必须限速为45km/h。

要点施工前在既有枕木孔内每隔5m穿1根木枕;提前将滑移短轨放置于下一孔道心内, 要点施工命令下达后使用液压起道机将线路起道65～70cm, 然后按照以下施工顺序移除轨排:首先穿入滑轨, 将滑轨与既有钢轨用夹板连接, 同时将滑轨与木枕钉联;然后将大滑车置于滑轨上并下落轨排, 通过人工拖拉将轨排移至下一孔桥上。换梁结束后用相同方法移回轨排, 恢复线路。

要点施工前准备恢复线路所需的道砟, 并在换梁结束后推至换梁位置, 等待恢复线路时补充石碴。

换梁施工不同于普通架梁施工, 施工时0号柱只能支立在前一孔桥面梁端, 所以必须对0号柱下方支撑体系进行加固, 防止架桥机在横移后发生侧翻。加固前检查既有桥梁桥面 (距离下孔桥梁梁端1m范围) 清理情况, 确保架桥机0号柱支立位置干净, 具备安放钢支垫条件。加固采用在桥墩顶支立顶铁支柱的方式, 支柱安放平稳后横向与梁体联结牢固, 顶面长度和宽度大于0号柱两侧承力部分尺寸, 顶铁支立高度高于T梁翼缘板上边缘20mm, 如图2所示。

梁片运输采用与架桥机配套的机动平车, 并由专人操作控制动力, 严禁超速行驶。运梁过程中, 在梁片左右两端设钢支撑稳固梁片, 并通过钢丝绳将梁片与运梁车托板紧固为一体, 确保梁片运输过程中不发生窜动。检查无误后方可运输, 运输过程中随时关注斜支撑与钢丝绳的紧固程度, 若有松动则需加固。

旧梁拆除步骤为: (1) 架桥机吊轨小车运行至机臂最前端停放, 架桥机前后吊梁行车共同前行至吊梁位置后停止, 行车落钩至桥面; (2) 架桥机吊梁行车挂钢丝绳并起吊梁片, 梁底高度高于架桥机底盘; (3) 吊梁行车后退, 将梁片放置于托梁小车上, 继而放在机动平车上, 由机动平车运出。

新梁架设步骤为: (1) 架桥机准备工作完毕后, 运梁机动平车装载梁片运行至架桥机尾部停止, 机动平车托梁小车将梁片顶起, 使梁片落到架桥机前托梁小车上; (2) 架桥机前托梁小车和机动平车上托梁小车配合移动梁体, 当梁体前移至架桥机前端时, 前吊梁行车将梁体前端按设计吊点位置捆绑牢固; (3) 前吊梁行车和机动平车上托梁小车配合继续前移梁体, 到达换梁位置后机动平车上托梁小车将梁片顶起, 机动平车回撤并将梁片落到架桥机后托梁小车上, 机动平车回空; (4) 前吊梁行车和托梁小车配合继续前移梁体直至后吊梁行车吊起梁片; (5) 前、后吊梁行车吊梁继续前移, 梁体纵向到位后由前、后吊梁行车同时落梁; (6) 落梁并横移梁片到位后安装桥梁支座螺栓、稳梁。重复上述过程完成一孔梁的架设。

在倒梁施工过程中, 第1片梁到位后及时采用150mm圆木支撑梁体, 梁端每侧支撑1根圆木, 使用手拉葫芦配合钢丝绳将梁体同后方固定体进行连接加固。

一孔梁架设完成后, 2片梁端部应平齐, 端部错位≤10mm, 相对高差≤20mm;梁体横向偏差±15mm, 纵向偏差±20mm;梁体稳固、无损伤且梁缝均匀。2片梁横向连接板对齐后焊接牢固。

1) 第1片梁落至最低位置时首先纵向对位然后横移就位, 并调整支座位置, 尽可能使梁端及梁间缝隙符合规范要求, 避免出现两端挤死现象。T梁腹板应垂直, 支座底面和垫石面应密贴, 上下座板间应无缝隙, 整孔梁无“3条腿”现象, 梁边基本平齐。支座落位前应安装好全部地脚螺栓, 螺栓应拧紧无缝隙。

2) 梁缝应符合设计要求, 不能满足设计要求时应在T梁腹板竖直及桥梁顶面中心线与墩台纵向中心线一致的条件下进行调整。

3) 在保持T梁腹板竖直的前提下, 道砟槽外缘宽度应满足设计要求。

4) 桥梁梁体就位后应保证横向预应力预留孔道对齐。

支座进入现场后除检验支座包装标志与产品合格证等是否符合技术要求外, 还应对支座型号、性能、组装后全高、上下座板螺栓孔中心距、各部尺寸、支座铸件不加工面及加工面的外观质量、支座防锈及承压面润滑涂油质量进行检查, 合格后方可安装。

支座更换时首先将旧支座移除, 直接在原有支座位置铺放1块20mm厚钢板, 新支座直接放置于钢板上, 支座四周与钢板满焊, 最后将钢板锚固在垫梁石上。钢板与垫梁石间铺设M50干硬性找平砂浆。

将轨排在几个点抬高并用道砟垫实。抬高后的轨面大致平顺, 没有显著的凸凹和反超高。每次起道高度≤100mm, 两端高差按<5‰的坡度临时顺接。起道时先校正一股轨面高程, 据此调整另股轨面高程, 左右均匀进行。全轨节抬起后立即向轨枕下方串砟, 将钢轨两侧45cm范围内串满、串实, 钢筋混凝土枕中部60cm宽的砟面低于枕底3cm以上。钢轨两侧各45cm范围内均匀捣固, 钢轨下加强捣固, 钢轨接头处也需加强捣固, 轨枕中部60cm范围内严禁捣实。将线路拨到中心线位置, 并保证线路顺直。第2次细拨轨道时, 为减少拨道时的阻力, 可将轨枕端部的道砟拨开一部分, 拨道的同时进行局部改道。补足轨枕盒内和砟肩道砟, 沿线路均匀散布, 初步整修道床至设计断面, 拍实道床坡面和顶面。对已铺线路进行全面检查, 补齐或更换不合格配件、补齐轨枕、更换失效轨枕、调整线路方向等, 由设备单位检查并确认达到线路开通条件后通知车站放行列车。

近年来, 随着铁路营业线大面积提速, 既有铁路设施已不能满足行车要求, 尤其是铁路桥梁, 无论是承载力还是适用性均不能达到提速要求, 因此, 需对既有桥梁进行改造或更换。为了不影响既有铁路线的正常运营, 快速进行桥梁整体更换是必要的。在架桥机更换桥梁的过程中采用逆架梁施工技术, 克服了既有线换梁受地形条件限制等不利因素, 减少了其他方案临建设施的投入, 具有较强的可操作性。