关于长轨吊装方案的讨论

关于500m长轨吊装方案的探讨张晓伟中铁十五局集团第六工程有限公司[摘要]高速铁路在国内全面展开,长轨吊装新标准业已出台，新标准对长钢轨的吊装提出了更高的技术作业要求,具有较高的安全性。本文结合达成线500米长轨吊装的实际问题,对500米长轨的吊装进行分析,提出了既满足规范要求，安全性又高、成本又低的施工方法。关键词高速铁路长钢轨吊装方案About500mlong-trackliftingprograminSpeedRailwayzhangxiaoweiChinaRailway15thbureauGroupCo.Ltd.[Abstract]AstheconstructionofSpeedRailwayisinfullswing,thenewstandardofLong-trackliftingwasalsoproposed.Thenewstandardrequiresmoreadvancedtechniqueforlong-tracklifting,whichismoresafer.Thispapercombinedwiththepracticalissuestoanalysethe500mlong-trackliftingusedinSpeedRailway,andproposedasafer&lower-costconstructionmethod.Keywordsspeedrailwaylong-trackrailliftingprogram引言随着高速铁路在国内的飞速发展，施工技术标准的提高，长轨铺设已成为铁路轨道工程的主要施工方法。新的长轨吊装标准的出台，对吊装的技术要求更高，需要对既有吊装设备进行再次投入。针对原来的长轨吊装特点，结合新的技术标准要求，本文对既有吊轨方法进行了改进，使其不仅符合新的吊装规范要求，同时节省了设备的投入，对今后长轨吊装方案的制定具有指导意义。1、工程概况达成铁路是国家规划的“四纵四横”快速客运通道之一、沪汉蓉客运通道的重要组成部分，与建成的遂渝线共同形成了成渝间的便捷快速通道。我单位承建的达成铁路遂宁站至石板滩站新建双线段铺架工程，全线铺轨总长度221.318km，100米长轨在石板滩焊轨基地焊接成500m的长轨，运至淮口铺轨基地，再由铺轨机向遂宁及石板滩方向铺设，共铺设500米长轨885根。2、长轨吊装特点在新的长轨吊装标准出台前，长轨吊装通常采用2T或3T的固定龙门吊配合吊钩直接吊装长钢轨，其钢轨吊点的间距在17m左右。从多年的施工经验来看，吊装方案基本上是可取的，在P60轨的吊装施工中，仅发现被吊钢轨的下挠度较大，尚未发现其它吊装隐患的存在。随着高速铁路的大力发展，长轨吊装在各单位普遍展开，为加强对长轨吊装的技术与安全控制，铁道部运输局于2007年12月下发了关于《百米定尺轨装卸存放规定》的通知，文件中对长钢轨吊点的间距明确提出不应大于13米，长钢轨两端的夹持点距轨端距离不大于7米的规定（注1）。执行新的技术标准后，设备的吊装能力不能充分发挥，造成了投入的浪费，并且还要购买新的吊装设备才能满足吊装间距的要求。500M长轨按标准要用38台的龙门吊，采用本方案的吊装方法仅需要25台龙门吊，既减少了固定龙门吊的数量，又充分发挥了设备的吊装能力，同时还减少了临时设施的数量，从而降低了成本。对于已有长轨吊装设备的单位，采用此吊装方案不仅可满足吊装的技术作业要求，而且充分利用了原有龙门吊的吊装能力，发挥了设备的潜力，还节省了购买设备的资金投入。3、吊装方案3.1吊装方案的选择在认真分析了既有龙门吊的吊装能力并对铁道部的长轨吊装要求进行分析后，结合已有的长轨吊装经验得出：原有设备的吊装能力足够，吊装间距的缩小主要是考虑减小被吊钢轨的下挠度，以防止钢轨在吊装过程中发生侧翻，预防吊装安全事故的发生。在新的吊装标准出台之前，我单位购买了19台17m跨度的2T固定龙门吊及6台18m跨度的3T固定龙门吊，针对500m长轨的吊装作业要求，解决的方案有两种：一、就是购买新的龙门吊，以满足长轨吊装的技术要求，按要求需再购置13台的固定龙门吊。二、充分利用原有龙门吊的吊装能力，改进长轨吊装的方法。我单位采用了第二种吊装方案，即：不增加龙门吊的数量，充分利用原设备的吊装能力，通过采用吊轨扁担来缩小被吊长轨的吊点间距，以满足长轨吊装作业的吊点间距要求。经计算确定龙门吊的分布间隔为20m，整个群吊的布置方案如下图所示：1#5#10#15#20#25#20m*2410m10m龙门吊长轨龙门吊布置图3.2扁担的材料选用利用既有资源，采用P43旧钢轨作为横梁，上部的受力采用直径为22mm的Q235钢筋，钢轨与钢筋及钢筋与钢筋间的焊缝采用双面焊缝，焊缝长度不小于15cm，两根以上的钢筋焊结要再焊于钢板上进行加强。扁担的结构如下图所示：吊轨扁担图此图形结构计算为超静定结构,考虑到实际使用的受力情况（两侧作为主受力钢筋，其它钢筋作为构造筋配置），特作计算图形简化，吊轨扁担的受力简图如下：10mP43轨吊钩位置吊钩位置钢筋钢板错误！未定义书签。吊轨扁担力学计算模型图3.3扁担的受力计算3.3.1强度计算1、扁担钢筋的受力计算如下：考虑扁担自重:其中钢板重7Kg,钢筋的长度分别为5.3m两根,2.9m两根,0.75m两根,1.5m一根，P60轨每米重60.6Kg,P43轨每米重45Kg,按吊装的间距为20m进行计算。G1=60.6*20/2+[45*11+2.98*(5.3*2+2.9*2+1.5+0.75*2)+7]/2=886kg=8860NN1=3.5G1=31010NδS=185MPa(查得的最小值)A=3.8*10-4m2δ=31010/(3.8*10-4)=82MPaδS=185MPa故其强度满足要求。2、扁担的钢轨受力计算如下：钢轨在N1拉力的作用下受到一定的压力P,对其强度计算如下:P=3.4G1=30124N,A=57cm2δ=31124/(57*10-4)=5.3MPaδS=185MPa故其强度满足要求。3.3.2扁担的稳定性计算P43钢轨因受钢筋拉力的影响而承担一定的压力，其强度满足受力要求，但因钢轨受压，故还要考虑整个扁担的受压失稳情况。根据扁担的结构特点，因钢轨水平轴的惯性矩大于其垂直轴（钢轨对称轴方向）的惯性矩，且钢轨在扁担所在的平面内还受钢筋的侧向制约，故吊装钢轨时其失稳或发生翘曲会先发生在垂直扁担的平面内，即沿水平面发生翘曲或失稳。故略去钢筋对整个扁担稳定性的影响（钢筋对扁担的稳定性影响很小），仅考虑钢轨的刚度。计算扁担因受压力而可能产生的失稳情况如下：钢轨垂直轴的惯性矩Iy=260cm4钢轨所受的沿钢轨纵向的压力P为：P=3.4G1=30124NE=210GPa,L=10MA=57cm2欧拉公式:PC=π2*E*I/(μL)2扁担在空中处于自由状态,但因受两端吊钩的影响,其运动受限,可以简化为两端铰接状态,故取μ=1。钢的λP=100λ2=(μL)2/（Iy/A）=(1*10)2/(260/108/57*104)λ=468λP=100,属大柔度杆，故可用欧拉公式故扁担所能承受的最大压力为:10mN1N1G1G11.5mPC=π2*E*I/(μL)2=3.14*3.14*210*109*260/108/(1*10)2=53888NP=30124Nn=PC/P2=1.791.5,故扁担不会发生受压失稳破坏的情况。从以上的计算中可以看出选用的钢筋及钢轨是满足强度要求的，扁担受力后的稳定性也能满足,但是在吊装的过程中，因为龙门吊电动葫芦的提升速度不可能完全一致，总要有一些微小的高度偏差（从实际的钢轨起吊中可以看出），因此会导致每个扁担的实际受力是不均匀的，所以其实际受力与计算的结果有一定的偏差；另外还要考虑在起吊的一瞬间对扁担的冲击、吊装过程中可能受到的诸多外界因素影响，以及整个扁担在不用时的放置，防止钢筋骨架发生变形；所以还应考虑要有一定的抗弯刚度，以保持其几何尺寸，故应采用直径22mm以上的钢筋。根据受力分析结果,我们最后采用直径28mm的钢筋、P43钢轨制作吊轨扁担。扁担焊接点图焊成型的吊轨扁担3.4龙门吊吊装能力计算按上面的吊装方案计算每个龙门吊总的吊装重量，钢筋按直径28mm进行计算G1=60.6*20+[45*11+4.8*(5.3*2+2.9*2+1.5+0.75*2)+7]=1807KG=1.8t2t(龙门吊的荷载标准)，故龙门吊的吊装能力是满足要求的。3.5群吊布置方案500m长轨龙门吊装的最终布置方案如下:采用19台17m跨度的2T固定龙门吊与6台18m跨度的3T固定龙门吊组成长轨群吊,龙门吊总计25台,固定龙门吊的间距按20M考虑，则最外面的吊点距长轨端部距离为5m,中间吊点间距为10m,其吊点布置满足长轨吊装要求。扁担两侧的吊钩采用普通的钢丝绳与夹钳组合成钢轨吊钩。群吊及吊轨扁担3.5.1群吊平面布置图群吊平面布置因龙门吊上部横梁为箱梁形式，有一定的挡风面积，为加强群吊的纵向抗风能力，应对群吊增加纵向钢丝绳，并在群吊两端设地锚，以确保群吊的安全。3.5.2吊轨扁担加工及在吊装长轨使用中的注意事项：在吊轨扁担加工时，要注意四根斜筋及扁担跨中的直筋与钢轨焊接时宜弯折一定长度与钢轨进行双面焊接，确保焊接的质量，其它竖向钢筋可直接焊接。在吊装长轨时，因为扁担为两个吊钩，因此在夹持钢轨时，要注意吊轨扁担的另一端是否有人(一般为每个施工人员负责两个吊轨扁担)，防止吊轨扁担因旋转而伤人（其旋转角度较小）。起吊长轨时按照吊装规范要求，长轨下面不能站人，长轨的起吊采取同步起吊、平移、下落操作步骤。在吊装完长轨后，为防止扁担在空中自由旋转，应将扁担的两个吊钩夹持在长轨上并适当收紧钢丝绳，防止扁担移动或吊钩丢失。每次使用前，应检查吊轨扁担的吊钩钢丝绳是否松动，吊装钢丝绳是否有破损，要按吊装规定对钢丝绳进行正常的更换及保养。4、经济效益及技术方案比较4.1经济效益比较采用龙门吊加吊轨扁担的方案较增购龙门吊的方案相比，节省了资金的投入，因为龙门吊数量的减小，相应也减少了龙门吊的基础施工量。实际施工中，因为龙门吊总数量没有增加，对于现有的电力供应也不需要增容改造，从而节省了大临设施的配电费用，同时节约了能源消耗。两方案的经济对比情况如下：原龙门吊与吊轨扁担配合吊长轨方案增加的费用序号项目单位数量单价(元)合价(元)备注1龙门吊台25原有设备2需要增加的费用2.1采用新吊具个25195048750采用旧钢轨制作合计48750增加龙门吊购置方案增加的费用序号项目单位数量单价(元)合价(元)备注1龙门吊台25原有设备2需要增加的费用2.1增购龙门吊台13600007800002.2增加龙门吊线缆M17501001750002.3增加基础施工M31040040002.4控制台改造费用台1500002.5增加龙门吊主线缆M50010050000合计10590004.2技术方案比较采用龙门吊加吊轨扁担的方案，其被吊钢轨的吊点总计为50个，采用增购龙门吊方案的总吊点数为38个，龙门吊加吊轨扁担的方案其吊点更密，吊装过程中钢轨挠度更小，安全性更高，龙门吊的设备能力得到了充分发挥。5、结束语采用龙门吊加吊轨扁担的方案满足了长轨吊装的技术作业要求，使原有吊装设备的潜力得到了充分发挥，同时减少了设备的再投入，减少了临时工程费用，也降低了能源消耗，对现实的施工具有指导意义和实用价值。参考文献许本安，李秀治.材料力学上海交通大学出版社注1：2009年9月，铁道部运输局又下发了关于印发《焊接长钢轨吊运、存放规定（暂行）》的通知，文件中对长钢轨吊点的间距又提出不应大于16米，长钢轨两端的夹持点距轨端距离不大于7米的规定。张晓伟联系方式：18979322882邮编：334100江西省上饶市上饶县一舟大道中铁十五局沪昆客专项目部