D型便梁错位架空在实际营业线施工中的应用

摘要：铁路 D 型便梁错位架空技术在营业线施工中，对保障既有铁路正常运营起着关键作用。本文结合某铁路工程案例，围绕该技术展开深入探究，详细分析了其在结构力学特性与加固系统计算设计优化、施工工艺精细化控制、安全风险防控体系以及运营协调机制创新等方面的核心内容。通过对各方面的深入研讨，明确了该技术研究的重点方向，涵盖结构-荷载的动态适配性、施工精度的毫米级把控、风险防控的智能化升级以及资源利用的集约化创新，以推动该技术朝着更高安全等级和更低经济成本的方向迭代。

关键词：铁路 D 型便梁；错位架空技术；营业线施工；技术研究

引言：在铁路建设与运营持续推进的进程中，营业线施工面临诸多挑战，其中保障既有铁路的正常运营是核心要务。铁路 D 型便梁错位架空技术应运而生，成为解决这一难题的关键手段。该技术借助合理的结构设计与施工工艺，能够在不干扰既有铁路正常运行的前提下，完成相关施工任务，其研究涉及结构力学、施工技术、安全管理以及运营协调等多个领域，对提高铁路施工的安全性、效率和经济性意义重大。随着铁路建设的不断发展，对 D 型便梁错位架空技术的研究也需持续深入与完善，以适应日益复杂的施工环境和运营要求。

1工程概况

结合某铁路D型便梁错位架空在实际营业线施工中的应用案例进行分析，线路加固采用12+24+12+24+12+12mD梁对4号到发线、太焦上行线、太焦下行线、3号到发线进行了加固，D梁支点处采用灌注桩+帽梁提供支撑上部荷载。根据调整后线路加固位置，4号到发线D梁横梁错位1根，太焦上行线D梁横梁错位2根，太焦下行线D梁横梁错位1根，因此选取最不利的太焦上行线D梁进行结构计算。D梁合拢时间2024年4月22日，合拢温度约18度，预计D梁使用时间至2024年5月15日，根据气象部门历史记录及预报，期间极端最低气温9度，极端最高气温30度。本次工程验算采用的规范采用的是《铁路桥涵设计规范》（TB10002-2017），《铁路桥涵混凝土结构设计规范 》（TB10092-2017）和《普速铁路工务安全规则》（TG/GW101-2014）。

2 D型便梁错位架空在铁路营业线施工中的实践应用要点分析

2.1 结构力学特性与设计优化

在多股道、小半径曲线及道岔区段，D 型便梁的应用面临非对称荷载分布问题，这些特殊的线路条件致使便梁承受的荷载不再均匀，对其结构的力学性能提出了更高要求，有限元模拟作为一种有效的分析方法，能够精准模拟便梁在不同荷载条件下的受力状况，通过有限元模拟，可验证纵梁与横梁连接节点的抗弯剪能力。连接节点是便梁结构的关键部位，其抗弯剪能力直接关乎整个便梁的稳定性。模拟过程中需综合考虑列车的静载和动载等各种可能的荷载组合，以确保连接节点在实际使用中安全可靠。不同轨面标高差异也会影响便梁的应力分布[1]。实际工程中，因线路的坡度、曲线等因素，轨面标高可能存在差异，这会使便梁在不同位置承受不同应力，因此需要进行应力动态调整。通过分析不同轨面标高差异下便梁的应力情况，可采取调整纵梁和横梁的截面尺寸、增加加强筋等相应措施，确保便梁在各种情况下都能满足力学性能要求。

2.2架空体系施工方法

在既有线改造中，通过设置独立支墩和设置便梁的方法，在加固完成后，将待加固桩基的上部土挖至一定深度，形成基坑。人工挖孔，设置钢筋笼，浇注混凝土，构成人工挖孔，施工桩与隧道外侧缘的水平净距不少于3.0m。系梁设于同一排人工挖孔之上，待浇筑完成后，将已挖出的土用素混凝土填满，双线隧道间的系梁应设垂直于轨道运行方向的预留孔。即梁的转换，在两根系梁上安装 D型梁来加强轨道，在同一条轨道线路的两侧，采用同一种型号的 D型便梁，并预先制造出钢桁架，将钢桁架布置在铁路两旁最大跨径 D型便梁的外侧，通过系梁上的预留孔，将其两端分别与两边的钢桁架固定在一起，通过再加工、顶进新建框架桥，实现新框架桥在既有地铁上、既有地铁上，新框架桥与既有既有铁路交叉，又有既有铁路。

2.2动态响应控制

列车动载冲击是影响便梁-轨枕-道床体系的重要因素，列车行驶时动载会引发便梁、轨枕和道床的协同变形，直接影响轨道的平顺性。轨道平顺性对列车安全运行至关重要，不平顺的轨道会增加列车的振动和噪声，降低乘客舒适度，甚至影响列车运行安全。为控制便梁-轨枕-道床体系的动态响应，需建立三维振动模型。该模型能准确描述体系在列车动载作用下的振动特性，包括振幅、频率等参数，通过对模型的分析，可量化不同车速下的振幅阈值[2]。振幅阈值是判断轨道平顺性是否达标的重要指标，当振幅超过阈值时，需采取相应调整措施，依据量化的振幅阈值，可指导防震桩预埋深度及牛腿加固方案的设计。防震桩能有效减少便梁的振动，其预埋深度需根据列车车速、荷载等因素合理设计，牛腿加固方案可提高便梁的稳定性，防止其在动载作用下发生过大变形。通过优化防震桩预埋深度和牛腿加固方案，能有效控制便梁-轨枕-道床体系的动态响应，保障轨道的平顺性。

2.3加固系统计算分析

2.3.1计算假定

本加固体系横梁、纵梁为主要受力构件，因此主要验算了横梁、纵梁强度及挠度，计算假定如下：（1）最不利工况按箱桥顶进过程中侧墙外土体剥落后横梁架空考虑，选取箱桥范围内的纵横梁作为计算构件；（2）支撑节点按刚性考虑；纵梁边界条件按简支处理；纵横梁之间按刚性连接处理，钢轨及扣轨与横梁刚性连接；（3）选取ZKH列车荷载作为计算活载，按《D型施工便梁使用说明书》相关规定，容许应力为240MPa，容许位移为L/400。

2.3.2主要计算参数及荷载

（1）横梁：Q345 工字钢； （2）纵梁：Q345 工字钢，跨中14m增加厚度为20mm的补强钢板；（3）钢轨：太焦上下行线为60kg/m 钢轨；（4） 选取ZH列车荷载作为计算活载，按《D型施工便梁使用说明书》相关规定，容许应力为 240MPa，容许位移为 L/400[3]。

2.3.3荷载

（1）D梁自重；（2）轨道自重：单根轨道按照60kg/m考虑；（3）温度作用：根据合拢温度及D梁使用期间极端最低、最高气温，按照整体升、降温各15度考虑。

2.3.4计算模型

计算采用软件 midas civil，按铁路实际作用位置加载，如图1、图2：

荷载组合为自重+列车活载+整体升温/整体降温。

2.4计算结果

纵梁计算结果：1）纵梁挠度：24mD梁纵梁最大挠度48mm，小于1/400L=60mm要求，12mD梁纵梁最大挠度22.5mm，小于1/400L=30mm要求，如图3：

2）纵梁应力结果：纵梁最大应力145MPa，小于钢材容许应力240MPa，如图4：

3）横梁挠度：横梁最大累计挠度59.5mm（叠加纵梁挠度后），小于1/400L=60mm要求；4）横梁应力结果：横梁最大应力216MPa，小于容许应力240MPa。经结构分析计算，得出D梁的横梁、纵梁位移、应力均满足规范要求，D梁架空期间铁路运行安全。

3具体施工工艺精细化控制和安全保障分析

3.1轨下空间重构技术

采用间隔替换轨枕法施工时，需同步控制道砟密实度与横梁定位精度，道砟密实度直接影响道床的承载能力和稳定性，密实度不足可能导致道床下沉，影响轨道平顺性，横梁定位精度则关系到便梁的安装质量，定位不准确可能使便梁受力不均，影响其使用寿命。液压千斤顶是常用的微调工具，可通过调整轨枕间距来控制道砟密实度。施工中，利用液压千斤顶逐步调整轨枕间距，使道砟在挤压作用下达到合适的密实度，同时结合激光定位仪实时监测横梁轴线偏差。激光定位仪具有高精度、实时性强的特点，能及时发现横梁轴线偏差，并通过调整施工工艺进行纠正，确保误差≤2mm 是保证轨下空间重构质量的关键，只有严格控制误差，才能保障便梁的正常使用和轨道的安全运行。

3.2多工序协同作业

挖孔桩施工与便梁架设是营业线施工的两个重要工序，但二者存在时空矛盾，挖孔桩施工需要一定时间和成孔空间，而便梁架设需在挖孔桩施工完成后尽快进行，以减少对既有线路的影响，因此解决这两个工序之间的时空矛盾是提高施工效率和保障施工安全的关键。钢模护壁工艺是有效的解决办法，可将成孔速度提升 40%，钢模护壁能提供稳定支护，防止孔壁坍塌，同时加快成孔速度，采用分层堆载法稳定既有线路道床，可减少对路基的扰动。分层堆载法是在道床表面逐层加载，使道床逐步适应荷载变化，从而降低对路基的影响，通过合理安排挖孔桩施工和便梁架设的时间与顺序，以及采用有效的施工工艺，可实现多工序的协同作业，提高施工效率，保障既有线路的安全运行[4]。

3.3安全风险防控体系

3.3.1横向稳定性保障

便梁的横向稳定性是保障铁路安全运行的重要因素，列车行驶过程中，便梁可能受到横向力作用而发生横向位移，若横向位移过大，可能影响轨道的几何形状，甚至导致列车脱轨等严重事故。为控制便梁的横向位移，采用预埋防移桩（孔深≥50cm）与角钢拉杆双重约束的方法。防移桩能深入地下，提供稳定的锚固力，防止便梁横向移动，角钢拉杆可在水平方向提供约束，增强便梁的横向稳定性，通过双重约束，可将便梁的横向位移控制在 3mm 以内，确保轨道的几何形状稳定。配套开发基于光纤传感的实时监测系统，可实现轨道几何形变预警，光纤传感技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，能实时监测便梁的位移、应力等参数，当监测到轨道几何形变超过设定阈值时，系统会及时发出预警信号，提醒工作人员采取相应措施处理，从而保障铁路的安全运行。

3.3.2应急预案架构

建立轨道高程动态补偿机制是应对突发沉降的重要举措，铁路运营过程中受地质条件、列车荷载等因素影响，轨道可能发生沉降，沉降过大将影响列车运行安全，采用 2-5mm 可调橡胶垫层可有效应对突发沉降。可调橡胶垫层具有良好的弹性和可调节性，能根据轨道的沉降情况进行调整，保持轨道的高程稳定，同步制定轨道车紧急撤离通道方案，可将行车中断风险降至 0.1%以下。轨道车在施工过程中可能遭遇设备故障、自然灾害等突发情况，需及时撤离现场。制定紧急撤离通道方案可确保轨道车在紧急情况下迅速、安全撤离，减少对铁路运营的影响，通过建立完善的应急预案架构，可有效应对各种安全风险，保障铁路的正常运营。

3.4运营协调机制创新

3.4.1天窗期效能提升

天窗期是铁路施工中进行维修和改造的重要时段，提高天窗期的效能是提高施工效率的关键。BIM 技术作为一种先进的建筑信息模型技术，可对施工流程进行预演，通过 BIM 技术，能在计算机上模拟施工过程，提前发现施工中可能存在的问题并进行优化，将单次要点施工时间压缩至 120 分钟内，可有效减少对铁路运营的影响，采用模块化预制构件可提高纵梁吊装效率。模块化预制构件是在工厂内预先制作好的构件，具有质量稳定、安装方便等优点。施工时，将模块化预制构件运输到现场进行安装，可大幅缩短施工时间，使纵梁吊装效率提高，可进一步提升天窗期的效能，实现施工与运营的协调发展[5]。

3.4.2全生命周期管理

建立便梁周转使用数据库是实现全生命周期管理的重要基础，通过数据库可记录便梁的使用情况、维修记录、检测数据等信息，结合无损探伤数据优化构件维修周期，可确保便梁在使用过程中的安全性和可靠性。无损探伤技术可检测便梁内部的缺陷，及时发现潜在的安全隐患。根据无损探伤数据，可合理安排构件的维修时间和维修内容，提高便梁的使用寿命。

将单套便梁复用率提升至 15 次以上，可降低大量的边际成本，提高便梁的复用率可减少资源浪费，降低施工成本。通过全生命周期管理，可实现对便梁的科学管理，提高资源利用效率，降低运营成本。

4结语：

综上所述，铁路 D 型便梁错位架空技术的研究是一项系统工程，需聚焦于结构-荷载的动态适配性、施工精度的毫米级控制、风险防控的智能化升级以及资源利用的集约化创新。在结构力学特性与设计优化方面，要持续深入研究错位荷载分布和动态响应控制，提高便梁的力学性能和稳定性。在施工工艺精细化控制方面，要优化轨下空间重构技术和多工序协同作业，提高施工效率和质量。在安全风险防控体系方面，要加强横向稳定性保障和应急预案架构，确保铁路的安全运行，在运营协调机制创新方面，要提升天窗期效能和实现全生命周期管理，降低施工成本和对运营的影响。

参考文献：

[1]张军伟.铁路咽喉区D型便梁架空线路与框架桥顶进施工技术[J].四川建筑，2024，44（06）：200-202.

[2]李晓宇.适用于曲线钢轨的便梁纵移人力推车[J].科技创新与应用，2024，14（27）：135-138.

[3]黄三能，牟阳之星，牛云彬，等.列车作用下D型便梁加固体系的动力响应分析[J].路基工程，2025，（01）：30-36.

[4]郭春阳，田山坡，王思宇.地下水位较高的特殊地质情况下新型D型便梁加固体系的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2024，（25）：145-147+87.

[5]王颜红.超窄间距铁路修建桥洞时架设D型低高度钢便梁的施工技术[J].工程机械与维修，2024，（06）：147-149.