塌陷區(qū)線路維護(hù)加固架空體系創(chuàng)新小組名稱：xx二公司xx項目部QC小組發(fā)表人：xx時間：2013年4月

xx鐵路橋位于xx礦區(qū)的北側(cè)，新橋梁尺寸為20.9×23.19×4.5米，為4×3鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。受xx礦工作面采動的影響，xx鐵路橋?qū)⒋罅肯鲁?。為保證橋體在地表變形影響下能夠正常通車，經(jīng)過對下沉預(yù)測的研究論證，該橋已于2007年11月至2008年1月對原有橋體進(jìn)行了地基加固及局部結(jié)構(gòu)加固，同時將橋體兩邊各加寬5米。受井下工作面采動影響，xx鐵路橋已發(fā)生大幅下沉，橋體上方堆積矸石高度約4.7m，且路堤坡腳已達(dá)到橋邊護(hù)欄，現(xiàn)場情況見圖2。經(jīng)開采沉陷預(yù)計，該橋在2012年元月左右還將經(jīng)歷一次開采沉陷過程，預(yù)計最大下沉量約0.8m。按照xx礦開采接續(xù)計劃，在2013年左右該橋還將下沉約3m。本次治理工程采用整體增高的增加新箱體方法，確保鐵路運營安全。具體治理方案為:在兩側(cè)箱體安裝鋼結(jié)構(gòu)擋碴墻，以此來保證隨下沉隨補(bǔ)碴，維持線路運營，同時也為兩側(cè)箱體施工創(chuàng)造施工作業(yè)面。然后施工兩側(cè)新箱體，待沉陷基本穩(wěn)定、沉陷量滿足中間箱體施工作業(yè)凈空后，將線路加固架空，施作新箱體，最后拆除加固架空體系。整個治理方案中，線路架空體系是關(guān)鍵，它架空高度、寬度大，時間長，整個橋體又處于不穩(wěn)定的動態(tài)沉陷中，其結(jié)構(gòu)受力已不等同于普通的頂進(jìn)橋梁線路加固，它關(guān)系到列車運營安全和治理項目的圓滿成功。一、工程概況xx鐵路橋原狀施工步驟簡圖軌道架空及中間框架施工兩側(cè)箱體完成擋碴墻完成原橋架空動畫

xx二公司xx項目部QC小組成立于2012年3月1日，小組成員情況見下表《QC小組成員情況一覽表》。小組名稱xx二公司xx項目部QC小組課題類型創(chuàng)新型成立時間2012．3．1小組注冊時間2012．3．3課題注冊時間2012．3．4小組活動時間2012.3.1-2012.12.1小組成員概況姓名組內(nèi)職務(wù)職稱學(xué)歷項目職務(wù)QC小組分工QC教育時間xx顧問高級工程師大本公司總工方案制定120xx顧問工程師大本公司技術(shù)部長方案制定120xx顧問工程師大專公司技術(shù)副總方案制定120xx組長工程師大本總工方案實施120xx副組長中專項目經(jīng)理對策實施80xx組員助理工程師大本技術(shù)部長組織活動60xx組員測量員收集資料60xx組員安全員材料供應(yīng)60活動方式應(yīng)用統(tǒng)計技術(shù)，分析問題原因，制定對策二、QC小組概況理由一：xx鐵路橋加固架空體系跨度大高度達(dá)5.5m，架空寬度達(dá)13.19m，為國內(nèi)首例，它的成功將為我國采煤區(qū)橋梁塌陷治理增添寶貴的經(jīng)驗，可以在我國廣大煤礦開采塌陷區(qū)廣泛推廣。

理由二：塌陷區(qū)線路加固架空體系，具有科技含量高、施工技術(shù)難度大、不可預(yù)見性強(qiáng)的特點，沒有先例可循。

理由三：線路架空是塌陷區(qū)橋梁治理方案的關(guān)鍵，它保證列車運營安全，是工程進(jìn)行的前提條件，工序復(fù)雜，直接關(guān)系到運營安全和工程的成敗。

綜上所述，我們選擇“塌陷區(qū)線路維護(hù)加固架空體系創(chuàng)新”作為本次QC活動的課題，進(jìn)行創(chuàng)新活動。

三、課題選擇四、目標(biāo)確定

4.1.活動目標(biāo)：

（1）從線路行車安全角度考慮管理單位要求架空體系工期不超過30天；（2）確保行車安全及沉陷中的架空體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各構(gòu)件變形均在允許范圍內(nèi)；(3)根據(jù)xx鐵路中橋二期加固經(jīng)驗架空體系成本控制成本在50萬元以內(nèi)。

4.2.可行性分析：

加固體系的剛度、撓度、穩(wěn)定性經(jīng)過科學(xué)檢算，具有理論基礎(chǔ)，現(xiàn)場配備了應(yīng)變放大器、位移計等先進(jìn)測試儀器，可隨時進(jìn)行監(jiān)測；我單位有豐富的頂進(jìn)橋梁線路加固的施工經(jīng)驗，有著一批經(jīng)驗豐富的“老鐵路”和具有較高理論水平的工程技術(shù)人員；在之以前，已聘請了中國礦業(yè)大學(xué)研究“三下”采煤沉陷的專家現(xiàn)場講解橋梁沉陷規(guī)律。五、提出方案并確定最佳方案5.1.提出方案：

小組成員圍繞“塌陷區(qū)線路維護(hù)加固架空體系創(chuàng)新”課題召開會議，運用頭腦風(fēng)暴法，相互啟發(fā)，集思廣益，提出三種方案，并將結(jié)果用親和圖整理如下：方案一：架空體系采用I63c工字鋼橫梁梁+I45b工字字鋼縱梁架空立面示意意圖方案二：架空體系采用I45b工字鋼橫梁梁+C35混混凝土支墩+雙拼I45b工字鋼縱縱梁方案三：架空體系采用I45b工字鋼橫梁梁+鋼管立柱柱+雙拼I45b工字鋼鋼縱梁5.2方案對比比分析：方案施工角度安全角度成本投入結(jié)論方案一、架空體系橫梁采用I63c工字鋼1）、橫梁自重141.189kg/m,施工相對笨拙，人力不能直接操作，需借助吊車施工，在有限的施工場地內(nèi)，吊車運轉(zhuǎn)困難；縱梁在橫梁上與橫梁連接形成整體。2）、橫梁穿入時需要清除/回填道碴量為2.8方/根。3）、每根橫梁有兩接頭（焊接+栓接），耗時長，在線路封鎖點（3h）時間內(nèi)施工進(jìn)度慢（1根/天）。4）、預(yù)計橫梁穿入工期為38天。1）、架空跨度為13，19m。2）、每根橫梁為3根6m長工字鋼焊接+栓接（兩個接頭），安全不確定性較大。1）、I63c橫梁38根18m*38=684m，重96.6t，需43.46萬元；2）、每個焊接+栓接接頭580元，需580元*76=4.4萬元。合計47.86萬元不選用方案二、架空體系采用I45b工字鋼橫梁+C35混凝土支墩1）、橫梁自重87.485kg/m,相對較小，施工靈活性強(qiáng)，人工配合卷揚機(jī)就可實施；雙拼縱梁在橫梁下支墩上。2）、橫梁穿入時需要清除/回填道碴量為0.82方根。3）、每根橫梁僅有一個普通焊接接頭在邊跨不需要封鎖點施工（6根/天）。4）、預(yù)計橫梁穿入工期為8天。5）、支墩直徑大，對線下清渣、中間箱體施工影響較大，后期拆除困難。1）、通過聯(lián)合支座將一跨變?yōu)槿?，跨徑最大僅為6.5m。2）、每根工字鋼為12m+6m焊接組成僅有一個接頭且在邊跨，安全性高。1）、I45b工字鋼橫梁43根18m*43=774m，重67.992t，需30.6萬元；2）、混凝土支墩：2.8萬元共計33.4萬元不選用方案施工角度安全角度成本投入結(jié)論方案三、架空體系采用I45b工字鋼橫梁+鋼管立柱1）、橫梁自重87.485kg/m,相對較小，施工靈活性強(qiáng)，人工配合卷揚機(jī)就可實施；雙拼縱梁在橫梁下鋼管立柱上。2）、橫梁穿入時需要清除/回填道碴量為0.82方根。3）、每根橫梁僅有一個普通焊接接頭在邊跨不需要封鎖點施工（6根/天）。4）、預(yù)計橫梁穿入工期為8天。5）、鋼管立柱可提前施工，直徑小，對后期施工影響不大，拆除容易。1）、通過聯(lián)合支座將一跨變?yōu)槿?，跨徑最大僅為6.5m。2）、每根工字鋼為12m+6m焊接組成僅有一個接頭且在邊跨，安全性高。1）、I45b工字鋼橫梁43根18m*43=774m，重67.992t，需30.6萬元；2）、鋼管立柱5.45t，計2.45萬元共計33.05萬元

選用5.3確定方案案：通過三個方案案對比分析，，小組成員一一致認(rèn)為方案案三可操作、、易實施，安安全性高，成成本投入少，，因此，方案三為最佳佳方案。初步確定施工方案案后委托xx理工大學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)檢算：（1）橫梁穩(wěn)定性性演算橫梁最大主應(yīng)力值值為154Mpa，為I45b工字鋼抗拉、抗彎彎抗壓強(qiáng)度允許值值為205Mpa的75.1%，，滿足要求。最大大撓度為1/745，小于1/600，滿足要求求。（2）縱梁穩(wěn)定性性演算縱梁最大主應(yīng)力值值為140Mpa，為I45b工工字鋼抗拉、抗彎彎抗壓強(qiáng)度允許值值為205Mpa的68.3%，，滿足要求。最大大撓度為1/1910，小于1/600，滿足要要求，結(jié)構(gòu)最大剪剪應(yīng)力為5.4Mpa小于允許值值120Mpa。?？v、橫梁穩(wěn)定性滿滿足要求5.4.1、縱、、橫梁穩(wěn)定性驗算算5.4初定方案受力力穩(wěn)定性演算：方案初步確定后，，對其縱、橫梁、、鋼管立柱受力穩(wěn)穩(wěn)定性進(jìn)行演算，，確定方案可行性性：5.4.2、立柱柱受力驗算立柱選擇外徑402mm、壁厚10mm的無縫鋼鋼管，強(qiáng)度及穩(wěn)定定性計算如下一、強(qiáng)度決定的構(gòu)構(gòu)件承載力構(gòu)件截面的最大厚厚度為10mm,根據(jù)GB50017-2003表3.4.1-1,f=215.00N/mm2根據(jù)GB/T700-2006及GB/T1591-2008,fy=235.00N/mm2根據(jù)公式5.1.1-1,N1=f××A=215.00N/mm212308.8mm2×0.9=2381752.8N=2381.752kN其中：A=3.14×-3.14×=12308.8mm20.9為鋼管凈截截面面積/毛截面面面積二、整體穩(wěn)定回轉(zhuǎn)半徑：r=(D/4)×=402/4×=138.64mm雙軸對稱，所以==5000/138.64=36.07根據(jù)GB50017-2003表表5.1.2-1,屬于a類類截面,查附錄錄C,得穩(wěn)定系系數(shù)為ψ=0.95根據(jù)規(guī)范公式5.1.2-1,N2=ψfA=0.95×215××12308.8=2514072.4N=2514.07kN三、構(gòu)件承載力N2>N1,強(qiáng)度起決定作作用,構(gòu)件承載載力為N1=2381.752kN單根鋼管支柱可支支撐2381.752kN/9.8=243.04噸。機(jī)車、縱橫梁作用用于立柱的質(zhì)量為為：此計算過程比較繁繁瑣，簡化計算為為單根立柱承受的的質(zhì)量：縱梁：2.64m+4.41m=7.05m橫梁：{3.25m+【6.82-（3.25m-0.609m-0.25m）+0.25】/2}*14根=78.26m縱橫梁：（7.05m+78.26m）*87.485kg/m*9.8=73.5KN根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計計基本規(guī)范規(guī)定，，列車豎向活載包包括列車豎向動力力作用時，該列車車豎向活載等于該該列車豎向靜活載載乘以動力系數(shù)（（1+μ），其動動力系數(shù)按下式計計算：1+μ＝1+28/（40+L））＝1+28/（（40+6）＝1.609機(jī)車重130噸，，動載為130噸噸*1.609*9.8=2048KN，作用到到單根柱為1024KN2381.752KN>1024KN+73.5KN,故所選鋼鋼管立柱滿足要求求。立柱受力滿足要求求綜上，我小組確定定的初步方案“采用I45b工字字鋼橫梁+鋼管立立柱+雙拼I45b工字鋼縱梁的的架空體系”可行方案可行六、方案實施需解解決的問題及優(yōu)化化6.1架空體系實施工藝藝流程6.2問題預(yù)測測根據(jù)施工工藝流程程圖我小組進(jìn)行多多次專題調(diào)研與討討論，并且向中國國礦業(yè)大學(xué)有關(guān)專專家進(jìn)行咨詢，初初步確定的方案所所需要解決的問題題如下：（1）、保證鋼管立柱受壓壓方式為軸心受壓壓（2）、柱腳固定定方式（3）、立柱加固固措施（4）、橫向擋渣碴安裝方案案確定及優(yōu)化（5）、縱橫梁檢檢測6.3預(yù)測問題解決決方案及優(yōu)化6.3.1、保證證鋼管立柱受壓方方式為軸心受壓（1）、利用利用用全站儀嚴(yán)格控制制立柱坐標(biāo)，垂直直線路方向偏差≤3mm。（2）、立柱安裝裝時控制垂直度,垂直度偏差≤3mm。6.3.2、柱腳腳固定方式（1）、柱腳采用用M32化學(xué)錨栓栓固定，每根立柱柱用12根錨栓，，化學(xué)錨栓的使用用嚴(yán)格按照使用說說明說執(zhí)行。（2）、在立柱內(nèi)內(nèi)原橋面植筋5根根Φ25鋼筋，灌灌50cmC35混凝土。6.3.3、立柱柱加固措施對于立柱加固措施施本小組成員提出出兩種的方案：方案可實施性成本投入安全可靠性結(jié)論方案一在鋼管立柱內(nèi)滿灌C35混凝土增加支墩剛度實施難度小C35混凝土62方，計2.232萬元安全可靠選用方案二相鄰立柱之間搭設(shè)橫撐及剪刀撐實施難度小需要10mm厚6.3號等邊角鋼6.25t，計2.6875萬元安全可靠選用兩種方案成成本都比較較小，為了增加鋼鋼管立柱穩(wěn)穩(wěn)定性，確確保形成安安全，兩種種加固措施施同時選用用作為雙重重保證。橫撐及剪刀刀撐架安裝裝圖6.3.4、橫向擋擋碴墻安裝措施施確定及優(yōu)優(yōu)化方案可實施性成本投入安全可靠性結(jié)論方案一做磚砌擋墻可實施性小，會影響線路正常運營需磚164.5m3，砂漿66m3，投入3萬安全性差不選用方案二用I20b工字鋼做擋墻容易實施需I20b工字鋼27t，中間箱體完成后I20b工字鋼可抽出循環(huán)利用，損耗小可租賃，租賃時間為90天，費用6t/天*27t*90天=1.458萬元安全可靠選用確定選用方方案二后，，橫向鋼結(jié)結(jié)構(gòu)擋碴墻安裝方案案可再進(jìn)行行優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)橫向向擋碴墻安裝方案案優(yōu)化橫向擋碴墻墻采用鋼結(jié)結(jié)構(gòu)擋墻，，在清除中中間注漿體體及道碴的的過程中，，邊清理邊邊由上而下下安裝鋼結(jié)結(jié)構(gòu)擋墻。。由于道砟砟容易塌方方，所以在在橫向擋碴碴墻安裝之之前預(yù)注漿漿，線下清清碴開始前前，在橫擋擋墻安裝部部位預(yù)注水水泥漿。(1)、在在兩側(cè)箱體體邊緣設(shè)置置磚柱為給施工中中間箱體創(chuàng)創(chuàng)造條件（（1.橋外外側(cè)道碴不不向里側(cè)塌塌陷2.流出工工作面）需需在橋端外外側(cè)0.8m處設(shè)置置橫向擋碴碴墻，擋碴碴墻兩端與與橋兩側(cè)箱箱體之間的的距離（0.8m））設(shè)置磚砌砌體柱。在在每處磚砌砌體柱的外外側(cè)（與橫橫擋墻的接接觸面）設(shè)設(shè)置兩根槽槽鋼柱，在在槽鋼柱上上每22cm設(shè)置一一道角鋼，，來固定橫橫擋墻材料料（20b工字鋼））。橫檔墻平面面圖(2)、安安裝鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)橫擋墻在清除線下下道碴及注注漿體的過過程中安裝裝橫向鋼擋擋墻，道碴碴及注漿體體每次清除除深度25cm，需需邊安裝邊邊清除，盡盡量減少道道碴的塌陷陷。在橫擋擋墻兩側(cè)接接頭處及軌軌道兩側(cè)下下方（道碴碴處）各設(shè)設(shè)一道豎向向槽鋼進(jìn)行行加強(qiáng)，在在每道豎向向槽鋼的中中下部各設(shè)設(shè)置兩道斜斜撐(直徑徑140mm鋼管)。6.3.5、縱、橫橫梁變形監(jiān)監(jiān)測方案可實施性成本投入安全可靠性結(jié)論方案一采用應(yīng)力應(yīng)變元件與微機(jī)監(jiān)測監(jiān)控

監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，監(jiān)測人員需專門培訓(xùn)學(xué)習(xí)設(shè)備造價高,一次性購買設(shè)備需10萬元，人員培訓(xùn)約10000元。安全可靠不選用方案二采用振弦式傳感器監(jiān)測監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，與中國礦業(yè)大學(xué)合作，實施容易利用中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)備，共同監(jiān)測，需3萬元。安全可靠選用七、制定對對策序號項目對策目標(biāo)措施負(fù)責(zé)人完成時間工作地點1保證鋼管立柱受壓方式為軸心受壓控制力柱坐標(biāo)與垂直度立柱承載力滿足要求，整體穩(wěn)定1、用全站儀控制坐標(biāo)2、；利用水平靠尺與線錘人工確定垂直度xxxx2012.3.2～

2012.3.9辦公室2柱腳固定方式利用M32化學(xué)錨栓固定同時在立柱內(nèi)原橋面植筋，灌50cm混凝土確保立柱固定不動1、每根立柱利用12根M32化學(xué)錨栓固定2、每根立柱內(nèi)原橋面植筋，灌50cm混凝土xxxx2012.5.3～

2012.5.15施工現(xiàn)場3立柱加固措施在鋼管立柱內(nèi)滿C35灌混凝土增加支墩剛度，立柱之間設(shè)置橫撐架加強(qiáng)立柱穩(wěn)定性，確保不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)1、在鋼管立柱內(nèi)滿C35灌混凝土增加支墩剛度2、立柱之間設(shè)置橫撐架xxxxxx2012.9.18～

2012.10.5施工現(xiàn)場項目對策目標(biāo)措施負(fù)責(zé)人時間工作地點4橫向擋碴墻安裝用I20b工字鋼做擋墻確保線下道碴不發(fā)生坍塌先在橋頭安裝橫向鋼擋墻位置注漿，過程主意清碴進(jìn)度跟隨安裝進(jìn)度xxxxxx2012.9.16～

2012.10.5施工現(xiàn)場5縱、橫梁變形監(jiān)測采用振弦式傳感器監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)變的上限0.003，變形縫寬度變化上限為±50%，傾斜值上限為1%檢測采用BDI結(jié)構(gòu)無線檢測系統(tǒng)，共布置8支傳感器，其中應(yīng)變傳感器6支，分別安設(shè)于橫梁、縱梁跨中、立柱頂端。位移傳感器2支，分別安設(shè)于橫梁、縱梁跨中xxxx2012.10.2～

2012.11.14施工現(xiàn)場八、對策實實施實施一控制力柱坐坐標(biāo)與垂直直度控制立柱垂垂直度利用全站儀儀放樣立柱安裝實實施效果圖圖現(xiàn)場測得的的立柱偏差差數(shù)據(jù)垂直直度偏差最最大為2mm，沿線線路方向最最大偏差為為2mm，，均滿足要要求。鋼管立柱垂垂直度、坐坐標(biāo)偏差均均滿足要求求立柱安裝完完成后，小小組人員現(xiàn)現(xiàn)場測得立立柱偏差結(jié)結(jié)果如所示示：實施二利用M32化學(xué)錨栓栓固定同時時在立柱內(nèi)內(nèi)原橋面植植筋，灌50cmC35混凝凝土柱腳雙重加加固的鋼管管立柱固定定不動柱內(nèi)植筋化學(xué)錨栓固固定加固后的柱柱腳，在線線下清渣完完成后現(xiàn)場場檢查12個柱腳均均牢固不動動。實施三在鋼管立立柱內(nèi)滿滿C35灌混凝凝土增加加支墩剛剛度，立柱之間間設(shè)置橫橫撐架柱內(nèi)灌混混凝土設(shè)置橫撐撐及剪刀刀撐鋼管立柱柱在雙重重加固措措施下穩(wěn)穩(wěn)定。采用振弦弦式傳感感器測得得鋼管立立柱頂最最大振幅幅為0.82mm實施四用I20b工字字鋼做擋擋墻注漿鋼構(gòu)橫向向擋墻效效果圖線下道碴碴不發(fā)生生坍塌注漿后的的道碴板結(jié)，在在橫向鋼鋼結(jié)構(gòu)擋擋碴墻安裝過過程中沒沒有影響響線路行行車，安安裝完成成后，沒沒有道碴碴坍塌。。實時監(jiān)測測檢測采用用BDI結(jié)構(gòu)無無線檢測測系統(tǒng)，，共布置置8支傳傳感器，，其中應(yīng)應(yīng)變傳感感器6支支，分別別安設(shè)于于橫梁、、縱梁跨跨中、立立柱頂端端。位移移傳感器器2支，，分別安安設(shè)于橫橫梁、縱縱梁跨中中實施五采用振弦弦式傳感感器監(jiān)測測B3091傳感感器時程程曲線B3090傳感感器時程程曲線B2098傳感感器時程程曲線B2100傳感感器時程程曲線B2099傳感感器時程程曲線LV528傳感感器時程程曲線LV527傳感感器時程程曲線結(jié)論：1）檢測測數(shù)據(jù)規(guī)規(guī)律性較較好，說說明檢測測設(shè)備正正常，數(shù)數(shù)據(jù)可靠靠2）所有有應(yīng)變和和位移指指標(biāo)均小小于安全全限值，，軌道架架空支撐撐體系安安全可靠靠。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定定性好九、效果果檢查在整個施施工過程程中，架架空體系系及線路路安全始始終處于于可控狀狀態(tài)中，，其中：9.1、、架空體體系施工工完全順順利完成成，實際際總工期期26天天（縱梁梁1天+橫梁8天+橫橫向擋墻墻及線下下清渣17天））比業(yè)主主要求工工期提前前4天。。9.2、、通過鋼鋼管立柱柱與枕木木垛聯(lián)合合支座架架空體系系一跨變變?nèi)?，，架空跨跨度由原原來?3.19m變變?yōu)樽?/p>