QC成果塌陷区线路维护加固架空体系创新

塌陷区线路维护加固架空体系创新小组名称：xx二公司xx项目部QC小组发表人：xx时间：2013年4月

xx铁路桥位于xx矿区的北侧，新桥梁尺寸为20.9×23.19×4.5米，为4×3钢筋混凝土框架结构。受xx矿工作面采动的影响，xx铁路桥将大量下沉。为保证桥体在地表变形影响下能够正常通车，经过对下沉预测的研究论证，该桥已于2007年11月至2008年1月对原有桥体进行了地基加固及局部结构加固，同时将桥体两边各加宽5米。受井下工作面采动影响，xx铁路桥已发生大幅下沉，桥体上方堆积矸石高度约4.7m，且路堤坡脚已达到桥边护栏，现场情况见图2。经开采沉陷预计，该桥在2012年元月左右还将经历一次开采沉陷过程，预计最大下沉量约0.8m。按照xx矿开采接续计划，在2013年左右该桥还将下沉约3m。本次治理工程采用整体增高的增加新箱体方法，确保铁路运营安全。具体治理方案为:在两侧箱体安装钢结构挡碴墙，以此来保证随下沉随补碴，维持线路运营，同时也为两侧箱体施工创造施工作业面。然后施工两侧新箱体，待沉陷基本稳定、沉陷量满足中间箱体施工作业净空后，将线路加固架空，施作新箱体，最后拆除加固架空体系。整个治理方案中，线路架空体系是关键，它架空高度、宽度大，时间长，整个桥体又处于不稳定的动态沉陷中，其结构受力已不等同于普通的顶进桥梁线路加固，它关系到列车运营安全和治理项目的圆满成功。一、工程概况xx铁路桥原状施工步骤简图轨道架空及中间框架施工两侧箱体完成挡碴墙完成原桥架空动画

xx二公司xx项目部QC小组成立于2012年3月1日，小组成员情况见下表《QC小组成员情况一览表》。小组名称xx二公司xx项目部QC小组课题类型创新型成立时间2012．3．1小组注册时间2012．3．3课题注册时间2012．3．4小组活动时间2012.3.1-2012.12.1小组成员概况姓名组内职务职称学历项目职务QC小组分工QC教育时间xx顾问高级工程师大本公司总工方案制定120xx顾问工程师大本公司技术部长方案制定120xx顾问工程师大专公司技术副总方案制定120xx组长工程师大本总工方案实施120xx副组长中专项目经理对策实施80xx组员助理工程师大本技术部长组织活动60xx组员测量员收集资料60xx组员安全员材料供应60活动方式应用统计技术，分析问题原因，制定对策二、QC小组概况理由一：xx铁路桥加固架空体系跨度大高度达5.5m，架空宽度达13.19m，为国内首例，它的成功将为我国采煤区桥梁塌陷治理增添宝贵的经验，可以在我国广大煤矿开采塌陷区广泛推广。

理由二：塌陷区线路加固架空体系，具有科技含量高、施工技术难度大、不可预见性强的特点，没有先例可循。

理由三：线路架空是塌陷区桥梁治理方案的关键，它保证列车运营安全，是工程进行的前提条件，工序复杂，直接关系到运营安全和工程的成败。

综上所述，我们选择“塌陷区线路维护加固架空体系创新”作为本次QC活动的课题，进行创新活动。

三、课题选择四、目标确定

4.1.活动目标：

（1）从线路行车安全角度考虑管理单位要求架空体系工期不超过30天；（2）确保行车安全及沉陷中的架空体系结构稳定，各构件变形均在允许范围内；(3)根据xx铁路中桥二期加固经验架空体系成本控制成本在50万元以内。

4.2.可行性分析：

加固体系的刚度、挠度、稳定性经过科学检算，具有理论基础，现场配备了应变放大器、位移计等先进测试仪器，可随时进行监测；我单位有丰富的顶进桥梁线路加固的施工经验，有着一批经验丰富的“老铁路”和具有较高理论水平的工程技术人员；在之以前，已聘请了中国矿业大学研究“三下”采煤沉陷的专家现场讲解桥梁沉陷规律。五、提出方案并确定最佳方案5.1.提出方案：

小组成员围绕“塌陷区线路维护加固架空体系创新”课题召开会议，运用头脑风暴法，相互启发，集思广益，提出三种方案，并将结果用亲和图整理如下：方案一：

架空体系采用I63c工字钢横梁

+I45b工字钢纵梁架空立面示意图方案二：

架空体系采用I45b工字钢横梁+C35混凝土支墩+双拼I45b工字钢纵梁

方案三：

架空体系采用I45b工字钢横梁+钢管立柱+双拼I45b工字钢纵梁

5.2方案对比分析：方案施工角度安全角度成本投入结论方案一、架空体系横梁采用I63c工字钢1）、横梁自重141.189kg/m,施工相对笨拙，人力不能直接操作，需借助吊车施工，在有限的施工场地内，吊车运转困难；纵梁在横梁上与横梁连接形成整体。2）、横梁穿入时需要清除/回填道碴量为2.8方/根。3）、每根横梁有两接头（焊接+栓接），耗时长，在线路封锁点（3h）时间内施工进度慢（1根/天）。4）、预计横梁穿入工期为38天。1）、架空跨度为13，19m。2）、每根横梁为3根6m长工字钢焊接+栓接（两个接头），安全不确定性较大。1）、I63c横梁38根18m*38=684m，重96.6t，需43.46万元；2）、每个焊接+栓接接头580元，需580元*76=4.4万元。合计47.86万元不选用方案二、架空体系采用I45b工字钢横梁+C35混凝土支墩1）、横梁自重87.485kg/m,相对较小，施工灵活性强，人工配合卷扬机就可实施；双拼纵梁在横梁下支墩上。2）、横梁穿入时需要清除/回填道碴量为0.82方根。3）、每根横梁仅有一个普通焊接接头在边跨不需要封锁点施工（6根/天）。4）、预计横梁穿入工期为8天。5）、支墩直径大，对线下清渣、中间箱体施工影响较大，后期拆除困难。1）、通过联合支座将一跨变为三跨，跨径最大仅为6.5m。2）、每根工字钢为12m+6m焊接组成仅有一个接头且在边跨，安全性高。1）、I45b工字钢横梁43根18m*43=774m，重67.992t，需30.6万元；2）、混凝土支墩：2.8万元共计33.4万元不选用方案施工角度安全角度成本投入结论方案三、架空体系采用I45b工字钢横梁+钢管立柱1）、横梁自重87.485kg/m,相对较小，施工灵活性强，人工配合卷扬机就可实施；双拼纵梁在横梁下钢管立柱上。2）、横梁穿入时需要清除/回填道碴量为0.82方根。3）、每根横梁仅有一个普通焊接接头在边跨不需要封锁点施工（6根/天）。4）、预计横梁穿入工期为8天。5）、钢管立柱可提前施工，直径小，对后期施工影响不大，拆除容易。1）、通过联合支座将一跨变为三跨，跨径最大仅为6.5m。2）、每根工字钢为12m+6m焊接组成仅有一个接头且在边跨，安全性高。1）、I45b工字钢横梁43根18m*43=774m，重67.992t，需30.6万元；2）、钢管立柱5.45t，计2.45万元共计33.05万元

选用5.3确定方案：

通过三个方案对比分析，小组成员一致认为方案三可操作、易实施，安全性高，成本投入少，因此，方案三为最佳方案。

初步确定施工方案后委托xx理工大学进行结构检算：（1）横梁稳定性演算横梁最大主应力值为154Mpa，为I45b工字钢抗拉、抗弯抗压强度允许值为205Mpa的75.1%，满足要求。最大挠度为1/745，小于1/600，满足要求。（2）纵梁稳定性演算纵梁最大主应力值为140Mpa，为I45b工字钢抗拉、抗弯抗压强度允许值为205Mpa的68.3%，满足要求。最大挠度为1/1910，小于1/600，满足要求，结构最大剪应力为5.4Mpa小于允许值120Mpa。纵、横梁稳定性满足要求5.4.1、纵、横梁稳定性验算5.4初定方案受力稳定性演算：

方案初步确定后，对其纵、横梁、钢管立柱受力稳定性进行演算，确定方案可行性：5.榆4.扭2、玻立柱飞受力平验算立柱小选择庄外径思40少2m升m、领壁厚振10龙mm垒的无催缝钢白管，睬强度舒及稳蚀定性般计算蝴如下一、盐强度失决定处的构笛件承再载力构件赏截面薪的最室大厚幼度为泥10眠mm吹,根构据G旱B5盼00捆17斑-2股00喜3表愚3.们4.趁1-黑1,爬f严=使21诊5.雪00正N/乖mm黑2根据即GB俘/T丝式7础00起-2别00粗6及迎GB雨/T允1喊59丝式1-低20轮08悲,源fy冻=旬23允5.疯00标N/先mm2根据饮公式叶5.逃1.壶1-贝1,N1膛=继f卷×妥A别=洒2耀15退.0玻0塘N/滤mm浮2悼1督23可08兄.8征m蹦m2千×表0.丘9林=鄙23赠81险75南2.掠8N奴=2黎38带1.挡75块2k幼N其中燃：A下=3女.1我4×琴-3国.1娃4×违=1增23有08浮.8北m侍m20.穷9为难钢管疼净截搏面面颈积/哨毛截会面面疗积二、圆整体像稳定回转捧半径挡：r只=(昏D/宜4)奋×=升40闲2/提4×妹=1轰38停.6潮4m扰m双轴即对称涨，所豆以=永=5冬00渡0/厚13怒8.男64赢=3臂6.环07根据大GB枯50绝01献7-受20货03坦表5呜.1唱.2示-1纠,他属于争a积类截才面,华查彻附录导C,朱得侍稳定什系数秧为ψ抗=0顷.9醒5根据腊规范两公式霞5.罗1.搬2-瞒1,N2问=赏ψ阔fA映=衬0.后95宫×馆21膛5抹×起12摧30胸8.闭8沾=抖25矛14帐07劝2.希4N谋=2拥51挎4.努07舍kN三、欲构件波承载沫力N2置>厉N李1,絮强捧度起伸决定哲作用渔,瓦构件愤承载屿力为狼N像1色=2毛38棋1.生75留2k掌N单根娘钢管逃支柱谜可支路撑2驶38绍1.包75腾2k慈N/卧9.亮8=职24逐3.穗04土吨。机车森、纵枣横梁磨作用讯于立准柱的民质量傲为：此计交算过沉程比停较繁五琐，择简化迁计算饲为单竭根立耕柱承脏受的怨质量吗：纵梁幅：2遗.6奥4m聚+4另.4看1m匆=7南.0走5m横梁斩：妙{3武.2草5m扇+【晚6.慌82乏-（连3.步25独m-稻0.迎60括9m悟-如0.侵25忘m）释+0方.2籍5】攻/2离}*唤14垒根=织78虚.2撑6m纵横魂梁：虚（7典.0菠5m脉+7层8.机26鸟m）像*8渔7.怀48献5k终g/印m*躺9.旨8=币73旷.5寇KN根据笔铁路僚桥涵双设计箭基本料规范笔规定萍，列确车竖爹向活均载包子括列旧车竖扎向动永力作粉用时岁，该靠列车茂竖向趟活载跑等于遗该列持车竖右向静狂活载卡乘以风动力亚系数佩（1凡+μ描），栋其动计力系顷数按财下式哲计算娃：1+铅μ＝践1+乳28犯/（随40笼+L跨）＝街1+净28梯/（处40目+6旬）＝否1.乌60未9机车横重1成30剂吨，自动载摔为1周30缴吨*所1.酱60幸9*贴9.研8=不20虽48航KN拢，作也用到盆单根俯柱为紧10溉24轰KN23拳81子.7罢52胜KN伐>1省02恒4K竭N+途73隔.5花KN仔,故壶所选辜钢管售立柱互满足葱要求杠。立柱虏受力府满足华要求综上偿，我渡小组停确定阀的初疯步方精案“采用物I4怖5b温工字零钢横翅梁+淘钢管巾立柱胳+双易拼I盒45舍b工尸字钢魂纵梁荒的架空花体系”可梨行方案古可行六、紧方案控实施吴需解骆决的统问题航及优燃化6.夜1架空补体系昨实施慰工艺估流程6.烛2景问题浮预测根据诊施工池工艺挨流程阻图我宅小组早进行圾多次庙专题漠调研治与讨故论，全并且渔向中每国矿游业大漏学有旦关专宋家进贺行咨迎询，肢初步泻确定达的方慕案所亩需要当解决紧的问像题如州下：（1饺）、保证顶钢管播立柱劝受压下方式夺为轴猜心受混压（2挠）、摊柱脚溉固定浴方式（3迟）、遭立柱寄加固辨措施（4倍）、横向挡忽渣碴榨安装以方案锦确定肌及优寺化（5劫）、巡寿纵横滔梁检杆测6.3传预测智问题殊解决帝方案佩及优甜化6.需3.盆1、阅保证风钢管浮立柱畜受压泡方式健为轴悼心受锄压（1允）、衫利用预利用贩全站僚仪严更格控陈制立撤柱坐眨标，偷垂直术线路爽方向明偏差≤3m离m。（2约）、奇立柱急安装阁时控丹制垂纪直度肉,垂台直度踢偏差阻≤3m睬m。6.横3.渴2、麻柱脚生固定裹方式（1萄）、杰柱脚钳采用足M3渔2化湿学锚厌栓固罩定，粒每根南立柱尽用1拳2根起锚栓翼，化始学锚岔栓的嘴使用无严格豆按照吓使用评说明揭说执罩行。（2裳）、相在立妻柱内括原桥乎面植抓筋5分根Φ定25肉钢筋专，灌址50抛cm谋C3蕉5混验凝土翠。6.须3.晌3、铃立柱驶加固挠措施对于四立柱罗加固镰措施鸭本小淘组成骗员提杂出两读种的粪方案肿：方案可实施性成本投入安全可靠性结论方案一在钢管立柱内满灌C35混凝土增加支墩刚度实施难度小C35混凝土62方，计2.232万元安全可靠选用方案二相邻立柱之间搭设横撑及剪刀撑实施难度小需要10mm厚6.3号等边角钢6.25t，计2.6875万元安全可靠选用两种拐方案磨成本察都比狠较小干，为了外增加咬钢管钞立柱素稳定窃性，较确保雅形成科安全郑，两冤种加沫固措晚施同乔时选患用作箩为双债重保局证。横撑窗及剪柴刀撑乔架安陕装图6.价3.盘4、铁横向握挡碴墙安街装措徐施确决定及暗优化方案可实施性成本投入安全可靠性结论方案一做砖砌挡墙可实施性小，会影响线路正常运营需砖164.5m3，砂浆66m3，投入3万安全性差不选用方案二用I20b工字钢做挡墙容易实施需I20b工字钢27t，中间箱体完成后I20b工字钢可抽出循环利用，损耗小可租赁，租赁时间为90天，费用6t/天*27t*90天=1.458万元安全可靠选用确定赌选用跪方案塔二后帜，横督向钢竹结构宅挡碴墙安唯装方饮案可化再进汗行优活化钢结烈构横析向挡碴墙安框装方酒案优柴化横向狼挡碴抛墙采登用钢昌结构符挡墙揭，在壶清除妥中间夫注浆焦体及思道碴把的过中程中久，边哈清理流边由皇上而尚下安易装钢螺结构擦挡墙还。由倡于道臣砟容亦易塌戒方，湿所以崇在横踢向挡末碴墙尼安装跪之前男预注毁浆，乘线下屡清碴凑开始诉前，蜂在横码挡墙妹安装泼部位谈预注迁水泥脖浆。(1芝)、赞在两爷侧箱太体边散缘设猛置砖惯柱为给粮施工问中间胁箱体碧创造四条件汉（1钻.桥干外侧哄道碴搬不向井里侧系塌陷困2.假流出爸工作音面）捏需在果桥端黄外侧坑0.岗8m兴处设狗置横孕向挡菠碴墙自，挡惊碴墙蛾两端攀与桥丛两侧幕箱体满之间去的距战离（删0.谣8m昏）设街置砖袖砌体和柱。甜在每抓处砖唇砌体懂柱的加外侧爪（与啄横挡韵墙的同接触今面）珍设置保两根摆槽钢惰柱，估在槽蛇钢柱裂上每岛22扮cm嗽设置贤一道象角钢口，来径固定壤横挡托墙材戒料（董20带b工浑字钢有）。横档你墙平惊面图(2旨)、尼安装冤钢结棍构横洁挡墙在清悉除线绿下道框碴及沙注浆析体的驼过程刑中安臣装横粗向钢伶挡墙软，道煮碴及敬注浆场体每苹次清盒除深姐度2阵5c指m，忘需边斜安装善边清等除，全尽量辉减少裁道碴励的塌盟陷。愁在横纽奉挡墙饱两侧汽接头亏处及赢轨道累两侧瓦下方唇（道脾碴处林）各贤设一怖道竖客向槽伟钢进粥行加淡强，江在每肥道竖悉向槽袖钢的怖中下个部各适设置渡两道蜓斜撑碍(直新径1蕉40宜mm秒钢管绝)。6.盛3.罩5、撑纵、瞧横梁痕变形访监测方案可实施性成本投入安全可靠性结论方案一采用应力应变元件与微机监测监控

监测数据精度高，监测人员需专门培训学习设备造价高,一次性购买设备需10万元，人员培训约10000元。安全可靠不选用方案二采用振弦式传感器监测监测数据精度高，与中国矿业大学合作，实施容易利用中国矿业大学设备，共同监测，需3万元。安全可靠选用七、夸制定炮对策序号项目对策目标措施负责人完成时间工作地点1保证钢管立柱受压方式为轴心受压控制力柱坐标与垂直度立柱承载力满足要求，整体稳定1、用全站仪控制坐标2、；利用水平靠尺与线锤人工确定垂直度xxxx2012.3.2～

2012.3.9办公室2柱脚固定方式利用M32化学锚栓固定同时在立柱内原桥面植筋，灌50cm混凝土确保立柱固定不动1、每根立柱利用12根M32化学锚栓固定2、每根立柱内原桥面植筋，灌50cm混凝土xxxx2012.5.3～

2012.5.15施工现场3立柱加固措施在钢管立柱内满C35灌混凝土增加支墩刚度，立柱之间设置横撑架加强立柱稳定性，确保不发生侧向失稳1、在钢管立柱内满C35灌混凝土增加支墩刚度2、立柱之间设置横撑架xxxxxx2012.9.18～

2012.10.5施工现场项目对策目标措施负责人时间工作地点4横向挡碴墙安装用I20b工字钢做挡墙确保线下道碴不发生坍塌先在桥头安装横向钢挡墙位置注浆，过程主意清碴进度跟随安装进度xxxxxx2012.9.16～

2012.10.5施工现场5纵、横梁变形监测采用振弦式传感器监测结构应变的上限0.003，变形缝宽度变化上限为±50%，倾斜值上限为1%检测采用BDI结构无线检测系统，共布置8支传感器，其中应变传感器6支，分别安设于横梁、纵梁跨中、立柱顶端。位移传感器2支，分别安设于横梁、纵梁跨中xxxx2012.10.2～

2012.11.14施工现场八、材对策黑实施实施阻一控制餐力柱窄坐标齿与垂墓直度控制糠立柱演垂直醉度利用故全站算仪放扎样立柱飞安装碰实施正效果忧图现场屋测得例的立齐柱偏饱差数旧据垂责直度宝偏差绣最大露为2贯mm利，沿粱线路昌方向年最大狂偏差册为2么mm子，均课满足呜要求寄。钢管疾立柱陵垂直那度、歉坐标难偏差茅均满圾足要垮求立柱闸安装强完成摧后，键小组甘人员谎现场赢测得尿立柱话偏差扯结果掀如所道示：实施暑二利用址M3今2化惜学锚慎栓固等定同凭时在鹊立柱窗内原搅桥面湖植筋裕，灌脸50还cm袖C3萝5混缘瑞凝土柱脚售双重棵加固颈的钢樱管立既柱固员定不冠动柱内僵植筋化学管锚栓枣固定加固疮后的凳柱脚卧，在秀线下畅清渣积完成痒后现兼场检竖查1腿2个喇柱脚京均牢司固不呜动。实施臣三在钢高管立丝式柱内废满C怨35纤灌混靠凝土金增加欲支墩阴刚度久，立柱痕之间打设置质横撑枝架柱内选灌混迅凝土设置宝横撑土及剪执刀撑钢管遵立柱剥在双陵重加较固措厌施下已稳定猜。采用选振弦养式传暑感器罗测得套钢管湖立柱诉顶最望大振裂幅为役0.挪82省mm实施鸡四用I瞒20妹b工芒字钢劳做挡谁墙注浆钢构垦横向镰挡墙蓬效果苗图线下桃道碴洲不发尖生坍逼塌注浆南后的锹道碴板结纺，在澡横向栏钢结钳构挡碴墙安呼装过弯程中梁没有掉影响船线路攀行车册，安非装完顾成后臂，没忽有道鸦碴坍去塌。实时顶监测检测催采用示BD选I结末构无撕线检呆测系肠统，欺共布族置8衔支传梯感器蜂，其魄中应涌变传肝感器貌6支怪，分扬别安酿设于掩横梁秘、纵印梁跨密中、何立柱遭顶端陡。位闸移传稠感器置2支织，分码别安槽设于增横梁迫、纵氏梁跨悟中实施雨五采用谣振弦哨式传窜感器袖监测B3吃09栗1传代感器清时程摇曲线B3打09战0传根感器眼时程腹曲线B2何09特8传档感器喉时程页曲线B2特10系0传窄感器拢时程伞曲线B2故09自9传喇感器册时程济曲线LV怕52遭8传餐感器望时程沾曲线LV朽52密7传烧感器转时程添曲线结论忽：1）溪检测退数据模规律射性较览好，恼说明绿检测捏设备杆正常型，数宜据可荡靠2）券所有慰应变营和位河移指耐标均阀小于齐安全附限值争，轨吩道架蹈空支器撑体姐系安突全可孤靠。结构如稳定幻玉性好九、甚效果惭检查在整打个施锋工过分程中辅，架骑空体荒系及旺线路渔安全碑始终封处于丹可控架状态贵中，手其中：9.晋1、纽奉架空喂体系晃施工魄完全昂顺利蒸完成基，实右际总塔工期虽26择天（朝纵梁夏1天饲+横迹梁8女天+逃横向物挡墙吵及线柜下清巧渣1崇7天膝）比艺业主溉要求慨工期波提前航4天劫。9.怀2、雅通过膏钢管齐立柱唐与枕下木垛积联合杯支座寄架空呢体系惩一跨辨变三求跨，行架空担跨度光由原忆来的烧13性.1杆9m质变为盾最大微跨度胜6.丽5m抚，充辉分保悄证了锦架空吧体系振安全睬稳定忠性。横梁芦最大竿挠度粪为1雅/6孙98浪，小怪于1惨/6地00锻；纵胞梁最截大挠次度为桌1/闯12瞎70代，小栗于1肌/6秘00假