D24梁串聯(lián)架空鐵路復(fù)線頂進(jìn)大跨地道橋施工設(shè)計(jì)技術(shù)

宋來存

(中鐵二十二局哈爾濱鐵路建設(shè)集團(tuán)有限公司,哈爾濱 150006)

1 概述

1.1 工程概況

哈爾濱市某市政快速干道打通工程,需穿越京哈線Ⅰ級(jí)鐵路干線復(fù)線(橋位處鐵路上、下行線間距約8.12m,兩線高差約 0.6m)及兩條鐵路專用線(線間距約 6.05m),專用線鐵路與國(guó)鐵正線下行線高差 1.0 m。地道橋與正線斜交角度約 103.3°。橋位處正線上行為R=850m圓曲線,下行為緩和曲線。施工期間封閉專用線,架空正線上下行線路。橫抬梁作中支點(diǎn)串聯(lián) D24梁架空鐵道線路 3D示意如圖1所示。

地道橋設(shè)置為分離雙幅式(上下行單箱分離式結(jié)構(gòu)),全長(zhǎng) 110m。單幅地道橋凈寬 19.5m,行車道寬15.0m,行車道外側(cè)設(shè) 4.0m寬人行道,內(nèi)側(cè)設(shè) 0.5m寬護(hù)輪帶。全橋單幅共分 A、B、C三段,其中 B段采用預(yù)制頂進(jìn)法穿越鐵道線路,兩端其他 A、C兩段采用就地現(xiàn)澆法施工。A段框構(gòu)側(cè)墻厚 1.05m(C段框構(gòu)側(cè)墻厚 1.0m),頂板厚 1.0m,底板厚 1.2m,雙幅框構(gòu)凈距 2m,框構(gòu)總寬 45.1m(45.0m);B段框構(gòu)側(cè)墻厚1.15m,頂板厚 1.16m,底板厚 1.2m,雙幅框構(gòu)凈距1.7m,框構(gòu)橋總寬 45.3m。

1.2 工程特點(diǎn)

1.2.1 施工干擾大

圖1 橫抬梁作中支點(diǎn)串聯(lián)D24梁架空鐵道線路 3D示意(B′兩段頂進(jìn)階段)

該工程位于繁華市區(qū),施工場(chǎng)地狹小,工程量大,工期短。工程所在場(chǎng)地狀況復(fù)雜,地下通信、給排水、市政煤氣等網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜,給施工造成了很大難度,且工程下穿 4條鐵道線路(另兩條為企業(yè)專用線),鐵路運(yùn)輸繁忙,施工期間保證鐵路運(yùn)營(yíng)的安全尤為重要,工程的施工安全要求特別高。

1.2.2 要求工期短

(1)鐵路運(yùn)輸要求:D梁架空線路要求限速 45 km/h,列車沖坡動(dòng)能下降,貨運(yùn)列車需減軸,框構(gòu)橋施工期間嚴(yán)重制約鐵路貨運(yùn)能力,因此在鐵路干線上施工必須盡量縮短線路架空時(shí)間。

(2)季節(jié)性要求:工程開工時(shí)已進(jìn)入 8月份,頂進(jìn)過程中挖土是個(gè)動(dòng)態(tài)過程,若進(jìn)入冬季施工,土表層凍結(jié)后,不便于對(duì)土壁狀況觀測(cè),對(duì)頂進(jìn)施工安全監(jiān)控不利,北方地區(qū)大型地道橋不便于在秋季轉(zhuǎn)入嚴(yán)冬季節(jié)期間頂進(jìn)施工;為消除春融對(duì)基坑的危害,也不便于工期延后;施工完畢若進(jìn)入嚴(yán)冬,恢復(fù)線路難度也很大。

綜合上述因素,并結(jié)合合同工期,框構(gòu)橋制作、頂進(jìn)工期限定在了 2006年 8月中旬至當(dāng)年的 11月末,節(jié)點(diǎn)工程的有效工期 3.5個(gè)月。

2 線路加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 方案簡(jiǎn)介

本工程框構(gòu)橋斜交跨度較大,框構(gòu)頂進(jìn)施工時(shí),采用單孔 D24梁架空時(shí)跨度不能滿足要求;傳統(tǒng)的縱橫抬梁法架空鐵道線路,采用的是多根工字鋼橫梁在框構(gòu)頂面滑動(dòng),鋼軌頂面距框構(gòu)頂面間距較大(框構(gòu)左幅 1.932～2.809m,框構(gòu)右幅 2.064～2.926m),采用傳統(tǒng)縱橫抬梁法架空線路,型鋼聯(lián)結(jié)構(gòu)件加工、安裝工作量大,尤其是在曲線段,很難保證鐵道線路的穩(wěn)定。

經(jīng)綜合方案比選,施工設(shè)計(jì)采用一根橫抬梁作為中支點(diǎn),將 D梁串聯(lián),架空鐵路復(fù)線,進(jìn)行多孔大跨度框構(gòu)橋的頂進(jìn)施工。因八三式軍用墩桿件便于人力短距離抬運(yùn),螺栓拼裝速度快,組拼后結(jié)構(gòu)承載力大,鐵路局 D24便梁、八三式軍用墩桿件儲(chǔ)備數(shù)量充足,故確定橫抬梁采用八三式軍用墩桿件組拼。橫抬梁作中支點(diǎn)架空 D24梁 3D示意見圖2。

圖2 橫抬梁作中支點(diǎn)架空D24梁 3D示意

2.2 橫抬梁頂面 D梁支座反力計(jì)算

最不利工況:上下行雙孔重載會(huì)車,列車限速 45 km/h,B2(B′2)框構(gòu)前端頂至下行 D梁外側(cè),1∶1放坡至上行線 D梁下,橫抬梁跨度達(dá)到 10.50m。

2孔 D24梁自重 469.02kN

線上鋼軌及軌枕自重 25×2×0.6+42×4.0=198kN

由中-活載2孔重載,x=5.154m。

即圖示受力狀態(tài)下橫抬梁處中-活載引起的支座反力 R2、R3最大 :R2=1171kN,R3=1097kN。

沖擊及折減系數(shù)為 0.161(按 v=45km/h計(jì)算)。

最不利組合:上下行同時(shí)達(dá)到 2孔重載。

D24型施工便梁 2孔串聯(lián),中支點(diǎn)處最大支座反力在如圖3所示位置(x=5.154m):

圖3 2孔重載時(shí) D24梁剪力圖

此工況簡(jiǎn)化:2組 D梁串聯(lián),兩孔重載時(shí),中支點(diǎn)簡(jiǎn)化為 2個(gè)豎直向下集中荷載作用在橫抬梁上,每個(gè)集中荷載大小為列車動(dòng)荷載和 D梁 +線路自重,即

而施工過程中通過監(jiān)測(cè),未出現(xiàn)上下行同時(shí) 2孔重載工況,實(shí)際出現(xiàn)的最不利組合為一線 2孔重載 +另線 2孔滿載,較上述檢算工況安全,2孔滿載(即 2孔串聯(lián) D梁均布 80kN/m荷載)時(shí),2個(gè)中支點(diǎn)反力的合力

設(shè)計(jì)檢算時(shí)偏安全地采用第一種工況檢算,即上下行復(fù)線同時(shí)達(dá)到 2孔重載。

2.3 橫抬梁前支點(diǎn)彈簧支座處理

挖土前在黏土頂面夯 200mm厚砂夾碎石,其上垂直橫抬梁方向密鋪 4000mm×150mm×150mm木方,橫抬梁置于木方上。中等密實(shí)的黃土性亞黏土基床系數(shù)參考數(shù)值 K0=39240～49050kN/m3,本工程取中值為 44145kN/m3。

橫抬梁縱向按 500mm間距設(shè)置彈簧支座,寬 4m支撐底面橫向設(shè)置 3個(gè)豎向彈簧支座,則每個(gè)彈簧支座的彈簧系數(shù)[1]為

橋位處土層為中等密實(shí)的黃土性亞黏土且無地下水,適合小放坡開挖快速頂進(jìn)框構(gòu)施工?？驑?gòu)持續(xù)頂進(jìn)時(shí)采用 1∶0.75放坡開挖(頂進(jìn)過程中因故暫停時(shí)采用 1∶1放坡)。挖土頂推框構(gòu)至橫抬梁下時(shí),橫抬梁落在框構(gòu)頂面滑道上。橫抬梁受力計(jì)算跨度取10.5m,現(xiàn)場(chǎng)施工觀測(cè)各工況下均未達(dá)到此跨度,模型滿足安全性要求。

2.4 橫抬梁電算分析結(jié)果(圖4、表1)

圖4 橫抬梁最不利受力階段力學(xué)模型及內(nèi)力

表1 橫抬梁控制截面內(nèi)力計(jì)算[2～4]數(shù)據(jù)

3 橫抬梁安裝及框構(gòu)橋頂進(jìn)作業(yè)

3.1 橫抬梁線外預(yù)拼

框構(gòu)頂進(jìn)段在曲線外側(cè)限界外開槽預(yù)制,而在曲線內(nèi)側(cè)限界外平整場(chǎng)地后,吊車配合人工分段預(yù)拼橫抬梁主梁。橫抬梁主梁由 3疊 5組八三桿件栓接拼裝,各組主梁沿縱向設(shè)間隔 3.5m由一根①號(hào)八三桿件在腹部貫穿連接,保證橫抬梁的整體剛度,安放 D梁中支點(diǎn)支座處該貫穿橫桿加密布置。

橫抬梁頂部 D梁中支座處按高程采用焊接構(gòu)件調(diào)整支座高度。

橫抬梁聯(lián)結(jié)螺栓采用 φ10.9b高強(qiáng)螺栓,用扭矩扳手分 2次施擰。為保證高強(qiáng)螺栓重復(fù)使用,終扭扭矩定為 570N?m。

3.2 線下穿入橫抬梁

線路封鎖后,在 B框構(gòu)橫抬梁處各采用一孔 D梁架空上下行線路后,解除封鎖,施工期間列車限速慢行,挖除橫抬梁處土方至設(shè)計(jì)高程,夯填 200mm厚碎石墊層,墊層頂面垂直橫抬梁軸線方向密鋪長(zhǎng) 400mm、橫截面 150mm×150mm的松木方,木方上順橫抬梁縱軸線方向鋪木板,避免橫抬梁穿入過程中擾動(dòng)木方,將線外預(yù)拼裝好的橫抬梁主梁穿入線路下方對(duì)位。

3.3 D梁在橫抬梁上就位

橫抬梁主梁就位后,線路缺口處橫抬梁上采用枕木垛加固線路,封鎖下行線路,施工影響范圍內(nèi)電化區(qū)間停電,下行線路上 D梁順線路方向縱移,橫抬梁上安裝 D梁支座等附屬設(shè)施,下行線路上另一孔 D梁就位,將 2孔丙位 D梁在橫抬梁頂面串聯(lián)安裝,開通線路,列車限速慢行。上行線路也按照此程序完成該段線路架空。

因鐵路干線上施工封鎖時(shí)間緊,每條線路封鎖期間需安裝 4片 D梁的主梁,故采用列車救援吊安裝。

整個(gè)橫抬梁僅在 D梁支座下調(diào)坡處采用鋼板焊制小構(gòu)件,其余均為八三式軍用墩桿件栓接。

3.4 框構(gòu)頂面滑道設(shè)置

橫抬梁在框構(gòu)滑道上的支座布置見圖5,橫抬梁在原狀土上的下臥層處置見圖6。

圖5 橫抬梁在框構(gòu)滑道上的支座布置

圖6 橫抬梁在原狀土上的下臥層處置

框構(gòu)預(yù)制完畢,對(duì)應(yīng)橫抬梁位置現(xiàn)澆 4000mm寬、100mm厚 C25混凝土調(diào)整層,其上鋪 3條 500mm寬、10mm厚 Q235鋼帶,鋼帶接頭毛刺倒角磨光后點(diǎn)焊連接,橫抬梁下形成 3條下滑道,分別位于橫抬梁 3條主梁下方。

將 500mm×500mm聚四氟乙烯橡膠板涂黃油后扣放在下滑道上,20mm厚鋼板壓在四氟板上,形成上滑板,各塊上滑板布置間距約 2000mm。

框構(gòu)上橫抬梁后及時(shí)將上滑板喂入下滑道與橫抬梁主梁之間,橫抬梁與上滑板間采用木方填隙,橫抬梁壓在上滑板上,并逐段將前方下滑道鋼板清理后涂抹黃油。

3.5 框構(gòu)頂進(jìn)

框構(gòu)橋頂進(jìn)至線路下方后,短進(jìn)尺加快頂進(jìn),列車通過時(shí)停止挖土和頂進(jìn)。

橫抬梁端部上框構(gòu)以后,隨頂進(jìn)及時(shí)清理下滑道鋼板上的雜物,并按要求涂抹潤(rùn)滑劑后,及時(shí)安裝橫抬梁上滑板裝置,避免橫抬梁上框構(gòu)后長(zhǎng)時(shí)間不安上滑板,人為增大橫抬梁跨度,隨框構(gòu)頂進(jìn),及時(shí)將后端滑板拆除,避免增加橫抬梁正彎矩。

框構(gòu)內(nèi)采用挖掘機(jī)順坡開挖,按規(guī)定要求放坡,頂進(jìn)停頓期間,及時(shí)修坡至設(shè)計(jì)坡度,杜絕逆坡開挖和不按規(guī)定放坡。

施工期間派專人巡視邊坡土體、D梁支座、橫抬梁和 D梁連接件等,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

施工期間嚴(yán)格執(zhí)行《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》和鐵路局有關(guān)營(yíng)業(yè)線施工管理文件,確保施工安全、有序進(jìn)行。

4 結(jié)語

D梁及軍用八三墩桿件在鐵路局系統(tǒng)儲(chǔ)備量大、既有線施工使用頻繁、制式器材設(shè)計(jì)及安拆速度快,經(jīng)過該工程實(shí)際施工檢驗(yàn),此工法滿足工程工期緊、安全要求高、經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)要求,對(duì)類似條件工程施工有一定的參考價(jià)值。

該工程 2006年 8月中旬中標(biāo)進(jìn)場(chǎng),當(dāng)年 11月中旬頂進(jìn)節(jié)段全部就位,提前兌現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工期,為兌現(xiàn)合同工期奠定了基礎(chǔ)。施工期間,鐵路部門相關(guān)單位派人現(xiàn)場(chǎng)密切配合,將相互干擾降至最低,有效地保證了工程工期、安全、質(zhì)量,且突破了鐵路緩和曲線上不能使用 D24梁的限制。

今后需注意的問題:該工程橋位處為中密黃土性亞黏土,若砂性土質(zhì)上采用此工法施工,應(yīng)在橫抬梁相應(yīng)影響范圍內(nèi)采用水泥攪拌樁進(jìn)行土體加固;大跨度框構(gòu)橋的頂進(jìn)糾偏以預(yù)防為主,確保軸線及高程滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

該 D梁串聯(lián)架空鐵路復(fù)線技術(shù)于 2008年初再次成功應(yīng)用于大慶市通讓線 K409地道橋施工。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計(jì)院編.彈性地基梁及矩形板計(jì)算[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1983.

[2] 夏志斌,姚誎.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):方法與例題[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[3] JGJ82—91,鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程[S].

[4] GB50017— 2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].