洋 軍,馬 斌
(1.中鐵一局集團滬杭鐵路客運專線項目經理部,杭州 311100;2.滬杭鐵路客運專線股份有限公司,上海 200237)
滬杭高速鐵路海杭特大橋DK151+433~DK151+700段,設計以(70+125+70)m連續(xù)梁的形式跨越既有滬昆鐵路3股道:滬昆上下行線、喬筧三線,斜交角度24°,墩號為103號~106號。既有滬昆鐵路均為電氣化線路,且在連續(xù)梁施工期間還要將既有三線改造為四線線位。連續(xù)梁采用三角掛籃懸臂澆筑法施工,共16個懸澆段和1個合龍段。連續(xù)梁與既有鐵路關系見圖1。
圖1 跨越關系示意(單位:m)
根據既有線施工安全管理規(guī)定相關要求[2],該連續(xù)梁施工期間,必須采取有效的措施對既有線進行安全防護,相關方案經鐵路局評審后方可組織實施。由于滬杭高速鐵路正線與既有線斜交角度過小、跨越股道多的特點,采用常規(guī)使用的固定防護棚架跨度達36.8 m、長度138 m,工作量非常巨大、占用的封鎖天窗多,安裝和拆除的周期長,同時也增加了既有線施工的安全不確定因素。經過可行性研究和比選分析,滬杭公司和中鐵一局共同研究確定了移動式防護棚架的方案,并經上海鐵路局專家審查后作了進一步的完善。即采用2個具有移動功能的門式棚架結構,分別對2個T構懸灌部分進行防護,滿足既有線施工安全防護要求,其主要優(yōu)點如下。
(1)大幅減少工程量,縮短施工工期。采用移動式防護棚架,可以避免搭設超長固定式棚架,極大減少棚架安拆工程量,降低成本,縮短施工工期。
(2)減少封鎖要點次數,降低對既有線運營影響。棚架橫跨安拆均為既有線Ⅱ級封鎖施工,采用移動式棚架,可以減少安拆過程對既有線的封鎖次數,最大限度地降低對既有線運營的影響。
(3)降低施工難度,減少不安全因素。在連續(xù)梁施工成橋后,移動式棚架可以靈活地移動至橋墩附近進行拆除,降低棚架后期拆除難度。
固定式棚架和移動式棚架對比如圖2所示。
圖2 固定式棚架和移動式棚架對比(單位:m)
根據跨越現場既有鐵路電氣化設備布置情況,棚架設計凈跨達到33.2 m,凈空高度達到13.4 m。為滿足棚架安裝、拆除需要,整個棚架采用易安拆的鋼管桁架結構,整個棚架主要由軌道基礎、軌道、走行系統(tǒng)、支腿、橫梁及頂面防護組成(圖3)。
圖3 移動式棚架結構(單位:m)
3.1.1 軌道基礎
采用C30鋼筋混凝土結構,尺寸為130 m×1.7 m×0.6 m(長×寬×高),兩側基礎中心間距34.8 m。施工前先對基礎下軟土層換填,挖除60 cm軟土層,用A組料回填,并人工夯實,保證基礎承載力達到100 kPa,然后放樣出軌道基礎邊線,綁扎鋼筋網片,安裝軌道預埋螺栓,安裝基礎模板,最后澆筑C30混凝土。
3.1.2 軌道
軌道采用P50鋼軌,為保證棚架移動過程整體穩(wěn)定性,在單側基礎上設置雙排鋼軌,軌間距1.2 m,通過錨固螺栓和標準扣件將鋼軌固定到軌道基礎上。
3.1.3 走行系統(tǒng)
單側走行采用2個被動輪2個主動輪組合,根據棚架結構特點,將主動輪統(tǒng)一放置在內測,前后2組走行間距10 m。走行輪直徑為40 cm、電機型號YZB132M4、減速機型號KA97NA17,設計棚架移動速度15 m/min。
3.1.4 支腿
棚架支腿采用φ325 mm×8 mm鋼管,通過上中下3道桁架式平聯連接成整體,支腿頂端設雙H300 mm×200 mm分配梁,底部設H300 mm×200 mm短橫梁,均采用栓結方式連接,底部短橫梁與走行系統(tǒng)焊接連接。
3.1.5 橫梁
橫梁采用鋼管桁架結構[4,5],底部主弦桿為 φ121 mm×6 mm鋼管,頂部主弦桿為φ83 mm×4 mm鋼管,其他連接桿為φ50 mm×4 mm和φ42 mm×4 mm鋼管。單根橫梁長36.8 m,寬3.5 m,1套棚架設5根橫梁,橫梁與支腿頂端分配梁采用焊接連接。橫梁橫向設5%八字防水坡,頂面滿鋪5 cm厚木板,木板表面鋪彩鋼板、兩端設25 cm高踢腳板和1.2 m高防護欄桿,詳見圖3。
棚架采用與掛籃同步移動的方式對懸臂段施工進行防護,設計棚架從主梁2號段開始對懸灌施工進行防護。
3.2.1 棚架防護內容
防護棚架主要是在懸臂段施工時,對施工范圍下方的既有線進行防護,防止施工過程中小型物體墜落對既有線運營造成影響,其主要防護包括既有設備防護、通行列車防護。
3.2.2 棚架防護過程
首先在梁部跨中正下方將2套棚架吊裝到位,待主梁掛籃上橋后,將棚架移動至連續(xù)梁2號段正下方,在2號段施工時對下方既有線進行防護,當2號段施工完成,掛籃前移時,同步移動防護棚架,達到對掛籃前移過程的防護。如此循環(huán)完成對16個懸澆段施工的防護。施工合龍段時,105號墩側棚架隨掛籃退后至1號段,只留104號墩側棚架對合龍段施工進行防護,待合龍后再與掛籃同步滑移至1號段。
移動式棚架防護示意如圖4所示。
圖4 移動式棚架防護示意
鑒于跨既有線施工安全的極度重要性和移動式防護棚架的初次應用,項目公司和路局對方案進行了細致的審核,在方案設計及實施過程中應重點把握以下主要關鍵。
(1)嚴格棚架結構驗算。移動棚架支腿與軌道是松散連接,而非固定防護棚架式的栓(焊)接,在計算荷載的考慮上,要充分考慮極端條件風力及列車氣動力作用下棚架的穩(wěn)定性[6,7]??梢栽谥扰c軌道的連接上設置固定的加強措施,通過在支腿上增設支撐,達到增加框架穩(wěn)定性目的。
(2)確保棚架走行時的同步性。高度重視軌道基礎施工精度,保證左右股軌道平行等寬、高程一致;其次要確保走行系統(tǒng)具有良好的同步性,控制走行過程中的速度和移動距離,使棚架兩支腿走行同步。
(3)加強過程中的檢查維護。由于門架結構并非剛性連接,走行后要對連接情況進行重點檢查維護,確保狀態(tài)良好。對于有極端的天氣條件,要采用纜風等加強措施,提高框架穩(wěn)定性。
在滬杭高速鐵路的移動式棚架應用實踐中,和固定防護棚架相比,主要在以下方面具有明顯優(yōu)越性:
(1)棚架長度大幅縮短。移動棚架長度只需33 m,僅為固定棚架長度138 m的1/4.2,可大幅減少工程量;
(2)對既有線運營影響大幅降低。移動棚架安拆共需17個天窗點,而若采用固定棚架方案,則需天窗點不少于61個。同時,施工工期也大幅縮短。
(3)施工難度降低,施工安全風險減小。由于移動棚架拆除難度明顯降低、安拆工作量大幅減少,極大減小了營業(yè)線施工的安全風險。
移動式棚架由于其特有的靈活性,在跨越既有線施工防護中起到了事半功倍的效果,在保證既有線運營安全的前提下,極大地減少了棚架安裝和拆除工作量,降低了對既有線運營影響,縮短了工程施工工期,對今后跨越既有線類似施工提供了借鑒。
[1]楊 銘,付國才,張智恒,等.一種可移動式防電防護棚架[P].中國:200820113082,2009.
[2]中華人民共和國鐵道部.鐵路工務安全規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社,1989.
[3]中華人民共和國國家標準編寫組.GB/T 3811—2008 起重機設計規(guī)范[S].北京:興華文軒出版社,2010.
[4]中華人民共和國行業(yè)標準編寫組.JGJ 7—91 網架結構設計與施工規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1991.
[5]中華人民共和國國家標準編寫組.GB 50017–2003鋼結構設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2003.
[6]張建民,陳寶良,李 達.高速鐵路棚護支架空氣動力效應分析[J].鐵道標準設計,2010(2):91-93.
[7]西南交通大學.高速列車通過棚護支架時空氣動力效應計算分析[R].成都:西南交通大學,2009.