移動式棚架在跨越既有線施工防護中的應用研究

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)

1 概況

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)

2 防護方案比選

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)

3 移動式棚架方案簡介

3.1 移動式棚架結構組成［3］

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。

3.2 棚架防護方案

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

3.3 控制重點

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。

4 結語

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.