巨型滑移式防護(hù)棚架在武漢大道跨鐵路橋工程中的應(yīng)用

陳開(kāi)橋　王吉連　毛偉琦

【摘要】本文結(jié)合武漢大道跨鐵路橋工程，闡述了滑移式防護(hù)棚架的設(shè)計(jì)與施工，較好地解決了掛藍(lán)懸澆施工對(duì)鐵路防護(hù)的安全行車問(wèn)題，對(duì)類似工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

【關(guān)鍵詞】主梁懸澆；上跨既有線；防護(hù)棚架；設(shè)計(jì)與施工お

Giant sliding protective scaffolding across the railway bridge in Wuhan Road Project

Chen Kai—qiao，Wang Jie—lian，Mao Wei—qi

（Seventh Railway Bridge Bureau Group Co.， LtdWuhanHunan430050）

【Abstract】In this paper， cross the railway bridge in Wuhan Avenue， described the design of sliding protective scaffolding and construction， has solved the hanging blue Cantilever construction of the railway protection of the safe driving issues， the construction of similar projects with a certain reference and reference significance.

【Key words】Main beam Cantilever；On the cross both lines；Protective scaffolding；Design and Constructionお

1. 工程概況

黃埔大街～金橋大道快速通道工程跨京廣鐵路橋工程在京廣線K1189+135處上跨京廣鐵路，交叉處現(xiàn)狀金橋大道是以8+10+10+8m框架橋形式下穿京廣鐵路，公鐵交叉現(xiàn)狀鐵路從北至南鐵路股道分別為漢孝上線聯(lián)絡(luò)線、京廣上行貨車線、漢孝下線聯(lián)絡(luò)線、京廣下行貨車線、京廣上行客車聯(lián)絡(luò)線、合武上行線、站線5股道、合武下行線、京廣下行客車聯(lián)絡(luò)線，共13股道，為電氣化鐵路，軌面高程在22.2～23.18米之間。138m主跨懸臂澆筑段跨越既有鐵路，橋?qū)捰?9.60m漸變至49.899m寬，橫向跨度大，涉及主梁在施工期間兩側(cè)的安全防護(hù)，棚架寬度不小于55m，扣除MB0節(jié)段，棚架最小截面尺寸為55m×115m；同時(shí)，橋梁底至軌頂凈空為11.03m，而該處鐵路改造、接觸網(wǎng)桿塔高度均超過(guò)8.20m，施工有效空間很小；主梁跨越京廣鐵路線及合武客運(yùn)專線，施工天窗時(shí)間不一致，安全防護(hù)要求高等特點(diǎn)。

2. 棚架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）防護(hù)棚架布置在138m主跨之間，基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)沿主跨主梁平面投影范圍布置，長(zhǎng)117.60m，寬55.75m，上部結(jié)構(gòu)采用滑移面板，長(zhǎng)19m，寬55.75m。滑移面板加工制作時(shí)橫向分5段，縱向分4節(jié)，共20個(gè)吊裝單元，最大吊裝重量4.8t?；泼姘迤囱b時(shí)相鄰兩個(gè)單元之間的連接均采用M16螺栓連接。

圖1

（2）沿著橋梁里程樁號(hào)減小的方向， 防護(hù)棚架共布置9個(gè)臨時(shí)墩，其中L0#臨時(shí)墩和主跨主梁MB1#塊支架固結(jié)，L9#臨時(shí)墩和主梁主跨直線段支架共用。主梁分節(jié)段懸臂澆注時(shí)，滑移面板采用滑板滑移方式由電動(dòng)葫蘆牽引逐次前移。頂棚排水方向?yàn)镸B1節(jié)段向主跨直線段，水流匯集到棚架前端排水管以后沿滑道梁上鋪設(shè)的排水管排到附近的框架橋橋面上。（見(jiàn)圖1）

（3）具體采用結(jié)構(gòu)如下：

基礎(chǔ)：采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。

下部結(jié)構(gòu)：臨時(shí)墩立柱采用630×8mm鋼管柱，臨時(shí)墩立柱柱頂滑道梁采用單根或雙根HM588（588×300×12×20）型鋼，并根據(jù)受力要求對(duì)滑道進(jìn)行局部加強(qiáng)。為了方便拆除H588滑道梁，考慮在鋼管樁頂設(shè)置牛腿，其上安裝1組2Ⅰ20a，和鐵路軌道方向平行，拆除棚架時(shí)，H588滑道梁時(shí)可從工字鋼上滑出。

上部結(jié)構(gòu)：采用正交異性板，縱向分配梁為工鋼I200×100×7.0×11.4和I250×116×8.0×13，面板采用δ=4mm鋼板。

防護(hù)棚架受凈空限高的因素，設(shè)置防雷接地措施，并對(duì)頂棚及滑道梁底部安裝防電絕緣板。（見(jiàn)圖2）。

3. 棚架結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1荷載取值。

防護(hù)棚架所受荷載分類如下：

永久荷載：防護(hù)棚架自重q1；

可變荷載：風(fēng)荷載q2、模板及內(nèi)支架堆積荷載q3、雪荷載q4；

偶然荷載：高空墜物荷載q5。

荷載組合為：

荷載組合1：均布荷載q=1.2 q1+1.35（q2+ q3）；集中荷載p= q5

荷載組合2：均布荷載q=1.2 q1+1.35（q2+ q4）；集中荷載p= q5

荷載取值：

風(fēng)荷載q2：根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》，武漢地區(qū)風(fēng)壓按500pa考慮。

模板及內(nèi)支架堆積荷載q3：施工臨時(shí)荷載主要是考慮在滑移面板上堆放箱梁內(nèi)模和鋼管腳手架，以一個(gè)節(jié)段6m的箱梁進(jìn)行計(jì)算，扣除兩個(gè)邊箱的內(nèi)模和鋼管腳手架，箱梁中間部分的鋼管腳手架重量約為25t，內(nèi)模板（木模板）的重量約為35t，平均分布到滑移面板上的荷載為（25+35）/（17×33.75）=1.046KN/m2，在計(jì)算中取滑移面板上施工臨時(shí)荷載為1KN/m2。

雪荷載取值q4：雪載按照50年一遇考慮，取值為0.5KN/m2。

高空墜物荷載q5：高空墜物集中力按100Kg考慮，墜落高度為2m，具體計(jì)算如下：

m——掉落到防護(hù)支架上的施工雜物的質(zhì)量（Kg），m=100

h——雜物墜落高度（m），h=2.0

g——重力和質(zhì)量的換算系數(shù)（N/Kg），g=9.8

Em——雜物墜落到防護(hù)支架上之前具有的最大勢(shì)能（J），

Em=mgh=100×9.8×2=1960

Ev——雜物墜落到防護(hù)支架上的時(shí)候具有的動(dòng)能（J），Ev=Em=1960

v——雜物墜落到防護(hù)支架上的時(shí)候具有的速度（m/s）

Ev=12·m·v2V=2Evm=2×1960100=626

t——雜物從墜落到防護(hù)支架上到速度變?yōu)?經(jīng)歷的時(shí)間（s），t=0.2

Δmv——雜物動(dòng)量的變化（Kg·m/s），Δmv=100×6.26=626

Ft——防護(hù)支架對(duì)雜物的沖量（N·s），F(xiàn)t=Δmv=626

F——防護(hù)支架受到的沖擊力（N），F(xiàn)= 6260.2=3130

計(jì)算時(shí)，取作用到棚架上的集中力q5=3 KN/m2。

3.2結(jié)構(gòu)計(jì)算情況。

根據(jù)荷載分布建立midas模型，通過(guò)計(jì)算各構(gòu)件計(jì)算情況如下：

3.2.1面板計(jì)算：

防護(hù)棚架的面板采用δ=4mm的鋼板，滿鋪于20a和25a工字鋼上，其單元尺寸為0.79m×1.05m，按照雙向板進(jìn)行計(jì)算。鋼板應(yīng)力及變形如圖3，

計(jì)算結(jié)果可知，在均部荷載和沖擊荷載同時(shí)作用下，4mm鋼板的最大應(yīng)力為130.1MPa<215MPa，滿足要求。最大位移0.63mm，滿足要求。

圖2

圖3

圖4

3.2.2滑移面板縱向主梁計(jì)算。

縱向主梁有20a工字鋼和25a工字鋼兩種，間距0.79m，間隔布置最大跨度11.6m，按照簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，假定高空墜物的荷載由1根20a工字鋼承擔(dān)，并作用在跨中。面板主梁應(yīng)力及變形如圖4：

計(jì)算結(jié)果可知，在均部荷載和集中荷載共同作用下，工字鋼25a最大正應(yīng)力為141MPa≤[σ]=215MPa，工字鋼20a最大正應(yīng)力為122MPa<[σ]=215MPa，滿足要求。

3.2.3棚架滑道梁計(jì)算。

滑道梁為承重主梁，承受的荷載為滑板傳遞由滑動(dòng)面板自重產(chǎn)生的集中力，計(jì)算結(jié)果可知，滑道梁的最大正應(yīng)力為163.2MPa≤[σ]=215 MPa，整體穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)力為187.2MPa≤215 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4基礎(chǔ)計(jì)算。

棚架立柱采用630mm×8鋼管樁，其最大高度為14.7m，縱向主梁的支點(diǎn)反力即為鋼管樁的承載力，其最大的承載力為264KN，滿足要求。

基礎(chǔ)采用擴(kuò)大混凝土基礎(chǔ)，其截面尺寸為1.5m×1.5m×0.6m，其地基承載力為：

P=（F+G）/A=（264+20×1.5×1.5×0.6）/1.5×1.5 =129.3KN/m2。ヒ蚋止蘢基礎(chǔ)處在既有金橋大道路面上和框架橋上，其地基條件較好，滿足要求。

通過(guò)建模計(jì)算，可知，棚架結(jié)構(gòu)安全。

由于棚架L0#臨時(shí)墩和主跨主梁MB1#塊支架固結(jié)，立柱之間通過(guò)水平聯(lián)接系連接；棚架在滑移過(guò)程中的水平反力通過(guò)塔梁固結(jié)段給予平衡，滑移過(guò)程中支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求。

圖5道床邊的基礎(chǔ)支護(hù)示意圖

圖6金橋大道上立柱基礎(chǔ)防撞設(shè)施示意圖

4. 棚架安裝

4.1立柱基礎(chǔ)。

采用C30鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，分別位于框架橋上和位于金橋大道既有路面上，在施工時(shí)做好基礎(chǔ)的支護(hù)及防撞措施。道床邊的基礎(chǔ)支護(hù)示意圖如圖5，金橋大道上立柱基礎(chǔ)防撞設(shè)施示意圖如6。

基礎(chǔ)混凝土澆筑前按照?qǐng)D紙要求預(yù)埋好相應(yīng)的預(yù)埋件，便于和臨時(shí)墩立柱進(jìn)行螺栓連接。

4.2立柱安裝。鋼管立柱采用630×8mm鋼管柱，根據(jù)不同部位采用汽車吊和軌道吊機(jī)安裝。

4.3滑道梁的安裝。臨時(shí)墩立柱柱頂滑道梁采用單根或雙根HM588型鋼，滑道梁長(zhǎng)和跨度對(duì)應(yīng)。其中臨時(shí)墩L0～L2之間的滑道梁采用主塔邊得塔吊安裝，L2～L4之間的滑道梁采用塔吊或軌道吊機(jī)安裝，L4～L9之間的滑道梁采用起重吊機(jī)安裝?；懒旱自O(shè)置絕緣板，同時(shí)沿縱向兩端分別與50#、51#橋墩的施工支架聯(lián)結(jié)牢固。

4.4滑移面板的安裝及移動(dòng)。

4.4.1滑移面板加工制作時(shí)橫向分5段，分別為11.00m+11.75m+11.75m+10.25m+11.00m=55.75m，縱向分4節(jié)，即為4.75m×4=19m，共20個(gè)吊裝單元，最大吊裝重量4.8t。拼裝時(shí)先在鋼結(jié)構(gòu)加工車間內(nèi)把每個(gè)單元加工好并進(jìn)行試拼，然后在51#主塔附近進(jìn)行安裝。棚架頂棚單元?jiǎng)澐旨爸С谢灏惭b位置示意圖如圖7。

圖7棚架頂棚單元?jiǎng)澐旨爸С谢灏惭b位置示意圖

圖8牽引系統(tǒng)限位示意圖

4.4.2安裝時(shí)采用塔吊進(jìn)行吊裝，安裝順序如下：

（1）在L0～L1之間完成4.75m×2=9.5m滑移頂棚的拼裝；（2）臨時(shí)封鎖京廣下行貨車聯(lián)絡(luò)線，把滑移面板向前滑移13m；（3） 繼續(xù)拼裝剩下4.75m×2=9.5m的滑移頂棚，在拼裝時(shí)與已拼裝好的滑移頂棚保留1m的間隙，以防靜電影響造成人體傷害；（4） 臨時(shí)封鎖京廣下行貨車聯(lián)絡(luò)線，要點(diǎn)施工，將拼裝完成的滑移頂棚用螺栓連接成整體。

待掛藍(lán)澆注完本節(jié)段的混凝土后，通過(guò)滑道梁上的滑板、托拉耳板和牽引系統(tǒng)把滑動(dòng)面板向前滑移?；宀捎盟姆畛湎鹉z滑板，摩擦系數(shù)u=0.1，滑移面板共重95t，摩擦力f=95×0.1=9.5t，采用四臺(tái)3～5t電動(dòng)葫蘆作為牽引系統(tǒng)，在滑移面板前端設(shè)置4個(gè)牽引點(diǎn)進(jìn)行滑移，滑移時(shí)原則上采用整個(gè)滑移面板一起滑移，滑移面板設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留分塊滑移條件，可以分為22.75m×19m和33m×19m兩塊，單獨(dú)進(jìn)行滑移?；频轿缓蟛扇∠尬淮胧┘皶r(shí)固定。牽引系統(tǒng)限位示意圖如圖8。

4.5棚架絕緣施工。

4.5.1連續(xù)梁施工跨越鐵路既有高壓線時(shí)，棚架距離高壓線比較近，施工時(shí)存在以下安全隱患：（1）產(chǎn)生高壓電流對(duì)棚架之間的空氣擊穿，棚架鋼結(jié)構(gòu)的尖角和鋼鐵毛刺，可能產(chǎn)生電氣尖端放電，造成棚架帶電和線路短路；（2）由于既有線的周圍有很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，在棚架上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)這種電壓超過(guò)安全電壓（50V）時(shí)，會(huì)危及施工人員的生命安全。

4.5.2根據(jù)鐵路既有線施工的安全要求，本項(xiàng)目隨棚架設(shè)計(jì)了一套絕緣安全防護(hù)系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工安全的要求：（1）在施工防護(hù)棚架底部鋼板與橫梁、縱梁栓接在一起，形成了一個(gè)相對(duì)的平板電極，均勻的接受來(lái)自既有線的電場(chǎng)沖擊；（2）在防護(hù)棚底面制作絕緣層，采用絕緣樹(shù)脂，加專用固化劑+活性稀釋劑+白碳黑+605助劑+消泡劑，采用樹(shù)脂配合無(wú)堿玻璃絲布施工的方法，避免產(chǎn)生電氣空氣擊穿和拉弧；現(xiàn)場(chǎng)制作的絕緣樹(shù)脂的耐壓是15KV/mm，考慮到電力線的高度會(huì)有一些改變，制作的絕緣樹(shù)脂的厚度達(dá)到6mm，耐壓達(dá)到90KV。（3）設(shè)置接地電極，深埋于地下，進(jìn)行降阻處理（接地電阻小于4歐姆），現(xiàn)場(chǎng)用接地鋼帶將棚架和鋼板電極焊接在一起，保證良好的接地，形成棚架對(duì)地零電位，解決了感應(yīng)電壓形成的安全隱患問(wèn)題。（4）設(shè)計(jì)制作了一套電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，適時(shí)了解鋼板電極上所承載的電壓，當(dāng)電極的電壓超過(guò)安全電壓時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)反饋到報(bào)警系統(tǒng)，形成聲、光同時(shí)報(bào)警，能夠讓施工人員及時(shí)采取保護(hù)措施，進(jìn)一步保證施工的安全。

通過(guò)上述措施，既滿足鐵路既有線施工的安全要求，又能保證施工人員的生命安全和鐵路的正常運(yùn)行。

4.6棚架拆除。

當(dāng)主跨連續(xù)梁合攏段施工完成、掛籃拆除完畢及橋面系等附屬工程完成后，即可進(jìn)行棚架的拆除工作。棚架拆除施工方法為：

（1）頂棚拆除：滑移頂棚拆除在既有鐵路圍墻外側(cè)的現(xiàn)狀村道上拆除；在掛籃拆除完畢及橋面系等附屬工程完成后，將滑移頂棚滑移至主梁主跨邊墩直線段現(xiàn)澆支架處，將頂棚進(jìn)行解體，解體成長(zhǎng)度為4.75m的單元，共4×5=20個(gè)單元，采用汽車吊機(jī)逐一拆除；每個(gè)單元拆除完畢后，將后一個(gè)單元頂棚向邊墩滑移，直至拆除完畢。

圖9滑道梁拆除示意圖

（2）HM588滑道梁拆除：在頂棚拆除完畢，即可進(jìn)行

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HM588滑道梁的拆除工作。由于在主梁施工完畢后在既有線內(nèi)無(wú)吊機(jī)站位平臺(tái)，HM588滑道梁拆除時(shí)，以安裝在立柱頂面牛腿上的橫梁為滑道，要點(diǎn)施工，將HM588滑道梁滑移至防護(hù)棚架兩側(cè)（東西方向），主塔墩側(cè)通過(guò)塔吊拆除，其余采取QY50汽車吊（站位在已澆筑箱梁上）拆除。

滑道梁滑移方向?yàn)椋篖0～L1及L1～L2滑道梁往東側(cè)方向滑移，L2～L8滑道梁往西側(cè)方向滑移。

滑道梁拆除示意圖如圖9。

（3）立柱等基礎(chǔ)拆除。立柱、小分配梁及混凝土拆除在“要點(diǎn)”內(nèi)通過(guò)軌道吊機(jī)逐一拆除。

4.7施工注意事項(xiàng)。

4.7.1本項(xiàng)目跨越鐵路營(yíng)業(yè)線的施工必須按鐵道部鐵辦（2008）190號(hào)《鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法》的要求進(jìn)行，辦理有關(guān)手續(xù)；嚴(yán)格按審定的方案、范圍和批準(zhǔn)的計(jì)劃組織施工，建立健全安全責(zé)任制，實(shí)行責(zé)任追究制度，落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施，做到“分工明確，責(zé)任清楚，措施具體，管理到位”。

4.7.2每次吊裝之前應(yīng)仔細(xì)檢查鋼絲繩吊點(diǎn)位置，確認(rèn)卡環(huán)安裝牢固后方可起吊，起吊時(shí)兩端采用粗麻繩固定并設(shè)專人穩(wěn)定，控制平衡，并由專人統(tǒng)一指揮吊裝作業(yè)。在吊起的鋼架下面或移動(dòng)范圍內(nèi)，禁止人員通過(guò)和逗留。

4.7.3在施工過(guò)程中，不得將施工材料、器械等堆放到鋼軌上，不得將零部件隨處亂扔，施工產(chǎn)生的廢棄物必須及時(shí)清理干凈，不得留在防護(hù)網(wǎng)內(nèi)。

4.7.4棚架安裝完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)安全隱患存在， 檢查棚架螺栓、螺絲安裝的牢固程度和棚架穩(wěn)定性；將現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理，人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，施工機(jī)具、材料全部轉(zhuǎn)移到防護(hù)網(wǎng)以外的安全位置，不得侵入鐵路限界，同時(shí)恢復(fù)防護(hù)網(wǎng)。

5. 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)在連續(xù)梁施工范圍內(nèi)搭設(shè)滑移式防護(hù)棚架，棚架頂棚隨著掛籃的前移逐段滑移，使連續(xù)梁施工區(qū)與鐵路運(yùn)營(yíng)區(qū)隔離，實(shí)行封閉作業(yè)，避免施工過(guò)程中掉落雜物損壞列車設(shè)備或發(fā)生觸電等安全事故，確保既有線行車安全；同時(shí)減少了棚架安裝及拆除的“要點(diǎn)”次數(shù)，減少了施工期間對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響。實(shí)踐證明，對(duì)棚架采用滑移式施工是安全可行的，較好地解決了掛藍(lán)懸澆施工對(duì)鐵路防護(hù)的安全行車問(wèn)題，對(duì)類似工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

參考文獻(xiàn)

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