全封閉掛籃在鐵路跨線橋梁中的應(yīng)用

余 飛

(中國鐵建二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，上海市 201907)

0 前言

為節(jié)省建設(shè)投資，各城市地鐵建設(shè)在延伸到市郊時大都選擇了從地下轉(zhuǎn)向地上，投資相對較小的高架形式，而市郊往往又是城際鐵路、繞城高速等路網(wǎng)密集區(qū)。除較大的交通樞紐部位采用鋼箱梁跨越外，目前主流設(shè)計往往傾向于采用較為經(jīng)濟的懸灌連續(xù)橋跨越。懸灌法施工過程中對既有線路的保護(hù)通常采用棚架法，但該方法往往受防護(hù)跨徑、防護(hù)凈空高度等因素影響較大，且后續(xù)拆除工序復(fù)雜，使用范圍局限性較大，因而稍晚出現(xiàn)的全封閉掛籃施工技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，有逐步取代棚架法的趨勢。

1 工程概況

成都地鐵2號線二期工程東延伸線土建1標(biāo)全長6.6 km，為成都地鐵首條地面線路，工程內(nèi)容包括:3座高架車站、6座連續(xù)梁橋及139跨預(yù)制簡支梁。線路與成花鐵路隧道洞門凈距18.0 m，以逆交42°角跨越，上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室懸灌橋橋設(shè)計形式，連續(xù)梁跨徑組成為48m+88 m+48 m=184.0 m，最大主墩高度12.5 m，梁底距鐵路電氣化接觸網(wǎng)豎直間距3.0 m，見圖1、圖2。

圖1 懸灌橋與成花鐵路既有線走向關(guān)系及周邊環(huán)境示意圖

圖2 成花鐵路既有跨線橋平剖面布置示意圖（單位：m）

梁面寬9.5 m、梁底寬5.4 m；頂板全橋等厚27 cm；腹板厚度由跨中50 cm變化至主墩根部90 cm；底板厚度由跨中30 cm按圓曲線變化至主墩根部90 cm；跨中梁體厚2.5 m、主墩根部梁體厚6.5 m。

T形剛構(gòu)除0#塊和合攏段外，對稱分11段懸臂段，最大重量在A2、B2段(117.13 t)。

2 全封閉掛籃與棚架方案比選

在進(jìn)場初期，考慮到與鐵路部門的協(xié)作關(guān)系，按產(chǎn)權(quán)單位意見進(jìn)行了棚架防護(hù)設(shè)計，暨在雙線鐵路邊溝外側(cè)設(shè)置防護(hù)棚架基礎(chǔ)(兩側(cè)各11根直徑Φ1.5 m深3.0 m人工挖孔樁)，基上澆筑0.2 m厚托梁，再搭設(shè)6排Φ48@600 mm鋼管排架，最后經(jīng)21榀跨徑18.0 m的鋼桁架跨越鐵路，見圖3。

圖3 成花鐵路跨線橋棚架立面圖

設(shè)計方案完成后進(jìn)行經(jīng)濟比選時，發(fā)現(xiàn)隧道口邊溝外側(cè)預(yù)埋有多種型號專用電纜，拆遷難度大、作業(yè)空間困難，棚架方案造價高昂；雖然在梁體施工階段安全可靠，但在安裝與拆除階段均存在著較大的安全隱患。經(jīng)咨詢業(yè)內(nèi)專家后最終決定放棄該方案，另行選擇全封閉掛籃方案。方案比較分析見表1。

表1 棚架防護(hù)方案與全封閉掛籃方案比較分析

3 全封閉掛籃的設(shè)計與構(gòu)成

配合專業(yè)廠家設(shè)計、生產(chǎn)了全封閉菱形掛籃2套，出廠資料齊全。配上全封閉防護(hù)棚架后掛籃自重44.5 t左右，不超過最重梁段0.4倍。

設(shè)計過程中考慮到各施工工況狀態(tài)下的安全系數(shù):考慮箱梁混凝土澆筑時脹模等系數(shù)的超載系數(shù):1.05；掛籃空載行走時的沖擊系數(shù)1.3；澆筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù):2.0；掛籃正常使用時采用的安全系數(shù)為:1.2；活載分項系數(shù):1.4；恒載分項系數(shù):1.2。掛籃的負(fù)載系數(shù)不大于:0.4等。

梁段混凝土重量26 kN/m3；施工機具與人群荷載2.5 kPa；施工震動荷載2.0 kPa；模板重量0.85 kPa；其他荷載2.0 kPa；風(fēng)荷載2.0 kPa。混凝土偏載按兩側(cè)腹板澆筑最大偏差6.0 m3混凝土計算，約156 kN。

荷載組合Ⅰ：混凝土重量+掛籃自重+施工震動荷載+施工機具與人群荷載+其他荷載；

荷載組合Ⅱ：混凝土重量+掛籃自重+混凝土偏載+施工機具與人群荷載+其他荷載；

荷載組合Ⅲ：混凝土重量+掛籃自重+風(fēng)荷載+其他荷載；

荷載組合Ⅳ：混凝土重量+掛籃自重+施工機具與人群荷載；

荷載組合Ⅴ：掛籃自重+移籃沖擊荷載+風(fēng)荷載；

荷載組合Ⅰ-Ⅲ用于掛籃承重系統(tǒng)的強度和穩(wěn)定性驗算，荷載組合Ⅳ用于掛籃各桿件剛度驗算，荷載組合Ⅴ用于移籃驗算。

該掛籃主要由主桁架系統(tǒng)、走行錨固系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、掛籃模板系統(tǒng)、平臺防護(hù)系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、輔助部件及全封閉防護(hù)系統(tǒng)等組成。

（1）主桁系統(tǒng)：主桁系統(tǒng)是整個掛籃中主要的受力部分，由聯(lián)結(jié)桿件將各承重桁架聯(lián)結(jié)成整體；承重桁架由前后弦桿、豎直桿、下水平弦桿和各節(jié)點組成，采用銷軸連接成整體，便于拆裝和運輸。主桁各桿件采用雙[32槽鋼拼接而成。

（2）走行錨固系統(tǒng):走行錨固系統(tǒng)由后吊掛滾輪組件、前滑座、走行軌道及后部錨固組件組成，走行及錨固組件分別在掛籃空載前移和梁體澆筑時起著非常重要的作用。梁體節(jié)段澆筑時掛籃主桁架后錨固定，主桁前部由滑座支撐座落在梁體上；梁體節(jié)段澆筑完畢掛籃準(zhǔn)備前移時，采用螺旋千斤頂緩慢松除掛籃主桁后部錨固，與此同時后吊掛滾輪反扣在走行軌道翼緣上以平衡掛籃自重作用于主桁架前端的荷載；掛籃走行軌道設(shè)計為前、后兩段拼接式，走行軌道主要提供掛籃空載前移時后吊掛滾輪的反扣支點和前滑座的支撐及導(dǎo)向；后部錨固組件是掛籃施工狀態(tài)下主桁系統(tǒng)的自錨平衡裝置，由后錨扁擔(dān)梁、錨桿、螺旋千斤頂?shù)冉M成。

（3）導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)包含導(dǎo)梁、導(dǎo)梁滑架、(導(dǎo)梁吊架)等。導(dǎo)梁由型鋼制作，在掛籃施工過程中主要承受模板及模板上部混凝土載荷，在掛籃前移過程中起著承托模板隨主桁架一同前移的作用。

（4）底籃系統(tǒng)：底籃系統(tǒng)主要起著將梁體底板及腹板位置混凝土載荷傳遞到掛籃前端承重橫梁上的作用，主要由底籃前橫梁、底籃后橫梁、底籃縱梁及底籃吊架等組成。

（5）掛籃外側(cè)模：掛籃外側(cè)模主要由背架、背枋及模板等組成，外模坐落在外導(dǎo)梁上，外模的重心位于導(dǎo)梁之間或?qū)Я赫戏?，以保證模板的穩(wěn)定，且導(dǎo)梁與模板之間必須連接成整體，導(dǎo)梁與導(dǎo)梁之間采用連接桿連接成整體，以防止導(dǎo)梁在移動過程中側(cè)翻及確保外模移動過程中的穩(wěn)定性。

（6）掛籃內(nèi)模：內(nèi)模由轉(zhuǎn)角模、標(biāo)準(zhǔn)組合鋼模及內(nèi)模骨架組成，內(nèi)模骨架由內(nèi)?；撼型校⑴c內(nèi)?；洪g采用螺栓連接成整體，整個內(nèi)?？績?nèi)?；撼型凶溆趦?nèi)導(dǎo)梁上，內(nèi)?？梢揽炕涸趯?dǎo)梁上縱向滑移退入已澆筑梁段內(nèi)，以便在節(jié)段施工時為鋼筋綁扎留出更大的操作空間；兩根內(nèi)導(dǎo)梁間必須采用連接桿連接成整體，以防止內(nèi)導(dǎo)梁在移動過程中側(cè)翻。

（7）掛籃底模：底模根據(jù)模板大小進(jìn)行分塊，以便于運輸及吊裝。

（8）平臺防護(hù)系統(tǒng)：平臺防護(hù)系統(tǒng)為掛籃施工過程中工人操作提供平臺及安全保障，主要包括掛籃前上橫梁平臺、橫向張拉平臺、底籃前后橫梁平臺及底籃側(cè)向平臺。各平臺主要包括步行板及防護(hù)欄桿兩部分，防護(hù)欄桿在工地現(xiàn)場組裝到步行板上。

（9）前上橫梁：掛籃前上橫梁架設(shè)在承重桁架的前端，并與承重桁架連接成整體。前上橫梁由兩根型鋼與綴板拼焊成形，主要承受施工過程中底籃系統(tǒng)及導(dǎo)向系統(tǒng)傳遞的混凝土荷載，并將荷載傳遞到掛籃承重主桁架上。

（10）吊掛系統(tǒng)：掛籃施工過程中，所有吊桿均為Φ32 mm PSB830精軋螺紋鋼，不僅強度高，而且方便安裝與調(diào)節(jié)，與之配套使用的有螺母、墊板、連接器等，采用鋼帶做主吊桿時均采用Q345材質(zhì)鋼帶。

（11）輔助部件：輔助部件主要包括調(diào)節(jié)吊桿用的扁擔(dān)梁及錨固吊桿用的吊桿墊板等輔助掛籃施工的獨個零件。

（12）全封閉防護(hù)系統(tǒng)：掛籃底部封閉平臺縱向長7.3m，橫向?qū)?.0 m。采用14#槽鋼與∠75×6 mm、∠50×5 mm角鋼連接組合而成，四周采用3.0mm鋼板與平臺四周型鋼焊接，使鋼板也參與桁架受力，同時也將整個底模平臺連接成一個整體，在平臺周邊形成高約2.8 m的防護(hù)平臺，由于平臺為全焊接鋼板，對外懸的操作平臺，四周也采用了鋼板封閉，因而該平臺可防止施工用水向平臺下排放，同時也有效阻擋了施工中向平臺下墜物，平臺外圍采用5 mm厚防電板與鋼板對應(yīng)布置，與鋼板和型鋼采用螺栓連接，接頭部位及螺栓連接處均采用環(huán)氧樹脂密封處理，防漏電漏水。

施工平臺用精軋螺紋鋼懸吊在掛籃下方，在每根平臺橫梁上設(shè)6根吊桿，吊點分別固定在掛籃底部前、后橫梁上，施工中防護(hù)平臺隨掛籃一并前移。平臺與在掛籃底部前、后橫梁上之間留0.16 m間隔。在吊桿處安裝2[16槽鋼間隔鐵，吊桿栓緊后使平臺與掛籃底籃形成整體。平臺四周設(shè)置防護(hù)鋼欄桿，欄桿高度1.7 m，間距1.4 m，設(shè)上下兩道橫檻，欄桿采用角鋼∠50×5焊接，并將鋼絲網(wǎng)及安全防護(hù)網(wǎng)固定在角鋼骨架內(nèi)側(cè)。

工作平臺鋪設(shè)厚度3 mm花紋鋼板，將鋼板與角鋼固定，下工作平臺面與底模連接形成封閉。側(cè)面上下工作平臺鋪設(shè)5 cm厚木板，上鋪一層1.0 mm厚鍍鋅鐵皮。上、下工作平臺欄桿掛設(shè)鋼絲網(wǎng)及密目防護(hù)網(wǎng)，并設(shè)25 cm高踢腳板，用于防止物體墜落。在搭設(shè)鋼管內(nèi)支撐架時，在梁段前端增加一排腳手架，高度超出梁項面1.2 m，并掛密目防護(hù)網(wǎng)，并與側(cè)模上部工作平臺連接，形成對上層施工的前端圍護(hù)，混凝土澆筑完畢后，與內(nèi)橫同時拆除。

菱形掛籃安裝及全封閉效果見圖4、圖5。全封閉掛籃安全防護(hù)系統(tǒng)見圖6。

圖4 菱形掛籃安裝效果圖

圖5 菱形掛籃全封閉防護(hù)效果圖

圖6 全封閉掛籃安全防護(hù)系統(tǒng)圖

4 全封閉掛籃的施工管理

懸灌法施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→0#塊整體澆筑→掛籃拼裝→1#梁段鋼筋、模板施工→1#塊混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)、張拉及壓漿→前移掛籃、依次施工2#-8(11)#塊→邊跨平衡段現(xiàn)澆合攏→中跨合攏，受力體系轉(zhuǎn)換。

全封閉掛籃進(jìn)場后，按正常程序報現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行了檢查驗收，包括：生產(chǎn)廠家設(shè)計加工資質(zhì)文件、出廠合格證、結(jié)構(gòu)計算書、工藝圖紙、廠內(nèi)試拼狀影像資料及相關(guān)附件等。

在A1B1段按梁體自重的1.2倍重量采用預(yù)制混凝土塊對模板和掛籃系統(tǒng)進(jìn)行加載預(yù)壓，以消除非彈性變形，同時測量掛籃的彈性變形。預(yù)壓前所測標(biāo)高進(jìn)行對照后重新調(diào)整模板至正確位置。

每節(jié)段混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度100%時進(jìn)行掛籃的分體與前移，待前端底模托盤系統(tǒng)與混凝土面徹底分離后，解除走行系統(tǒng)的錨固，前移掛籃指定位置后重新錨固好軌道。

其它鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉等工藝管控要點與常規(guī)施工方法一樣，重大危險源主要分布在掛籃前移、中跨合攏等工序過程中。

梁體外側(cè)養(yǎng)護(hù)采用養(yǎng)護(hù)劑，內(nèi)側(cè)立面采用噴霧器噴水養(yǎng)護(hù)，增加養(yǎng)護(hù)遍數(shù)，減少用水量。底板及頂板頂面采用棉氈覆蓋好梁體，進(jìn)行噴濕養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)禁采用澆水養(yǎng)護(hù)，避免養(yǎng)護(hù)水流淌。為防止雨水和混凝土養(yǎng)護(hù)用水等積聚后流入既有線范圍內(nèi)，造成安全隱患，在掛籃底部封閉平臺設(shè)有排水槽，排水槽兩端及中部共設(shè)三個排水管，并設(shè)閘閥。由于掛籃與既有線斜交，每次行走至一個節(jié)塊時，即檢查排水管相對既有線的位置，將影響既有線的排水管閘閥關(guān)閉，打開其它排水管閘閥，將水排至線路外側(cè)。

施工過程中根據(jù)鐵路部門要求安排專人擔(dān)任駐站聯(lián)絡(luò)員，提前一個月向成都鐵路局提交要點計劃。

受各種外界因素的影響，懸灌梁段進(jìn)展時快時慢，在大都穩(wěn)定在6～14 d/段的范圍內(nèi)，經(jīng)過近5個月的緊張工作終于順利完成主體結(jié)構(gòu)的施工，基本滿足計劃工期節(jié)點要求。

5 結(jié)語

全封閉掛籃是目前跨越既有線路施工比較安全有效的施工方式，由于該施工方法在成都地鐵第一次使用，前期與相關(guān)管理部門溝通方面浪費了大量時間，后期通過技術(shù)措施進(jìn)行趕工、管理措施進(jìn)行計劃調(diào)整，磨刀不誤砍柴工，總工工期仍然滿足了業(yè)主的要求，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。