海滄隧道本島端接線工程跨鐵路鋼管支架設(shè)計(jì)

■葉國(guó)華

(廈門誠(chéng)翔公路技術(shù)咨詢有限公司，廈門 361004)

1 工程概況

海滄隧道本島端接線工程（第一階段）為混凝土連續(xù)梁,位于廈門島內(nèi)東北部，起于第二西通道海滄隧道出口端，沿現(xiàn)狀火炬北路方向，上跨鐵路，終于鷹廈鐵路東側(cè)，起訖里程為FZK19+100～FZK19+888，全長(zhǎng)788m。主線橋橋長(zhǎng)352m。橋梁跨徑布置為：左幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+25）+（45+42）m；右幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+27）+（45+40）m，左右幅各四聯(lián)，其中第四聯(lián)首孔（9#～10#墩）跨越鷹廈鐵路及糧食專用線。鷹廈鐵路為雙線，鐵路中心線間距5.0m，糧食專用鐵路為單線，與鄰近的鷹廈鐵路線中心距為15m。交叉點(diǎn)位于鐵路路基段，與鐵路交角為98°，平面交叉范圍達(dá)52m。

由于該聯(lián)橋位地形起伏較大，高度在9～18m 之間，且需上跨運(yùn)營(yíng)鐵路，故綜合比選施工方案后采用鋼管貝雷梁支架整體澆筑施工。為保證鐵路的行車安全，箱梁施工期間設(shè)置防護(hù)棚，防護(hù)棚與現(xiàn)澆支架合建的方式。防護(hù)棚采用鋼管貝雷梁支架，防護(hù)棚比梁體外側(cè)翼緣板超寬2.0m 以上，防護(hù)棚邊緣設(shè)置安全圍欄，確保施工物件不墜落至防護(hù)棚外。防電防護(hù)棚施工大部分工序需利用封鎖點(diǎn)施工，有些工序還需要接觸網(wǎng)停電配合。

2 支架設(shè)計(jì)

支架為兩孔鋼管樁貝雷梁支架，其中首孔跨徑為21m，跨越鷹廈鐵路（雙線電氣化鐵路），次孔跨徑為18m，跨越糧食專用線（單線非電氣化鐵路），如圖1所示。

圖1 支架布置圖

2.1 臨時(shí)墩設(shè)置

為抑制支架變形并提高整體剛度，支架共有3 個(gè)臨時(shí)墩，臨時(shí)墩位于鷹廈鐵路與糧食專用鐵路之間的排水溝內(nèi)。其構(gòu)件組成分別為：鐵路左側(cè)臨時(shí)墩采用49 根鋼管立柱，立柱高度分別為14.49m（左幅）、9.67m（右幅）；鐵路中間臨時(shí)墩采用54 根鋼管立柱，立柱高度分別為10.66m（左幅）、10.66m（右幅）；鐵路右側(cè)臨時(shí)墩采用43 根鋼管立柱，立柱高度分別為15.65m（左幅）、15.21m（右幅）。各鋼管立柱均統(tǒng)一采用φ630×10mm 鋼管樁，鋼管樁兩端設(shè)樁頭和樁腳結(jié)構(gòu)，鋼管樁之間設(shè)連接系。由于該段地形較為復(fù)雜，為保證支架基礎(chǔ)穩(wěn)定性采用C30 鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。擴(kuò)大基礎(chǔ)頂面與排水溝溝底平齊，以保證地基排水效果。同時(shí)墩身鋼管安裝時(shí)設(shè)置有效的接地裝置，保證接地電阻小于10Ω?？拷F路電纜側(cè)樁頂3m 范圍均涂刷防電涂層。

2.2 墩頂分配梁

永久墩墩旁臨時(shí)墩（鐵路左、右側(cè)）頂直接布置橫向分配梁；中間臨時(shí)墩頂布置縱向及橫向兩層分配梁?？v向分配梁采用3HN500×200 型鋼組，單根長(zhǎng)3.0m；橫向分配梁采用2HN500×200 型鋼組，單根長(zhǎng)度分別為31m（2 根）、29m（4 根）、25m（2 根），布置于縱向分配梁上或樁頂，單幅通長(zhǎng)布置（分2 次吊裝，現(xiàn)場(chǎng)等強(qiáng)對(duì)接），并設(shè)置2%坡度，左右幅對(duì)應(yīng)橫向分配梁對(duì)接，并對(duì)左右幅橫向分配梁對(duì)接處頂面進(jìn)行修整，確保過渡圓順。鋼管立柱樁頂、橫向分配梁及縱向分配梁之間接觸面均采用焊縫連接，焊高6mm 焊縫長(zhǎng)度單邊不少于10cm。鷹廈鐵路兩側(cè)分配梁均涂刷防電涂層。

2.3 貝雷梁

在橫向分配梁頂擺放貝雷梁。首孔跨度21m，共114 片單層加強(qiáng)型貝雷梁；次孔跨度18m，共108 片單層非加強(qiáng)型貝雷梁。貝雷梁橫橋向間距除翼緣板范圍為90cm，其它均為45cm，每片貝雷梁間用橫向花窗連接成整體。其中首孔貝雷梁下設(shè)防電板，防電板厚度12mm。貝雷梁頂橫向鋪設(shè)I12.6 分配梁，分配梁間距為75cm。每組貝雷梁端部采用∠75×75×6mm 的角鋼焊制成倒“U”型構(gòu)件與橫向分配梁焊縫連接。

3 支架計(jì)算分析

3.1 計(jì)算荷載

⑴箱梁砼自重荷載

支架段箱梁參數(shù)如表1 所示，其中砼容重γ=26.5kN/m3，漲模系數(shù)k=1.05，全聯(lián)(左右幅)砼方量v=3608.1m3;則全聯(lián)砼重G=100395.4kN

⑵施工均布荷載g2=1.5 kN/m2。

⑶振搗混凝土產(chǎn)生的荷載g3=2.0 kN/m2。

⑷模板荷載及防護(hù)棚。

模板荷載包括底模板、內(nèi)模板、側(cè)模板等模板荷載。模板擬采用竹膠板與方木組合，鋼管腳手架作為支撐的形式所有模板荷載換算為g4=1.0 kN/m2。

⑸風(fēng)荷載

按規(guī)范計(jì)算作用在箱梁上的橫橋向風(fēng)荷載F1=52.65 kN，作用點(diǎn)位于箱梁中心；作用在貝雷梁桁架上的橫橋向風(fēng)荷載F2=6.02 kN，作用點(diǎn)位于桁架中心；作用在鋼管樁上的橫橋向風(fēng)荷載F3=7.2 kN，作用點(diǎn)距樁頂5.33m。

表1 支架段箱梁參數(shù)表

3.2 計(jì)算分析

3.2.1 貝雷梁項(xiàng)分配梁

I12.6 分配梁順橋向布置間距750mm。經(jīng)分析，其最不利處應(yīng)力如下：

彎曲應(yīng)力σW=85.13MPa＜170MPa;剪應(yīng)力τ=47.96MPa＜100MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 貝雷梁

貝雷梁的內(nèi)力分析表2 所示。

表2 貝雷梁最大內(nèi)力計(jì)算表

從表2 可以看出貝雷梁設(shè)計(jì)滿足要求。

3.2.3 橫向分配梁

橫向分配梁的內(nèi)力分析表3 所示。

表3 橫向分配梁最不利位置對(duì)應(yīng)內(nèi)力計(jì)算表

從表3 可以看出橫向分配梁的應(yīng)力均小于170 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 縱向分配梁計(jì)算縱向分配梁的內(nèi)力分析表4 所示。

表4 縱向分配梁最不利位置對(duì)應(yīng)內(nèi)力計(jì)算表

從表4 可以看出縱向分配梁的應(yīng)力均小于170 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.5 鋼管樁計(jì)算分析

支承于砼基礎(chǔ)上的鋼管樁:

穩(wěn)定性σ=N/φA=45.2MPa ＜170MPa；彎曲應(yīng)力σW=2.49MPa＜170MPa；剪應(yīng)力τ=0.94MPa＜100MPa

折算應(yīng)力σ=43.47MPa ＜170MPa

滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.6 基礎(chǔ)及基底承載力的計(jì)算

基礎(chǔ)為砼結(jié)構(gòu)，砼強(qiáng)度等級(jí)C30?；A(chǔ)尺寸為1.9m×1.9m×0.7m。

⑴基礎(chǔ)混凝土壓應(yīng)力

壓應(yīng)力σN=5.56MPa＜14.3MPa

⑵砼基礎(chǔ)沖切承載力

沖切承載力F=（0.7βhft+0.15σpc,m）ηumh0=2657.3kN＞720kN

⑶砼基礎(chǔ)基底承載力

應(yīng)力σN=N/A=650/3.61=180kPa

要求基底承載力不得小于200kPa，為確保支架結(jié)構(gòu)安全，對(duì)承載力不能滿足要求的基底須進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

由于跨鐵路施工的特殊性，本橋采用了防護(hù)棚與支架合建的特殊設(shè)計(jì)支架，并設(shè)計(jì)采用了鋼管立柱臨時(shí)支撐以保證支撐方案安全性和良好的適用性。通過對(duì)支架局部構(gòu)件計(jì)算和穩(wěn)定分析可知，構(gòu)件受力均能滿足要求，表明本方案為安全、經(jīng)濟(jì)、合理并切實(shí)可行的施工方法，可為類似工程的建設(shè)提供參考。

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