高速公路上跨鐵路橋梁防護棚架研究

楊 烜，程 勇

(1.江西省交通規(guī)劃勘察設計院;2.江西投資集團資溪高速公路投資開發(fā)有限公司)

1 防護棚架研究

由于架梁及施工T 梁間現(xiàn)澆濕接縫，橋梁排水槽、防撞護欄等現(xiàn)澆構造物時，都有可能出現(xiàn)落物或落混凝土的可能。因此，為保證鷹廈鐵路電氣化在橋梁施工期間的安全，在施工橋梁前對鷹廈鐵路上方設置2 座防護棚架，防護棚架兼具防落物和防電的功能，橋梁施工完成后拆除。

圖1 防護棚架示意圖

1.1 防護棚架設計

由于本項目左右幅橋面分離，因此需在相對應的鷹廈鐵路上方設置2 座防護棚架。每個棚架20 m，寬10 m，高10 m，鐵軌上方凈空保證8.2 m。棚架基礎采用鋼筋混凝土條形基礎，采用鋼管立柱，立柱頂設置間距為2 m 的I32a 工字鋼縱向分配梁，橫向鋪設間距為2 m 的I10 的工字鋼分配梁，其上滿鋪鋼絲網(wǎng)及鋼木組合面板。面板采用鋼框架及木板表層覆蓋3 mm 鍍鋅鋼板制作而成。

(1)主要結構計算。

防護棚架上部的縱向分配梁是其主要的受力構件，因此，本次研究主要計算縱向分配梁。計算按簡支梁考慮，縱向分配梁全長12 m，計算長度10 m。

①荷載計算。

對縱向分配梁，計算棚架每平方米承擔的荷載。

對于防護棚架結構，每根縱向分配梁架設時橫向間距為2 m，故每根縱向分配梁均承擔梁體兩側左右各1 m 范圍的上部鋪裝荷載。

a 恒載

b 活載

考慮2 名操作工人荷載作為集中力加載于跨中，荷載大小為200 kg，即2.0 kN。

因此，一根縱向分配梁取恒載均布荷載2.2 kN/m ，活載取2.0 kN 集中荷載，作用于跨中。

表1 恒載計算表

②荷載組合。

按容許應力法，荷載組合系數(shù)均取1.0，計算結果考慮自重，均布荷載(鋼絲網(wǎng)等)+2 個操作工人的組合情形下(自重+荷載+2 個操作工人)縱向分配梁應力及變形。

③應力計算。

普通工字鋼I32a 的截面模量Wx

Wx=692.5 cm3=6.925 ×10－4m3

縱向分配梁的計算跨徑L

L=10 m

縱向分配梁滿布恒載均布荷載qq =2.2 kN/m =2.2 ×103N/m

縱向分配梁跨中布置工人活載P

P=2 kN/m =2 ×103N/m

因此恒載彎矩為

M1=1/8·qL2=1/8 × 2.2 × 103× 10 × 10 = 2.75 ×104N·m

恒載產(chǎn)生彎曲應力為

σ1= M1/Wx=2.75 ×104/6.925 ×10－4=3.971 ×107Pa=39.71 MPa

活載彎矩為

M2=1/4·PL=1/4 ×2 ×103×10 =5 ×103N·m

活載產(chǎn)生彎曲應力為

σ2= M2/Wx=5 ×103/6.925 ×10－4=7.22 ×106Pa =7.22 MPa

組合彎曲應力為

σ=σ1+σ2=39.71 +7.22 =46.93 MPa ＜140 MPa(彎曲容許應力)

結論:最不利荷載組合下，縱向分配梁結構應力46.93 MPa，小于容許彎曲應力140 MPa，結構能滿足要求。

④撓度計算。

普通工字鋼I32a 的截面慣性矩IxI

x=11 080 cm4=1.108 ×10－4m4

普通工字鋼I32a 的彈性模量E

E=2.1 ×105MPa=2.1 ×1 011 Pa

因此恒載產(chǎn)生的撓度為

f1=5qL4/384EI=5/384 ×2.2 ×103×104/(2.1 ×1 011×1.108 ×10－4)=0.0 123 m=12.3 mm

活載產(chǎn)生的撓度為

f2=3PL3/48EI =3/48 ×2 ×103×103/(2.1 ×1 011 ×1.108 ×10－4)=0.0 018 m=1.8 mm

組合荷載撓度為:

f =f1+f2=12.3 +1.8 =14.1 mm ＜16.7 mm =1/600L(容許撓度)

結論:最不利荷載組合下，縱向分配梁結構撓度為14.1 mm，公路規(guī)范要求簡支梁撓度需＜1/600，滿足規(guī)范要求。

施工中應設向上的預拱度，預拱值為12.3 +1.8/2 =13.2 mm。

(2)防隔電設計。

由于鷹廈鐵路為電氣化鐵路，為保證電力機車正常運行的情況下，確保架橋施工具備條件，需要對接觸網(wǎng)進行相應防護改造設計。

①本次架橋施工時需架設防護棚架2 座(防止混凝土現(xiàn)澆混凝土直接掉落在線路上)，現(xiàn)場接觸網(wǎng)為雙支回流線，需對承力索和回流線分別進行絕緣包扎。

②在高阜－資溪區(qū)間相應支柱加裝避雷器，采用雙接地，接地電阻小于等于10 Ω。

③防止上跨橋有異物墜落砸破瓷瓶，將上跨橋兩端瓷瓶更換為硅橡膠絕緣子，由于硅膠絕緣子尺寸和瓷瓶尺寸不一致，需對相應支柱腕臂進行更換。

④由于需搭設防護棚和防電板，以及腕臂重新更換，需對該錨段接觸網(wǎng)進行調整。

為保證電氣化鐵路的勞動安全，施工人員必須高壓帶電體保持2 m 以上的安全距離，與回流線保持1 m 以上的安全距離，并防止感應電傷害的安全措施，防止穿越電流傷害的安全措施，需對棚架采取一定的防隔電措施。

鐵路接觸網(wǎng)上方型鋼和側面鋼管立柱一定范圍均需施作絕緣涂層，絕緣涂層主要材料是環(huán)氧樹脂。

為確保隔電效果，需對防護棚架進行綜合接地，要求接地電阻不大于4 Ω。同時，對棚架進行適時監(jiān)測電壓，確保棚架服役階段始終處于防隔電安全狀態(tài)。

2 防護棚架施工注意要點

跨越高速鐵路防護棚架安裝與拆除工作均需在天窗點內進行，作業(yè)時間短、吊裝結構尺寸大、高空作業(yè)多、距離鐵路帶電體近，必須保證施工方案周全，機械設備性能良好，作業(yè)人員素質過硬。

(1)施工準備。

防護棚架搭設前先進行基礎施工，施工前必須向鐵路管理部門申報臨近既有線作業(yè)計劃，獲批后方能施工。棚架安裝施工必須在“天窗點”內進行，需編制每個點內詳細的作業(yè)安排，正式安裝前還必須先進行演練，模擬真實施工環(huán)境和條件進行實際操作，讓工人熟悉相關操作步驟和注意事項，把握每一項工作內容需要的時間，以及人員、機械、材料的等效匹配。每個“天窗點”作業(yè)開始前，應將半成品、人員、機械、材料等準備到位，停電后方能進行作業(yè)。

(2)防護棚架安裝。

防護棚架具體搭設實施步驟如下。

第一步:完成作業(yè)場地規(guī)劃，施工場地首先要考慮“棚洞”施工要求。完成營業(yè)線設施范圍外相關工作。

第二步:進行棚洞施工場地平整，在既有鐵路路肩范圍內清理出底座澆筑平臺，利用行車間隙，采用人工運輸混凝土，澆筑支架底座。

第三步:進行棚洞排架搭設。

第四步:封鎖道路期間完成所有排架、工字鋼吊裝、腳手板鋪設及防電板鋪設。

第五步:防護棚搭設完畢后，開始施工跨線橋，在線路上方施工時要加強安全防護和日常檢查。

［1］中華人民共和國交通部.公路交通安全設施設計規(guī)范(JTG D81－2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］中華人民共和國交通部.公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.