大西客專上跨運(yùn)營鐵路框架墩施工技術(shù)

高榮峰

摘要： 大西客專右線太鋼特大橋于5～9#墩以框架墩形式上跨石太上行線，大西右線與石太上行線夾角約10°，因石太線東側(cè)為石太客專，西側(cè)為太原北站III場牽出線，框架墩跨度受限僅16m，又因大西客專與石太上行線高差小，為保證限界要求，大西右線橋梁跨度只能采用12m、16m跨度方能滿足要求，施工條件異常困難，本文詳細(xì)介紹了支架設(shè)計(jì)、搭設(shè)、拆除施工關(guān)鍵技術(shù)。

Abstract： Taigang Bridge in the right line of Daxi passenger dedicated line cross Shitai uplink in 5 ～ 9# mounds by frame pier. The angle between the right line of Daxi passenger dedicated line and Shitai uplink is about 10°. In the east of Shitai uplink is Shitai passenger dedicated line， in the east of Shitai uplink is III pulled wire of TaiYuan North Railway Station， so， the span of frame pier is only 16m. The dispersion between Daxi passenger dedicated line and Shitai uplink is very small， in order to ensure clearance requirements， the bridge span of the right line of Daxi passenger dedicated line must be 12m and 16m. The construction conditions are very difficult. This paper introduces the key technologies of the support design， erection and demolition.

關(guān)鍵詞： 運(yùn)營鐵路；框架墩；門洞支架；施工安全

Key words： operating railway；frame pier；bracket of the door；construction safety

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0180-03

0 引言

鐵路橋框架墩一般多設(shè)計(jì)在鐵路立交橋處，施工時(shí)要保證既有鐵路的不中斷運(yùn)營，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。本文所述框架墩位于鐵路樞紐內(nèi)，兩側(cè)均有其他運(yùn)營鐵路，施工條件特別困難，本文通過對(duì)復(fù)雜困難條件下上跨運(yùn)營鐵路施工框架墩技術(shù)研究，總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的施工方案及工藝，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 框架墩概況

大西客專右線太鋼特大橋于5～9#墩以框架墩形式上跨石太上行線，大西右線與石太上行線夾角約10°，因石太線東側(cè)為石太客專，西側(cè)為太原北站III場牽2線，框架墩跨度受限僅16m，又因大西客專與石太上行線高差小，為保證限界要求，大西右線橋梁跨度只能采用12m、16m跨度方能滿足要求，施工條件異常困難。

框架墩處采用現(xiàn)澆后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橫梁及簡支T梁上跨石太上行線，5～7#墩為牛腿式橫梁，橫梁長16m、高3.26m、寬2m、牛腿寬1.16m，長4.8m，牛腿上架設(shè)12m簡支T梁；8#墩、9#墩橫梁為矩形橫梁，長16.2m、高2.3m、寬2.2m，橫梁上架設(shè)16m簡支T梁。如圖1、圖2所示。

1.2 既有線概況

5～9#框架墩上跨石太上行線（K231+340.5～K231+400.4），此段落石太上行線為曲線段，曲線半徑400m、位于1.6‰爬坡地段。施工范圍共有接觸網(wǎng)支柱2根（分別為130#、132#）位于線路西側(cè)，回流線懸掛于接觸網(wǎng)桿內(nèi)側(cè)，132#處為回流線錨段。

1.3 工程特點(diǎn)

①橫梁門洞搭設(shè)、拆除，橫梁施工等上跨繁忙干線的作業(yè)，施工等級(jí)高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

②施工場地狹窄，大型機(jī)械幾乎無回轉(zhuǎn)半徑，門洞只能逐個(gè)依次搭設(shè)、拆除，連續(xù)施工工期長，是代建大西客專的工期控制工程，工期壓力大。

③工程量大，現(xiàn)澆橫梁5榀，搭設(shè)、拆除橫梁施工門洞5次。

2 施工方案

2.1 總體施工方案

框架墩橫梁采用在石太上行線上方搭設(shè)門洞式支架現(xiàn)澆完成。總體施工方案為先集中搭設(shè)5榀門洞支架，再平行進(jìn)行橫梁主體施工，最后拆除施工門洞。

門洞由φ609鋼管立柱、工字鋼縱、橫梁門洞骨架、滿鋪竹膠板作業(yè)面及底模支撐體系組成。橫梁鋼筋在鋼筋加工場集中加工成半成品，采用小型汽車?yán)\(yùn)至施工現(xiàn)場，通過施工步梯人工搬運(yùn)至施工門洞上，逐件進(jìn)行安裝、綁扎。橫梁底模、側(cè)模均采用竹膠板?；炷猎跀嚢枵炯邪柚?，混凝土罐車運(yùn)輸，泵車泵送入模。橫梁預(yù)應(yīng)力鋼筋在主體澆筑完成七天且抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行張拉、壓漿、封錨，拆除橫梁模板、拆除施工門洞，完成施工。

2.2 施工類別及要點(diǎn)計(jì)劃

結(jié)合太原鐵路局集中修天窗，利用一天120分鐘天窗遷改回流線、調(diào)整接觸線、承力索導(dǎo)高；4天各120分鐘集中修天窗（III級(jí)）完成5個(gè)施工門洞搭設(shè)；60天完成5榀橫梁主體施工；利用4天各120分鐘停電天窗（III級(jí)完成）拆除施工棚洞。

3 施工門洞設(shè)計(jì)

門洞式支架由下部鋼管柱（包括沙箱）支撐體系，上部兩拼I50工字鋼橫梁、I56工作鋼縱梁組成其主骨架；頂面為竹膠板作業(yè)面、I20工字鋼分配梁、方木底模支撐體系及鋼管護(hù)欄組成其施工平臺(tái)。

3.1 鋼管柱支撐體系

門洞立柱采用φ609鋼管，鋼管外徑609mm，壁厚10mm，高度根據(jù)各墩橫梁底與石太上行線外軌軌面凈空高度設(shè)置，平均高度6.9m（由1節(jié)3m短柱1節(jié)4.7m長柱組成），鋼管立柱中跨跨度9.4m。鋼管柱與上、下結(jié)構(gòu)物及鋼管柱間均采用法蘭栓接。下法蘭與承臺(tái)預(yù)埋法蘭栓接，上法蘭栓接φ609×φ580×800mm鋼制沙箱。預(yù)埋法蘭在框架墩承臺(tái)施工時(shí)提前預(yù)埋至承臺(tái)混凝土中，并通過100cm長錨筋與承臺(tái)連結(jié)成整體。鋼管柱四周采用20#槽鋼設(shè)置剪刀撐增強(qiáng)棚洞整體性，槽鋼與鋼管柱間焊接。5#墩柱受場地限制，工字鋼縱梁Z1、Z2與I50工字鋼橫梁搭接長度較短，因此，在東側(cè)墩身澆筑時(shí)，在設(shè)計(jì)澆筑面頂西側(cè)預(yù)埋60×80cm鋼板，Z1、Z2就位后，采用2根I56工字鋼斜撐加固。

受橫梁與既有線軌面凈高限制，鋼管柱頂安裝沙箱以便橫梁施工完成后降低支架高度，拆除橫梁底模支撐體系。沙箱結(jié)構(gòu)高度80cm，裝沙后高度100cm，最大可降高度20cm。

根據(jù)設(shè)計(jì)檢算，鋼管柱中跨跨度不得超過9.41m。框架墩墩柱中心間距為13m，則法蘭、鋼管柱中心距離墩柱中心位置l=1.8m。

5#墩東側(cè)承臺(tái)尺寸為2.5×6.4m。東側(cè)承臺(tái)遠(yuǎn)離石太上行線側(cè)加寬0.5m，鋼筋按設(shè)計(jì)圖相應(yīng)增加。西側(cè)墩柱靠近石太上行線內(nèi)側(cè)施作兩根Φ1m樁，樁長7m，人工挖孔樁，樁頂端預(yù)埋法蘭盤。

3.2 工字鋼縱、橫梁棚頂骨架

棚頂以工字鋼縱、橫梁作為主骨架。采用兩拼I50工字鋼作為橫系梁將上部荷載分配并傳遞至鋼管立柱，橫系梁單根長度6.4m，橫系梁與鋼管柱頂沙箱上鋼板焊接，焊縫高度8mm，單個(gè)柱頂焊縫總長160cm。

縱梁由16根I56工字鋼按橫梁正投影下、正投影外兩種規(guī)格分別加工。橫梁正投影下間距30cm布置，正投影外部位間距60cm布置，橫系梁端部另加設(shè)兩根。各組縱梁間間隔100cm設(shè)置橫向10#槽鋼將縱梁連接為整體。

框架墩橫梁正投影下I56工字鋼縱梁間距30cm布置，共8根，單根長度9.7m，每4根一組（以Z1、Z2命名）。

框架墩橫梁正投影外縱梁（以Z3、Z4命名）間距60cm，最外側(cè)兩根縱梁間距35cm，單根長度19.2m，工字鋼采用等強(qiáng)度鋼板滿焊連接。

3.3 滿鋪竹膠板平臺(tái)及底模支架體系

縱梁上部滿鋪一層2cm厚竹膠板作為作業(yè)平臺(tái)。橫梁底模采用I20工字鋼分配梁及8cm縱向方木支撐。I20工字鋼共14根，間距60cm垂直橫梁布置，5～7#墩（有牛腿）單根長度470cm，8#、9#墩單根長度230cm。工字鋼橫梁端部焊接長790cmI20工字鋼使其形成整體。8cm方木單根長8.2m，間距30cm布置。

3.4 施工平臺(tái)防護(hù)墜物措施

平臺(tái)四周設(shè)置間距3m塑料管立柱、間距0.6m橫桿及密目網(wǎng)圍護(hù)，防止施工人員、小型工具墜落。立柱外徑48mm，壁厚3mm。立柱采用綁扎方式與縱梁連接，縱梁吊裝前在縱梁頂面焊間隔3m焊接30cm短鋼管頭，縱梁吊裝就位后將塑料管插入短鋼管內(nèi)。橫桿利用直角扣件與立桿連結(jié)。管柱上使用尼絨繩綁扎密目網(wǎng)，形成四周封閉工作空間。在密目網(wǎng)四周設(shè)置高15cm竹膠板擋板，防止施工機(jī)具墜落砸傷既有線設(shè)備。

4 施工門洞安裝及拆除

施工門洞吊裝及拆除分別利用4個(gè)120分鐘石太上行線停電天窗點(diǎn)完成。以單榀門洞為例，主要作業(yè)內(nèi)容包括門洞東、西兩側(cè)共8根鋼管柱、4組2拼I50工作鋼系梁、4組I56工字鋼縱梁、1組I20工作鋼分配梁、竹膠板工作平臺(tái)、平臺(tái)防護(hù)措施吊裝及拆除。7#、8#墩門洞支架鋼結(jié)構(gòu)主骨架分別利用一臺(tái)300t汽車吊，在第一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)同時(shí)完成；6#、9#墩門洞支架鋼結(jié)構(gòu)主骨架分別利用一臺(tái)200t汽車吊，在第二個(gè)天窗點(diǎn)完成，同時(shí)完成7#、8#墩竹膠板施工作平臺(tái)搭設(shè)及平臺(tái)防護(hù)設(shè)施安裝；5#墩門洞支架鋼結(jié)構(gòu)主骨架利用一臺(tái)200t汽車吊，在第三個(gè)天窗點(diǎn)完成，同時(shí)完成7#、9#墩竹膠板施工作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)及平臺(tái)防護(hù)設(shè)施安裝；5#墩竹膠板施工作平臺(tái)搭設(shè)及平臺(tái)防護(hù)設(shè)施安裝在第四個(gè)天窗點(diǎn)完成。棚洞拆除按照搭設(shè)逆順序進(jìn)行。

4.1 門洞構(gòu)件準(zhǔn)備及施工機(jī)械、機(jī)具準(zhǔn)備

門洞支架各構(gòu)件按照門洞設(shè)計(jì)方案提前加工成型，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。鋼管柱、2拼I50工作鋼橫系梁、I56工字鋼縱向及I20工字鋼分配梁提前加工成型，并在連接部位設(shè)置明顯標(biāo)線，以便點(diǎn)內(nèi)快速、準(zhǔn)確安裝。施工吊車點(diǎn)前就位，并提前進(jìn)行場地平整、承載力檢測。

4.2 門洞支架鋼結(jié)構(gòu)主骨架吊裝

①第一個(gè)天窗點(diǎn)2臺(tái)300t汽車吊分別吊裝7#、8#墩主骨架。

1）鋼管柱吊裝：汽車吊分別站位于石太上行線東、西兩側(cè)進(jìn)行吊裝作業(yè)，其中7#墩吊車支腿距離石太上行線最近距離3.73m，吊裝鋼管柱最大作業(yè)半徑15.76m；8#墩吊車支腿距離石太上行線最近距離5.90m，吊裝鋼管柱最大作業(yè)半徑17.68m。其中最不利工況為8#墩作業(yè)半徑為17.68m的鋼管柱吊裝。

此工況下作業(yè)半徑17.68m，吊車大臂伸長至26.5m，作業(yè)半徑按18m計(jì)算，查徐工QY100汽車吊性能表，吊裝能力為10.9t，鋼管柱自重1.2t，安全系數(shù)為10.9÷1.2=9>1.2滿足安全要求。

2）兩拼I50工字鋼橫梁安裝：I50工字鋼橫梁在加工場焊接加工成型，利用100t吊車在對(duì)應(yīng)鋼管柱吊裝完成后進(jìn)行吊裝。I50工作鋼橫梁自重0.6t，作業(yè)半徑小于鋼管柱吊裝半徑，滿足安全要求。橫梁吊裝完成后，在點(diǎn)內(nèi)完成橫梁與鋼管柱頂鋼板焊接及靠近既有線側(cè)槽鋼斜撐焊接。

3）上部I56縱梁、I20工字鋼分配梁吊裝：縱梁及縱梁間橫梁連結(jié)分組在鋼筋加工場提前加工成型，需用停電天窗內(nèi)40分鐘完成4組縱梁吊裝及精確對(duì)位作業(yè)。使用QY100K型吊車進(jìn)行縱梁吊裝，保持汽車吊位置不變。

7#墩吊裝遠(yuǎn)離吊車縱梁時(shí)作業(yè)半徑最大為11.38m，8#墩吊裝遠(yuǎn)離吊車縱梁時(shí)作業(yè)半徑最大為13.11m，最不利工況為8#墩遠(yuǎn)離吊車縱梁吊裝。

8#墩橫梁施工門洞縱梁吊裝時(shí)，汽車吊站位于石太上行線東側(cè)，車身平行既有線方向站位，回轉(zhuǎn)中心距離8#臺(tái)墩身中心6.98m。吊裝遠(yuǎn)端縱梁（即Z3）時(shí)作業(yè)半徑最大，為13.11m，以14m計(jì)算，此時(shí)吊車大臂伸長至26.5m，支腿全伸，平衡重8.3t。查QY100t汽車吊吊裝性能表，此時(shí)吊裝能力為15t，Z3重量8.345t，安全系數(shù)18.5÷8.345=2.22>1.2，滿足安全要求。

Z1、Z2、Z4縱梁自重分別為4.551t、3.381t小于Z3縱梁自重，且作業(yè)半徑較Z3小，采用QY100t汽車吊裝，保持吊裝Z3縱梁站位，滿足吊裝安全系數(shù)，吊裝安全可控。

為保證縱梁準(zhǔn)確、快速就位，在兩拼I50工作鋼橫梁上設(shè)置限位裝置，確保縱梁快速精確就位，同時(shí)保證工字鋼縱梁在承重過程中不發(fā)生位移。限位裝置采用75×75×8mm角鋼。

I20工字鋼分配梁吊裝保持汽車吊站位不變，I20工字鋼自重1.34t，自重小且作業(yè)半徑小于縱梁吊裝作業(yè)半徑，吊裝滿足安全要求。

6#、9#門墩式支架體系主骨架吊裝與7#、8#墩作業(yè)工況相似，利用2臺(tái)100t汽車吊分別站位于石太上行線東、西兩側(cè)在第2個(gè)天窗點(diǎn)完成；5#墩利用1臺(tái)100t汽車吊站位于石太上行線西側(cè)在第三個(gè)天窗點(diǎn)完成吊裝。

②竹膠板平臺(tái)、底模支撐及防護(hù)措施搭設(shè)。

1）搭設(shè)人行斜道：

縱梁吊裝完成后，采用扣件式鋼管腳手架搭設(shè)之字型人行運(yùn)料斜道。斜道總高度8.7m，有效高度7.5m，上部設(shè)置1.2m高圍欄。斜道及平臺(tái)寬度1.5m，斜道坡度不大于1：3，腳手板采用順鋪木板，坡面間隔30cm設(shè)置防滑條。鋼管縱、橫向間距1.5m，步距0.9m。

5#、6#、7#墩斜道搭設(shè)在西側(cè)墩柱處，8#、9#斜道搭設(shè)在東側(cè)墩柱處?？奂摴苣_手架內(nèi)、外面設(shè)置剪刀撐，底部20cm設(shè)置掃地桿，外部設(shè)置鐵絲網(wǎng)。

2）上部竹膠板底模、護(hù)網(wǎng)安裝：

運(yùn)料通道完成后安裝平臺(tái)隔離護(hù)網(wǎng)欄桿及護(hù)網(wǎng)。欄桿立桿、橫桿提前加工成型，利用對(duì)接扣件迅速與縱梁上已焊接牢靠并與縱梁一同吊裝就位的短鋼管柱連接。橫桿利用直角扣件與立柱連接牢靠。欄桿安裝完成后，在欄桿內(nèi)側(cè)綁扎鐵絲網(wǎng)。竹膠板提前裁剪并編號(hào)，使用人工搬運(yùn)方式、安裝就位。竹膠板接縫處必須嚴(yán)密，必要時(shí)接縫處采用條狀板材將接縫封閉。7#、8#墩利用第二個(gè)天窗點(diǎn)完成欄桿、護(hù)網(wǎng)及竹膠板平臺(tái)搭設(shè)；6#、9#墩利用第三個(gè)天窗點(diǎn)完成欄桿、護(hù)網(wǎng)及竹膠板平臺(tái)搭設(shè)；5#墩利用第四個(gè)天窗點(diǎn)完成欄桿、護(hù)網(wǎng)及竹膠板平臺(tái)搭設(shè)。

3）方木安裝：

施工門洞竹膠板、防護(hù)網(wǎng)安裝完成后，在石太上行線形成封閉的作業(yè)空間，方木、底模等底模支撐體系構(gòu)件采用人工在天窗點(diǎn)外搬運(yùn)、安裝。

5 橫梁主體施工

5.1 橫梁模板安裝及拆除

橫梁底模、側(cè)模均采用厚2cm竹膠板，采用鋼管、木肋及配套馬蹄扣等緊固件連接。

5.2 鋼筋綁扎

鋼筋由鋼筋加工場制作，小型車輛或人工運(yùn)輸至現(xiàn)場。受場地限制鋼筋人工搬運(yùn)至施工平臺(tái)上，人工倒運(yùn)并綁扎。其他小型構(gòu)造鋼筋及預(yù)埋件人工利用人行運(yùn)料斜道搬運(yùn)至安裝位置。

5.3 混凝土澆筑

橫梁混凝土澆筑采用混凝土罐車運(yùn)輸、地泵泵送入模，橫梁與牛腿及墩身后澆段一次澆筑成型。

5.4 預(yù)應(yīng)力施工

混凝土強(qiáng)度及齡期達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉、封錨等施工。

6 結(jié)語

大西客專右線太鋼特大橋5-9#框架墩橫梁采用支架現(xiàn)澆法施工，2016年9月23日開始施工，2016年12月15日完工，有效解決了鐵路營業(yè)線有限空間混凝土橫梁施工難題，確保了鐵路運(yùn)營及施工安全，受到了業(yè)主及鐵路局領(lǐng)導(dǎo)的好評(píng)，為今后類似橋梁施工提供了有益借鑒。

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