鋼盒新技術(shù)在跨鐵路連續(xù)梁中跨合攏中的應(yīng)用

燕秋

摘要：新建大張高速鐵路溫家窯特大橋主跨轉(zhuǎn)體連續(xù)梁上跨鐵路中跨合攏施工時(shí)，采用了鋼盒進(jìn)行合攏段的施工新技術(shù)，合攏段的所有施工均在鋼盒內(nèi)進(jìn)行，對(duì)鐵路行車基本無(wú)干擾，不僅完全確保了鐵路行車安全，且不需搭設(shè)鐵路安全防護(hù)棚，減少鐵路封鎖要點(diǎn)的時(shí)間及次數(shù)，大幅降低了施工成本。

Abstract： In the closure for midspan bridges of the swing construction of a continuous beam across the railway of the new constructed Datong-Zhangjiakou high-speed railway Wenjiayao super major bridge， all the construction of closure sections is taken in the steel boxes， which has no disturbance to the railway traffic， not only ensures the safe running of railway， but also has no railway safety protection shed， so as to reduce time and the number of the railway points blockade， greatly reducing the construction cost.

關(guān)鍵詞：上跨鐵路；中跨合攏；鋼盒；設(shè)計(jì)；檢算

Key words： railroad overbridge；closure for midspan bridges；steel box；design；calculation

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）10-0104-04

0 引言

當(dāng)連續(xù)梁中跨合攏段位于既有鐵路上，施工時(shí)將對(duì)鐵路安全運(yùn)營(yíng)造成較大影響，存在如下施工安全隱患：采用常規(guī)鋼模板及支撐時(shí)，模板及支撐與既有線接觸網(wǎng)距離比較近，電流很容易將接觸網(wǎng)與模板結(jié)構(gòu)之間的空氣擊穿，模板鋼結(jié)構(gòu)上又有許多尖角和鋼鐵毛刺。即使距離較遠(yuǎn)的情況下，也容易發(fā)生電氣尖端放電，這樣勢(shì)必會(huì)造成模板結(jié)構(gòu)帶電和電力線路短路；模板鋼結(jié)構(gòu)距離鐵路既有線距離比較近，接觸網(wǎng)周圍存在很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，可能在模板鋼結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)感應(yīng)電壓超過(guò)安全電壓（50伏）時(shí)，對(duì)施工人員的生命安全造成威脅；合攏段砼澆筑及預(yù)應(yīng)力壓漿時(shí)，可能對(duì)接觸網(wǎng)和通行列車造成污染；鋼筋、砼塊及施工工具等不慎跌落造成接觸網(wǎng)斷電或威脅行車安全；砼養(yǎng)生用水和自然降水的水流可能流到接觸網(wǎng)和回流線上，造成模板結(jié)構(gòu)帶電。

根據(jù)上述存在的安全隱患，鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法（鐵運(yùn)〔2012〕280號(hào)）及《太原鐵路局鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理實(shí)施細(xì)則》（太鐵施[2012]512號(hào)）相關(guān)文件要求，在施工需要采用相應(yīng)防護(hù)措施。按照以往施工辦法，需在鐵路上方搭設(shè)防護(hù)棚，對(duì)接觸網(wǎng)采用屏蔽措施，上述措施及施工期間的營(yíng)業(yè)線施工配合費(fèi)、安全監(jiān)督檢查費(fèi)等費(fèi)用很大，施工成本巨大，且在上述防護(hù)棚施工及拆除時(shí)，本身也對(duì)鐵路行車安全造成很大安全隱患。

為了確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全，降低施工成本，在本項(xiàng)目施工中改變思路，創(chuàng)造性地提出了預(yù)埋鋼盒澆筑合攏段的方法，不僅將大部分施工安全風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移至既有線外，同時(shí)，三面封閉的鋼盒結(jié)構(gòu)可替代防護(hù)棚的安全防護(hù)作用，不需搭設(shè)防護(hù)棚而大大降低了施工成本。

1 工程概況

新建大張高速鐵路溫家窯特大橋連續(xù)梁位于DK73+693.3～DK73+870.80處，采用（48+80+48）m懸臂現(xiàn)澆+轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越京包鐵路上下行線，主跨與既有京包雙線鐵路上行線（K274+877.84）相交，下行線（K274+902.19）相交，呈42°夾角。

上部結(jié)構(gòu)采用（48+80+48）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，梁體截面為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，箱梁頂寬12.2m，底寬6.4m，頂板厚度34～69cm，腹板厚度50～70～100cm，底板厚度50～100cm。

2 合攏段施工方案的研究及選定

轉(zhuǎn)體箱梁合攏段位于京包鐵路上方，合攏段如按常規(guī)的采用掛籃改造成合攏段模板及支架的方法進(jìn)行施工，轉(zhuǎn)體進(jìn)入既有線上空及合攏段施工期間對(duì)既有線行車安全造成隱患。列為鄰近營(yíng)業(yè)線A類施工，且需采取搭設(shè)防護(hù)棚及其它防護(hù)措施，施工成本高。

為此，在本項(xiàng)目施工時(shí)，我們創(chuàng)造性地提出了采用預(yù)埋鋼盒進(jìn)行合攏段施工的方法，將大部分施工安全風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移至既有線外。即在澆筑合攏段梁段B10#塊混凝土?xí)r，在B10#梁段預(yù)埋1.3m鋼盒，其中錨固于梁體0.8m，外伸0.5m，以保證在轉(zhuǎn)體過(guò)程中兩段鋼盒不會(huì)碰擦，保證轉(zhuǎn)體順利。轉(zhuǎn)體完成后，在中間安裝中塊鋼盒，兩端鋼盒在底板設(shè)有縱肋，通過(guò)縱肋搭接焊接，同時(shí)鋼盒底板搭接長(zhǎng)度5cm。在箱梁頂板布置勁性骨架，骨架上設(shè)有橫擔(dān)梁，橫擔(dān)梁下吊螺紋鋼，以保證鋼盒的受力安全。經(jīng)相關(guān)部門評(píng)估后將合攏段的施工由鄰近營(yíng)業(yè)線A類施工降為B類。

3 鋼盒設(shè)計(jì)

中跨合攏段長(zhǎng)度2m，分三段加工鋼盒（130+110+130）cm，每段分三部分制造，分別為底板、腹板和翼緣板，鋼盒面板厚度為12mm厚鋼板，加勁肋厚10mm。為確保合攏后能形成封閉空間及鋼盒之間有足夠的搭接長(zhǎng)度，中間110cm部分外徑與130cm部分內(nèi)徑相同尺寸，同時(shí)保證每端搭接長(zhǎng)度5cm。鋼盒構(gòu)造見(jiàn)圖1及圖2。

根據(jù)梁體合攏段預(yù)應(yīng)力管道布置，鋼盒底板設(shè)置縱橫肋，縱肋高度20cm，橫肋高度5cm，避免對(duì)縱向預(yù)應(yīng)力管道及鋼筋的干擾。為加強(qiáng)鋼盒與混凝土連接性，在鋼盒板面內(nèi)側(cè)焊接？準(zhǔn)20栓釘，栓釘長(zhǎng)20cm。

加勁肋上每隔50cm預(yù)留一個(gè)2cm孔穿鋼絲繩，將鋼絲繩穿過(guò)肋板后屌于扁擔(dān)梁上采用專用鎖扣鎖緊，通過(guò)緊線器調(diào)松緊。加勁肋上的吊點(diǎn)集中在腹板下部，加密布置，間距25cm。合攏段中隔板承重采用在臨時(shí)鎖定鋼梁上增加橫向吊梁來(lái)實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一在底部肋板上按50cm間距布置吊點(diǎn)，并用鋼絲繩懸吊，見(jiàn)圖3。

在中間段鋼板與兩端鋼板間涂耐候結(jié)構(gòu)膠密封，防止水及水泥漿流入線路。

4 計(jì)算工況

4.1 驗(yàn)算指標(biāo)

①Q(mào)235鋼：

fy=215MPa，fv=125MPa

②ФT32精軋螺紋鋼：

fy=650MPa

③變形值小于L/400。

4.2 計(jì)算模型

計(jì)算模型見(jiàn)圖4。

4.3 荷載計(jì)算

合攏段長(zhǎng)2.0m，合攏斷面頂板厚43cm，底板厚50cm，腹板厚50cm，合攏段中間有1.0m厚橫隔板，中間留人孔。

①由于邊塊鋼盒腹板已錨入B10#塊混凝土梁體，其自重有一部分由已澆筑梁段承擔(dān)，鋼盒自重取一塊邊盒和一塊中盒的組合：GZ=56.35kN。

②橫隔板（長(zhǎng)度1.0m，扣除人孔）。

面積A1=24.11m2，則得自重G1=24.11×26=626.86kN

③直線段（長(zhǎng)度1.0m）。

面積A2=11.73m2，則得自重G2=305.0kN

④內(nèi)模重。

內(nèi)模采用竹膠板加方木的組合模板，取q=1kN/m2

箱室內(nèi)壁周長(zhǎng)：S1=15.54m2；

人孔內(nèi)壁周長(zhǎng)：S2=6.42m2；

隔板側(cè)壁面積：A3=9.11m2；

則：G3=（S1+S2）×q×1.0+A3×q=31.05kN。

⑤人員、施工料具運(yùn)輸及材料堆放荷載。

查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》：取2.5kN/m2，按作用于底板計(jì)：N=2.5×6.4×2=32kN。

⑥澆筑混凝土?xí)r沖擊荷載：取沖擊系數(shù)1.05。

GS1=0.05×（G1+G2）=0.5×（626.86+304.98）=46.59kN。

⑦澆筑混凝土?xí)r振搗荷載。

查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》：取2.0kN/m2，按作用于底板計(jì)：GS2=2.0×6.4×2=25.6kN。

4.4 荷載組合

查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》：按表1進(jìn)行荷載組合。

5 鋼盒承載計(jì)算

5.1 橫擔(dān)梁

假定所有荷載通過(guò)螺紋鋼吊桿傳遞于橫擔(dān)梁上，則：

S=1.2×GZ+1.2×（G1+G2）+1.2×G3+1.4×N+1.4×（GS1+GS2）

=1.2×56.35+1.2×（626.86+304.98）+1.2×31.05+1.4×32+1.4×（46.59+25.6）

=1368.95kN

ФT32精軋螺紋鋼最大承載力：F=A×fy=804.2×650=522.73kN

則需要ФT32精軋螺紋鋼數(shù)目：n=S/F=2.61，取n=4，即在勁性骨架上設(shè)置2根橫擔(dān)梁，每根橫擔(dān)梁上設(shè)置2顆扁擔(dān)梁懸吊ФT32精軋螺紋鋼吊桿，每根吊桿承受拉力：

F=1368.95/4=342.24kN

橫擔(dān)梁以簡(jiǎn)支梁計(jì)算，采用雙I25#b工字鋼組合截面，橫擔(dān)梁自重：1.31kN/m，截面積：A=107cm2，慣性矩：I=10560cm4，W=845cm3。

橫擔(dān)梁計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6，圖7，位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8。

計(jì)算得橫擔(dān)梁：

最大應(yīng)力：154.1MPa

最大剪應(yīng)力：41.3MPa

最大豎向變形發(fā)生在懸臂端：4.96mm<1500/200=7.5mm，滿足！

支點(diǎn)間最大豎向變形：2.73mm<1538/400=3.85mm，滿足！

5.2 勁性骨架

勁性骨架采用雙[32b槽鋼組合截面，截面積A=110cm2，慣性矩：I=16288cm4，W=1018cm3，SX=605cm3。

橫擔(dān)梁置于勁性骨架上，取中支點(diǎn)最大反力處：373.3kN。

勁性骨架錨固于箱梁頂板，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算：跨徑取2.0m。

最大彎矩：M=PL/4=373.3×2/4=186.65kN·m

σ=M/W=186.65×103/1018=183.35MPa

最大位移：

y=Pl3/144EI

=373.3×103×23×/（144×210×109×16288×10-8）

=0.6mm<2000/400=5mm，滿足！

5.3 計(jì)算結(jié)果

轉(zhuǎn)體鋼盒強(qiáng)度及變形都滿足施工要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

①連續(xù)梁合攏段預(yù)埋鋼盒施工新型施工工藝及方法，鋼盒作為合攏段的模板，合攏完成后成為橋梁結(jié)構(gòu)的一部分，不用拆除，減少了施工的工作量。

②鋼盒在在轉(zhuǎn)體前安裝，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)無(wú)干擾。鋼盒封閉的結(jié)構(gòu)形式起到了防止施工時(shí)高空墜物，保障了既有線的安全運(yùn)營(yíng)，不需搭設(shè)鐵路防護(hù)棚。同時(shí)本項(xiàng)目合攏段施工由鄰近營(yíng)業(yè)線A類施工降為B類，大幅降低了既有線防護(hù)方面的費(fèi)用。

③合攏段預(yù)埋鋼盒法施工具有安全性能好，施工簡(jiǎn)便，施工速度快，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，同樣適用于其它連續(xù)梁合攏段的施工，在今后的預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁施工中具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJ130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].2011.

[2]周水興.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]中交第二公路工程局有限公司.公路橋梁施工系列手冊(cè)：梁橋[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4]王瑞.現(xiàn)澆連續(xù)箱梁合攏段施工技術(shù)[J].價(jià)值工程，2014.

[5]李桂梅.續(xù)梁合攏段施工技術(shù)及控制措施[J].科技資訊，2010.