鐵路營業(yè)線跨河多孔橋梁改建施工技術(shù)研究

袁子文

(中鐵二十四局集團有限公司 上海 200000)

1 引言

水利工程是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在防洪排澇、水資源利用、生態(tài)環(huán)境保護等方面發(fā)揮著重要作用。國家正加大投資，對部分既有河道進行拓浚，增加過水面積。由于早期規(guī)劃設(shè)計限制，與拓浚河道相互交叉的原有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)不能滿足受力需要。采取中斷鐵路行車原位改建或者改移鐵路線路等方式，工程投資都會比較高。如何既滿足河道拓浚和鐵路運輸?shù)男枰?，又盡可能降低工程投資，成為當前乃至將來都面臨的難題。本文通過新長鐵路丁溪河中橋改建項目，介紹鐵路營業(yè)線跨河多孔橋梁改建的施工技術(shù)[1-3]。

2 工程背景

既有新長鐵路丁溪河中橋地處蘇北濱海平原區(qū)，橋長81.40 m、寬6 m。上部結(jié)構(gòu)為3-24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋墩為1.1 m×3.4 m的鋼筋混凝土圓端形橋墩，橋臺為耳墻式橋臺，墩臺基礎(chǔ)均采用φ0.55 m預(yù)應(yīng)力管樁，持力層位于粉砂層。橋臺承臺底標高為0.51 m，橋墩承臺底標高為-2.68 m。

因淮河流域重點水利治理工程——川東港工程建設(shè)需要，丁溪河流域整體拓浚加寬，需將原有新長鐵路橋梁進行改建。改建后橋梁形式為(15.75＋18＋15.75)m框架橋，結(jié)構(gòu)總高度11.2 m，頂部標高6.01 m，底部標高為-5.19 m。改建后的框架橋如圖1所示。

圖1 改建框架橋立面及平面(單位:cm)

3 施工難點

(1)為保證丁溪河正常泄洪，施工周期為兩個汛期之間的枯水期，即11月至次年5月，并且鐵路局規(guī)定春運期間不得進行(鄰近)營業(yè)線施工，實際工期僅為6個月，時間非常緊張。

(2)一般鐵路營業(yè)線頂進框架橋涵在陸地上進行，而本工程全部在濱海地區(qū)河道內(nèi)施工[4-6]，地下水位高，河床以下6 m范圍為富水流沙層。工作坑基坑深度超過9 m，底板面積為2 100 m2。

(3)為控制工程投資，本工程采取原位改建的方式，并且在不中斷鐵路行車的情況下進行。利用非常有限的夜間封鎖作業(yè)時間，在原有墩臺上，架設(shè)連續(xù)五組D型便梁替換簡支T梁作為臨時過渡。這在鐵路施工歷史上比較罕見，安全風(fēng)險高。

(4)施工場地緊鄰運營中的新長鐵路，大型機械作業(yè)較多，對既有結(jié)構(gòu)影響較大，為保證行車安全和人身安全，需要采取多種監(jiān)測手段和安全防護措施。同時需要鐵路相關(guān)設(shè)備管理單位和行車組織單位共同協(xié)助，調(diào)整相關(guān)鐵路設(shè)備位置和列車運行時刻表。

4 施工方案

4.1 填筑圍堰

在新長鐵路丁溪河中橋上下游各80 m處填筑圍堰，頂面高程按照“50年一遇”洪水位設(shè)置。在圍堰上設(shè)置沉降觀測點，根據(jù)觀測情況對圍堰進行加高加寬。

4.2 深基坑施工及箱涵預(yù)制

預(yù)制框架箱涵的工作坑位于河道內(nèi)，實際開挖深度為9.5 m，河岸南北兩側(cè)圍護樁采用雙排φ100 cm鉆孔灌注樁，高壓旋噴樁作為止水帷幕；河道內(nèi)圍護樁采用單排φ100 cm鉆孔灌注樁?；铀闹芫鶆蚍植嫉?根鉆孔樁內(nèi)預(yù)埋觀測管，用于對基坑變形進行觀測。鉆孔樁施工完成后，破除樁頭、澆筑整體圈梁，并設(shè)置角撐和對撐。

基坑內(nèi)預(yù)先布設(shè)管井降水，地下水位降至基坑底板以下1 m時，再分層分區(qū)進行土方開挖、地基加固，及時澆筑后背及底板混凝土。

在已澆筑的工作底板上鋪設(shè)滑動層，同時進行三孔框架箱涵的預(yù)制。

4.3 墩臺加固及便梁支墩施工

對原有橋墩橋臺進行加固后，鉆孔植筋，澆筑抱箍混凝土以擴大橋墩橋臺尺寸；在橋墩、橋臺上現(xiàn)澆混凝土便梁支墩。兩側(cè)橋臺后24 m處，分別在路基內(nèi)開挖施作便梁支墩。

4.4 線路應(yīng)力放散

為配合拆梁需要，在T梁兩端梁縫處切割鋼軌，以橋梁中心線為基準，中孔切割成非標準軌，長度為24.7 m。兩側(cè)均按25 m標準軌切割，具體布置為25 m＋25 m＋24.7 m＋25 m＋25 m，5軌6縫。

4.5 原T梁拆除及架設(shè)便梁

在封鎖點內(nèi)，預(yù)先穿入橋臺臺后兩組24 m便梁的鋼枕，再用軌道車架設(shè)臺后兩組便梁，作為拖梁。中間三跨便梁預(yù)先組裝，在封鎖點內(nèi)依次拆除T梁、架設(shè)便梁、恢復(fù)線路。

4.6 箱涵頂進

為提高地基承載力，對既有鐵路橋下土體進行壓密注漿處理。頂進前先進行降水，再破除前排圍護樁，澆筑接長滑床板。先頂進南側(cè)孔框架箱身，再依次頂進中孔、北側(cè)孔。兩個邊孔箱涵在頂進時，靠近橋臺側(cè)為帶土頂進[7-8]。

4.7 空隙填充密封及線路恢復(fù)

框架橋頂進就位后，施作分水尖。橋臺與框架橋之間的空隙、框架橋之間的空隙用混凝土填充。補充橋上道砟、拆除便梁后線路整道達標，取消慢行限制，恢復(fù)線路正常運營。

工程驗收通過后，拆除圍堰、恢復(fù)通水。

5 關(guān)鍵技術(shù)要點

5.1 橋墩橋臺加固

之所以需要對橋墩橋臺進行加固，基于以下三方面原因:

(1)為保證過水斷面滿足泄洪需要，原有橋墩又無法拆除，按照老橋竣工圖尺寸計算，頂進后的框架橋外墻距離橋墩承臺邊緣僅10 cm。實際開挖后發(fā)現(xiàn)橋墩承臺實際尺寸比竣工圖上還要大，同時為避免框架橋頂進時方向偏移碰到原有承臺，因此需沿垂直線路方向?qū)⒃谐信_進行切割，切除斷面厚度為60 cm，原有管樁基礎(chǔ)同樣被破壞。

(2)施工時新長鐵路無法中斷行車，需架設(shè)便梁過渡。原有橋墩橋臺需要抱箍加寬，并且在其頂部澆筑便梁支墩。經(jīng)過計算，原有橋墩橋臺的管樁摩阻力不足以承擔(dān)額外增加的荷載，不利于便梁的穩(wěn)定。

(3)頂進時，框架橋底板底比橋墩承臺底低2.51 m、比橋臺承臺底低5.70 m，開挖深度較深。原有橋墩橋臺管樁基礎(chǔ)將全部暴露，摩阻力大大降低；同時橋臺臺后的側(cè)向土壓力變大，橋臺將會向河道方向傾覆，臺后路基隨之垮塌。

綜上所述，采用樁基托換的方式對橋墩橋臺進行加固，按照原有管樁基礎(chǔ)完全失效的最不利工況進行檢算。橋墩采用2根直徑1.5 m鉆孔樁托換，橋臺采用4根直徑1.2 m鉆孔樁托換，樁長35 m。因距離既有橋基礎(chǔ)太近，地質(zhì)情況也較差，為防止鉆孔樁在鉆進過程中塌孔影響管樁基礎(chǔ)，采用全護筒跟進法進行施工。鉆孔樁施工完畢后，破除樁頭，在原有橋墩、橋臺上植筋后，澆筑新承臺，與墩臺連成整體，構(gòu)建新的受力體系。

5.2 墩臺便梁支墩設(shè)置

由于原有T梁尚未拆除，只能先澆筑分離式便梁支墩，位于原有橋墩蓋梁端部、橋臺托帽端部。澆筑時在頂部預(yù)埋鋼軌作為限位樁，內(nèi)側(cè)緊貼模板預(yù)埋鋼板。待T梁拆除完畢后，立即在便梁支墩內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板上焊接工字鋼，上下兩道間距1.0 m，將兩個分離式便梁支墩連接成整體。橋墩處便梁支墩如圖2所示。為確保便梁穩(wěn)定性，還需在便梁支墩四周預(yù)埋的鋼筋上綁扎鋼筋網(wǎng)片，整體澆筑C30混凝土進行填充。

圖2 橋墩處便梁支墩(單位:cm)

5.3 T梁拆除及便梁架設(shè)

既有三跨橋梁為6片標準T梁，單片梁重78 t，長24.6 m、高2.4 m。每組D24 m鐵路鋼便梁全部組裝完總重48.9 t(未包括鋼軌扣件重量)，寬4.94 m、長24.5 m。主要施工機械為兩臺220 t汽車吊及兩臺挖掘機。主要分為以下幾個步驟:

(1)便梁預(yù)先組裝。利用軌道車在封鎖點內(nèi)將三組D24 m便梁主梁運至現(xiàn)場，采用220 t吊機將主梁依次吊運至橋下預(yù)先搭設(shè)好的平臺上，按照D型便梁組裝圖組裝便梁，斜桿必須全部安裝。

(2)T梁預(yù)頂。T梁拆除前一天，利用封鎖點將T梁頂升，觀察T梁頂升過程中支座(高度13.5 cm)是否已與梁體脫離，若未脫離則需割除上下連接件以利于吊梁。T梁頂升前，將支座位置正上方線路20 m范圍內(nèi)的鋼軌扣件松開，防止T梁頂升時破壞鋼軌、扣件等，待落梁后再將鋼軌扣件上緊。T梁每端各采用兩臺100 t液壓油頂頂升，頂升高度以脫離原支座頂面1～2 cm為宜。

(3)吊裝孔鉆孔。在封鎖點內(nèi)，在兩片T梁之間的翼緣板上鉆兩個吊裝孔，孔洞直徑為50 cm，用于穿鋼絲繩。

(4)吊機平臺地基處理及試吊。吊機平臺在框架橋頂進方向前端，選用的每臺吊機自重加配重約150 t，對場地承載力要求非常高。首先將河底淤泥清理干凈，換填2 m厚的灰土，分層碾壓；再填筑50 cm厚的級配碎石，碾壓密實后澆筑30 cm厚的C30鋼筋混凝土；最后在吊機支腿位置放置8塊2 m×2 m×0.2 m雙層鋼墊板。在封鎖點內(nèi)，兩臺吊機模擬試吊一組鋼便梁，對正式吊裝方案進行驗證。

(5)拆除T梁、架設(shè)便梁。利用3個封鎖點分別完成三跨橋梁的臨時過渡。每個封鎖點(210 min)內(nèi)，先切割分離兩片T梁之間的橫梁連接，兩臺220 t汽車吊再依次吊離整體軌排、兩片T梁，將組裝好的便梁吊運至便梁支墩之上，將方枕后的軌排吊運至便梁上。與工務(wù)部門共同檢查便梁中心線，確認線路幾何數(shù)據(jù)后方可開通線路。

6 施工監(jiān)測

連續(xù)五組D24 m便梁架設(shè)完畢后，經(jīng)鐵路局運輸部門同意，通過列車限速35 km/h。由于正值高溫時節(jié)，早晚溫差大，為避免鋼便梁產(chǎn)生熱脹效應(yīng)，在便梁暴露位置全部覆蓋防曬布、設(shè)置噴淋水管用于降溫，每2 h安排專人檢查便梁螺栓緊固度、限位裝置等。

同時對五組D型便梁應(yīng)力及位移進行監(jiān)測[9-10]。應(yīng)變計采用JMZX-212型表面智能數(shù)碼弦式應(yīng)變計，分別布置于便梁主梁跨中位置，用于監(jiān)測列車經(jīng)過時對便梁的影響；位移計分別布置于相鄰便梁的主梁連接處，對列車經(jīng)過時相鄰便梁主梁間橫向錯動進行監(jiān)測。

6.1 便梁應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)變計編號為240105、247398、247390、247391、247392、247397，布置形式見圖 3。

圖3 應(yīng)變計布置

多趟列車經(jīng)過時，采集到四組有效應(yīng)變計監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 列車經(jīng)過時應(yīng)變計數(shù)據(jù)分析圖

6.2 便梁位移監(jiān)測

位移計編號為630714、630715、630716、630717，布置形式見圖5。

圖5 位移計布置圖

多趟列車經(jīng)過時，采集有效的位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖6 列車經(jīng)過時位移計數(shù)據(jù)分析圖

以上應(yīng)變計和位移計的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，當列車以35 km/h的速度勻速經(jīng)過便梁時，便梁跨中應(yīng)力在35 MPa以內(nèi)，遠小于鐵路鋼便梁的容許應(yīng)力；主梁間相對位移量在0附近呈波動狀，相對位移幅度為±0.6 mm，二者間錯動保持在安全范圍以內(nèi)，未對行車安全產(chǎn)生影響。

7 結(jié)束語

通過新長鐵路丁溪河中橋拓浚改建成功的施工經(jīng)驗，就鐵路營業(yè)線既有T梁改頂進式框架橋涵施工得出如下結(jié)論:

(1)結(jié)合鐵路營業(yè)線特點，提出了拆除既有橋T梁、架設(shè)多組D型便梁、頂進框架橋涵的整體技術(shù)方案。

(2)便梁的穩(wěn)定性是保證行車安全的關(guān)鍵，需采取必要的技術(shù)措施進行監(jiān)測。