大跨鋼箱梁上跨既有線輔助措施關(guān)鍵技術(shù)研究

譚 生 永

(中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250001)

0 引言

近年來隨著我國交通設(shè)施的大力發(fā)展，公鐵交叉的項(xiàng)目屢屢出現(xiàn)，鐵路交通在我國的發(fā)展戰(zhàn)略上具有重大意義。轉(zhuǎn)體T構(gòu)憑借著施工工期短、結(jié)構(gòu)受力明確、對橋下鐵路運(yùn)營影響小等優(yōu)勢成為了跨鐵項(xiàng)目的首選方案。對于大跨徑T構(gòu)，轉(zhuǎn)體時會面臨轉(zhuǎn)體端下?lián)洗?，合龍困難等問題。下?lián)蠒绊戣F路凈空，而頂升合龍會存在一定的施工風(fēng)險，都會危害鐵路的運(yùn)營安全。本文以青島市新機(jī)場連接線工程為例，研究了設(shè)置臨時索塔對規(guī)避上述安全風(fēng)險的作用，為類似項(xiàng)目提供依據(jù)。

1 工程概況

新機(jī)場高速連接線西接女姑口大橋，東至青銀高速，自雙埠收費(fèi)站西側(cè)，以高架形式接擬拓寬的女姑口大橋，向東地面穿越雙埠立交后，繼續(xù)向東高架跨越既有鐵路線及沿線道路后接入青銀高速。從西向東依次跨越膠濟(jì)貨線、膠濟(jì)客專雙線、青榮城際雙線、機(jī)場專用線六條既有鐵路，既有鐵路均位于路基段，填土高約6 m。膠濟(jì)客專和膠濟(jì)貨運(yùn)均屬于國鐵Ⅰ級，青榮城際為高速鐵路，車行量較多；機(jī)場專用線屬于國鐵Ⅳ級，車行量則較少。由于機(jī)場專線與青榮城際間間距較大，可將轉(zhuǎn)體墩布置在兩道軌道之間；一孔跨越膠濟(jì)客專、膠濟(jì)貨運(yùn)和青榮城際。綜合考慮結(jié)構(gòu)跨度、梁寬及經(jīng)濟(jì)性，最終上跨橋采用分幅設(shè)計、錯孔布置、同步轉(zhuǎn)體的鋼箱梁T構(gòu)。由于距離機(jī)場較近，為通航安全考慮，該處結(jié)構(gòu)高度應(yīng)控制在32.89 m以內(nèi)。

主橋結(jié)構(gòu)為(120+120)m轉(zhuǎn)體鋼箱梁T構(gòu)，轉(zhuǎn)體長度(115+115)m，轉(zhuǎn)體就位后，與5 m后焊段焊接，梁體材料為耐候鋼。橋面結(jié)構(gòu)為單箱三室鋼箱梁，邊腹板為斜腹板，斜率為2.63∶1。梁寬24.58 m，支點(diǎn)處梁高7 m，邊支點(diǎn)處梁高4.5 m，梁高變化段長度40 m，按二次拋物線變化。實(shí)腹式橫隔板間距12.5 m，兩道橫隔板之間等間距布置3道橫肋。

橋位平面圖，立面圖如圖1，圖2所示。

2 臨時索塔的設(shè)計

由于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體跨徑較大，鋼箱梁截面剛度小，轉(zhuǎn)體時梁體下?lián)陷^大，為合龍?jiān)黾恿穗y度。因此在主墩頂增加臨時索塔，索塔和梁體、梁體和主墩之間均采用固結(jié)，施工時利用拉索將梁拉起后帶塔轉(zhuǎn)體，合龍后拆除臨時索塔。轉(zhuǎn)體就位后不再需要頂升操作，消除了施工風(fēng)險。

由于拉索將上部荷載傳遞至索塔繼而傳遞給主墩，因此索塔的設(shè)計將大大減少轉(zhuǎn)體時的墩頂負(fù)彎矩，改善結(jié)構(gòu)受力，減小了主梁高度，提高了鐵路凈空。

由于臨時索塔距離鐵路較近，而且高度較高，對鐵路運(yùn)營存在一定的安全隱患，因此臨時索塔在設(shè)計時除了保證結(jié)構(gòu)安全以外也要充分考慮其安裝的方便及快捷性。

2.1 臨時索塔的構(gòu)造

在主墩墩頂位置布置臨時索塔，索塔由兩排塔柱構(gòu)成，每排4根，塔柱為直徑1 m壁厚16 mm的鋼管，鋼管作用在腹板和橫隔板交點(diǎn)處，為方便臨時索塔的安裝，塔柱由兩根鋼管通過法蘭盤連接而成。塔柱之間采用型鋼聯(lián)結(jié)，塔高19.8 m。塔頂處置一道橫梁，在橫梁上對應(yīng)塔柱位置設(shè)置索鞍。拉索采用19束7φ5鋼絞線，一端錨固于梁體，另一端錨固于索鞍，共計40根拉索。臨時索塔及拉索布置如圖3～圖5所示。

2.2 設(shè)置臨時索塔對下?lián)虾蛢?nèi)力的影響

為研究臨時索塔對主梁內(nèi)力及撓度的影響，本文分別采用設(shè)置臨時墩和不設(shè)置臨時墩兩種情況進(jìn)行對比分析。

2.3 對比分析結(jié)果

1)不設(shè)置臨時索塔的計算結(jié)果(見圖6～圖8)。

由上圖可知：如果不設(shè)置臨時索塔，在轉(zhuǎn)體時梁端最大下?lián)现禐?.26 m。轉(zhuǎn)體時梁體均為上側(cè)受拉，下側(cè)受壓，墩頂主梁截面內(nèi)力最大為-1 107 482.6 kN·m。轉(zhuǎn)體時梁體最大應(yīng)力為337.1 MPa。

2)設(shè)置臨時索塔的計算結(jié)果(見圖9～圖11)。

由上圖可知：當(dāng)設(shè)置臨時索塔時，在轉(zhuǎn)體時梁端最大下?lián)现禐?.02 m。轉(zhuǎn)體時梁體內(nèi)力類似成橋狀態(tài)，墩頂范圍為負(fù)彎矩區(qū)，跨中部分為正彎矩區(qū)，墩頂主梁截面內(nèi)力最大為207 558 kN·m，跨中最大正彎矩為51 976.1 kN·m。轉(zhuǎn)體時梁體最大應(yīng)力為51.1 MPa。

3)結(jié)果分析。

計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 計算結(jié)果匯總表

由表1可知：設(shè)置臨時索塔減少轉(zhuǎn)體時的梁體下?lián)?、主梁?nèi)力和主梁應(yīng)力均具有明顯作用。設(shè)置臨時索塔時最大下?lián)现导s為0.023 cm，下?lián)陷^小可通過設(shè)置預(yù)拱度可以達(dá)到設(shè)計要求。不設(shè)置臨時索塔時有2.26 m下?lián)现?，為了與后焊段合龍，要進(jìn)行頂升梁體。梁體的頂升不僅存在安全風(fēng)險，還需鐵路部門配合提供窗口期，影響鐵路的運(yùn)營安全。

設(shè)置臨時墩可大幅度減少墩頂內(nèi)力和應(yīng)力，內(nèi)力和應(yīng)力均不足不設(shè)置臨時墩時的0.2倍。通過內(nèi)力圖可以看出設(shè)置臨時索塔時梁體的內(nèi)力更接近一次成橋狀態(tài)，即該狀態(tài)更合理。不設(shè)置臨時索塔時僅轉(zhuǎn)體階段最大應(yīng)力就已超出規(guī)范要求應(yīng)力值，需增加梁高，按以往經(jīng)驗(yàn)來看梁高需增加至8.5 m。設(shè)置臨時索塔不僅使梁體更纖細(xì)更美觀，結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)。同時也使鐵路凈空大于5 m，為后期接觸網(wǎng)桿的更新提供了操作空間。

3 臨時索塔的施工

索塔頂部距地面高度在左幅43.8 m、右幅46.8 m，其中左幅西側(cè)距青榮上行線的接觸網(wǎng)回流線的水平距離為18.29 m，塔底高岀接觸網(wǎng)10.25 m，因此索塔在安裝時如傾覆均會侵入鐵路限界。受龍門吊高度限制，索塔無法通過龍門吊一次吊裝就位。同時鋼箱梁兩側(cè)無吊機(jī)站位，索塔安裝時吊車只能立在鋼箱梁橋面進(jìn)行吊裝焊接。同時臨時索塔安裝還受航空限高影響，因此合理的施工組織是保證鐵路安全的有效保障。臨時索塔與鐵路關(guān)系圖見圖12。

3.1 臨時索塔及拉索安裝流程

1)索塔構(gòu)件加工。

2)通過龍門吊將吊車和索塔構(gòu)件吊至橋面。

3)在橋面上分層拼裝臨時索塔。

4)通過吊車將索塔下層格構(gòu)柱吊裝定位，臨時索塔拼裝要確保豎直，豎直度控制在1/1 000以內(nèi)。

5)吊裝并安裝索塔上層格構(gòu)柱構(gòu)件。

6)搭設(shè)索塔拉索張拉平臺。

7)分別在塔端和梁端掛索。

8)張拉拉索及調(diào)索。

9)轉(zhuǎn)體完成、鋼箱梁合龍后拆除拉索和臨時索塔。

3.2 臨時索塔及拉索安裝注意事項(xiàng)

鋼箱梁的臨時索塔施工為高空作業(yè)，位于鐵路營業(yè)線間，潛在安全隱患比較多，極易發(fā)生安全事故，針對高空施工過程中的安全隱患的特點(diǎn)，應(yīng)要求施工單位做到以下要求：

1)為保證鐵路運(yùn)營安全，左幅臨時索塔安裝時注意吊車站位靠近機(jī)場專用線側(cè)，吊車按垂直鐵路方向擺放，遠(yuǎn)離青榮城際，逐節(jié)吊裝在地面預(yù)拼裝好的格構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。右幅臨時索塔安裝時注意吊車遠(yuǎn)離膠濟(jì)貨線。

2)由于橋面索塔較高，為最大降低安全隱患，盡量用安全性和工作效率更高的升降小車協(xié)助完成索塔的吊裝工作，并做好吊裝作業(yè)的防護(hù)工作。

3)上下層格構(gòu)柱之間的焊接，施工人員作業(yè)攜帶的焊接設(shè)備，都存在高空墜物風(fēng)險，另外立柱上方工字鋼焊接也存在高空墜物風(fēng)險，施工單位務(wù)必采取有效措施防止高空墜物。

4)索塔安裝需進(jìn)行高空焊接作業(yè)，出于涉鐵施工安全性角度，必須進(jìn)行焊渣防護(hù)工作，嚴(yán)禁出現(xiàn)焊渣侵入鐵路界限的情況發(fā)生。

5)索塔拉索的張拉和卸載均應(yīng)按對稱的原則進(jìn)行施工，每對斜拉索張拉時的不平衡荷載控制在20 t以內(nèi)，一組索鞍(共5個)張拉后的縱向不對稱荷載控制在30 t以內(nèi)。避免不對稱張拉或卸載引起索塔傾覆。

6)拉索卸載時應(yīng)做好防護(hù)措施，防止拉索墜出橋面危害鐵路安全。

7)由于靠鐵路較近，施工單位應(yīng)做好近營業(yè)線施工安全措施，并有應(yīng)急預(yù)案措施。

8)施工單位應(yīng)提供臨時索塔專項(xiàng)施工組織方案，獲得鐵路相關(guān)部門同意后方可實(shí)施。

4 結(jié)語

上跨既有鐵路項(xiàng)目是日益增加的交通需求下的必然產(chǎn)物，如何減小對鐵路運(yùn)營安全的影響是重要的研究方向，對于受限條件較多的復(fù)雜項(xiàng)目，更應(yīng)該自設(shè)計至施工提供科學(xué)、有效的措施予以解決。

臨時索塔對解決合龍困難及對梁高的優(yōu)化具有明顯作用，能有效減小梁端下?lián)?、減小梁高。對建筑高度受限、梁端下?lián)陷^大的大跨徑轉(zhuǎn)體T構(gòu)，設(shè)置臨時索塔是一種較好做法。該類項(xiàng)目距鐵路較近，臨時索塔應(yīng)在保障安全的基礎(chǔ)上做到安裝方便快捷、施工對鐵路影響小。青島市新機(jī)場高速連接線(雙埠—夏莊段)工程主線上跨既有鐵路線鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋的順利合龍也為該類項(xiàng)目提供了依據(jù)和參考。