跨既有線懸掛移動防護棚架設(shè)計與施工技術(shù)

楊 強

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州313000）

1 工程概況

浙江省麗水市西山大橋全長637 m，全橋配跨為5×30 m T梁＋3×40 m小箱梁＋3×40 m小箱梁＋4×30 m T梁＋4×30 m T梁。其中6號和7號墩之間的梁體跨越金溫貨線，交點處與鐵路夾角為80°。6號墩同鐵路鋼軌最小距離15.954 m，最大距離19.249 m；7號墩同鐵路鋼軌最小距離16.670 m，最大距離20.702 m。防護棚架跨鐵路線立面圖見圖1。

圖1 防護棚架跨鐵路線立面

為確保既有鐵路線運營安全，鐵路部門對橋梁的安全作業(yè)提出了嚴格要求。而本工程又受下列因素影響：

1）施工地形受限，大型吊裝設(shè)備進場困難；

2）公路與既有線夾角較小，致使棚架長度增加，造成棚架安裝與拆除時間較長；

3）施工區(qū)域為既有線路堤地段，因棚架跨度較大，立柱基礎(chǔ)施工困難；

4）因既有線為鐵路干線，鐵路局批復線路封鎖時間每天（次）不超過60～90 min。

為此，從安全角度考慮，提出了在跨越鐵路時采用防護棚架進行安全防護的方案。

2 防護棚架設(shè)計

設(shè)計方案為上跨鐵路采用懸掛移動防護棚架，架體設(shè)計寬度為6 m，大于160 km客貨共線鐵路基本建筑限界4.88 m的要求，棚架長度為15 m，每邊寬出橋梁兩側(cè)護欄1.66 m，棚架底板頂面距離梁底0.40 m，底盤底面設(shè)計高程為62.25 m，軌面高程52.12 m，棚架下凈空10.13 m，大于設(shè)計要求的7.96 m。

整個防護棚架由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩部分組成。首先在鐵路路基坡腳旁平整場地，根據(jù)設(shè)計圖紙，拼裝防護棚架的下部結(jié)構(gòu)；然后在鐵路部門規(guī)定的時間內(nèi)完成梁板架設(shè)，并在鐵路正線兩側(cè)的橋面上拼裝棚架上部結(jié)構(gòu)；最后利用吊車起吊或通過手拉倒鏈提升棚架下部結(jié)構(gòu)，將上下結(jié)構(gòu)對接為懸架式棚架。棚架通過裝載機牽引，沿著預設(shè)的軌道滑行至指定位置，經(jīng)固定后，即可開始橋面和護欄等工序作業(yè)。作業(yè)完成后解除臨時固定，利用吊車吊起退回原位或牽引退回原位，將上下部結(jié)構(gòu)分離，再分體平移至另外一幅，重復上述步驟直至另外一幅橋面系完成，最后通過倒鏈下放棚架下部結(jié)構(gòu)，利用吊車接力并吊離至安全場地。

支撐結(jié)構(gòu)采用各種型鋼組合而成。上部結(jié)構(gòu)主要由橫梁、立柱、橫撐、斜撐、縱向聯(lián)接桿和平聯(lián)組成，各構(gòu)件之間采用焊接連接；下部結(jié)構(gòu)主要由吊桿、剪刀撐和底盤結(jié)構(gòu)組成，底盤結(jié)構(gòu)采用貝雷梁拼裝而成，貝雷梁上部設(shè)置分配小梁，上鋪5 mm鋼板，底盤頂部距梁底設(shè)計距離為400 mm，以減少墜落物沖擊功，周邊設(shè)置防護欄桿，并鋪掛防墜網(wǎng)。上下結(jié)構(gòu)通過吊桿連接，上部與橫梁連接，下部與貝雷梁兩端底部的托梁連接，連接時采用法蘭盤螺栓加固，所有螺栓都采用雙螺母，吊桿之間設(shè)剪刀撐增加穩(wěn)定性［1］。具體布置見圖2～4。

圖2 防護棚架橫斷面

3 安全計算

3.1 防護架下部結(jié)構(gòu)驗算

底梁按簡支梁驗算，梁上貝雷支架、分配槽鋼、鋼板等荷載按每延米重量分別為：

貝雷桁架＝0.27×5×10÷1.5＝9 kN／m

分配槽鋼＝0.011 3×30×10＝3.39 kN／m

圖3 防護棚架側(cè)面

圖4 防護棚架平面

鋼板＝1 500×100×0.5×7.85＝5.88 kN／m

合計＝9＋3.39＋5.88＝18.27 kN／m，單側(cè)每延米9.14 kN。

查路橋施工計算手冊32號工字鋼基本參數(shù)：WX＝692.2 cm3，IX＝11 075.5 cm4，IX∶SX＝27.46，腰厚d＝9.5 mm，A＝67.05 cm2，E＝2.0×105MPa，［σ］＝140 MPa，［σW］＝145 MPa，［τ］＝0.6［σ］＝85 MPa［2-3］。

剪切應力計算：

撓度：

3.2 防護架上部結(jié)構(gòu)驗算

防護架立柱和頂梁采用雙拼32a工字鋼，其他桿件采用雙拼20槽鋼，實際施工時防護架桿件之間采用螺栓連接，按鉸接連接方式計算。

查閱路橋施工計算手冊20號槽鋼基本參數(shù)：WX＝178 cm3，IX＝1 780.4 cm4，腰厚d＝7 mm，A＝28.83 cm2，E＝2.0×105MPa，［σ］＝140 MPa，［σW］＝145 MPa，［τ］＝0.6［σ］＝85 MPa［2-3］。

防護棚架4個吊點按平均受力計算，每個吊點承受靜載27.42 kN，為確保安全，取1.6倍安全系數(shù)進行驗算，吊點荷載取43.87 kN。見圖5。

圖5 力學計算簡化模型

最大彎矩在立柱上：43.87×3＝131.61 kN·m；最大剪力在立柱上：43.87 kN；

彎曲應力計算：

立桿的壓應力計算：

壓彎應力疊加＝95＋3.3＝98.3 MPa＜［σ］＝140 MPa

剪切應力計算：

4 懸掛式防護棚架的安裝

可移動懸掛式防護棚架由上下兩部分組成，上部結(jié)構(gòu)由橫梁、立柱及斜撐等組成，各構(gòu)件之間采用焊接連接，下部結(jié)構(gòu)由吊桿、底盤等組成，底盤由貝雷梁通過支撐架組成，貝雷梁上鋪設(shè)分配槽鋼及鋼板，底盤頂部距梁底設(shè)計距離為400 mm，以減少墜落物沖擊功。上下結(jié)構(gòu)通過吊桿連接，上部與橫梁連接，下部與貝雷梁兩端底部的托梁連接，連接時采用法蘭盤螺栓加固，吊桿之間設(shè)剪刀撐增加穩(wěn)定性。

防護棚架上下結(jié)構(gòu)分別搭設(shè)，下部結(jié)構(gòu)于鐵路路基坡腳和7號墩之間的場地進行搭設(shè)，上部結(jié)構(gòu)在梁板上搭設(shè)。

防護棚架施工步驟見圖6。

圖6 施工工藝流程

4.1 棚架對接及就位

防護棚架的上下結(jié)構(gòu)對接采用兩臺25 t汽車吊抬吊，對接后，在每個吊桿位置布設(shè)一個5 t手動倒鏈，整個棚架共設(shè)4個，上方掛于頂部橫梁，下方掛于下部托梁上，倒鏈設(shè)置完成后松開起吊設(shè)備。倒鏈起到增加懸掛狀態(tài)的保險和用于架體提升、下放及拆分時懸掛體系轉(zhuǎn)換的作用。見圖7～10。

圖7 上下結(jié)構(gòu)分別拼裝

架體移動采取裝載機牽引滑行就位，滑行軌道采用25號槽鋼疊合，開口朝上擺放，設(shè)置在棚架立柱底部，做成“船靴”型朝上擺放，軌道槽鋼同梁頂?shù)臉蛎驿佈b預留連接鋼筋進行焊接固定，滑行前在槽鋼內(nèi)涂抹黃油，潤滑軌道。

圖8 整體平移

圖9 提升下部結(jié)構(gòu)對接

4.2 防護棚架分體

右幅橋面施工完成后，將架體吊起退回或拖拉退回原位，松解吊桿頂部法蘭螺栓，同步手拉倒鏈，下放下部結(jié)構(gòu)至預拼平臺，完成一個循環(huán)施工；平移防護棚架至左幅，按照同樣的方法進行對接和進位施工，直至左幅橋面施工完成。由于兩幅護欄之間剩余20 mm間距，遠小于吊桿寬度，棚架無法撤回，須直接下放。下放前首先松開吊桿下部法蘭螺栓，同步手拉6條倒鏈下放棚架下盤，直至棚架下盤距軌面1 000 mm左右；然后通過預先設(shè)好的吊耳，穿鋼絲繩，利用50 t汽車吊吊住棚架下盤；最后解除手拉倒鏈，用汽車吊將棚架下盤移至鐵路安全保護區(qū)范圍以外。見圖11。棚架上半部分通過橋面上的吊機起吊離開鐵路范圍［5］。

圖10 安裝橫撐、斜撐及剪刀撐

圖11 防護棚架下放分體示意

5 結(jié) 語

采用懸掛式移動防護棚架施工結(jié)構(gòu)對鐵路運行無干擾，減少了施工過程中的安全風險，同時加快了施工進度；相對于一般性的鐵路要“天窗點”施工，該工藝節(jié)約工期，降低施工成本。