上跨既有鐵路連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體法施工研究

劉俊龍

(中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司萍鄉(xiāng)工務(wù)段,江西 萍鄉(xiāng) 337000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國家公路與鐵路交通網(wǎng)絡(luò)的完善，越來越多地出現(xiàn)公路與鐵路立體交叉的情況。傳統(tǒng)施工方法多采用裝配式預(yù)制梁，并使用架橋機(jī)在鐵路上方架設(shè)，特別是部分新建橋梁要跨既有繁忙鐵路干線，施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工周期長。而轉(zhuǎn)體施工[1]法可在路外平行鐵路方向現(xiàn)澆，且可在不超過2 h內(nèi)完成跨越鐵路股道施工作業(yè)，最大限度減少了對既有線安全運(yùn)營的影響，具有結(jié)構(gòu)合理、施工周期短、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，故上跨鐵路橋優(yōu)先選用轉(zhuǎn)體施工法是更好的選擇，且能大大減少施工和運(yùn)營期間工務(wù)維修、養(yǎng)護(hù)及管理成本。

下面對我局管內(nèi)“滬昆線K1016+199萍鄉(xiāng)市中環(huán)路上跨滬昆線立交橋工程”以及“滬昆線K890+854新余市新建環(huán)城路上跨滬昆線立交橋工程”進(jìn)行簡要的對比分析，進(jìn)一步闡述連續(xù)梁跨鐵路轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 滬昆線K1016+199萍鄉(xiāng)市中環(huán)路上跨滬昆線轉(zhuǎn)體橋工程

中環(huán)路上跨滬昆鐵路轉(zhuǎn)體橋位于江西省境內(nèi)，其孔跨布置為2×70 m，分左、右兩幅采用變截面T構(gòu)箱梁，單幅橋長140 m，全橋平面位于直線上，與既有滬昆鐵路夾角為47°，轉(zhuǎn)體主墩分別位于滬昆鐵路上、下行側(cè)。其平面布置如圖1所示。

橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板截面,橋面全寬31.5 m，下部結(jié)構(gòu)均采用矩形墩，并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

本橋采用平面轉(zhuǎn)體[2]法施工，即先在順滬昆鐵路方向兩側(cè)路基坡腳外用滿堂支架法現(xiàn)澆兩幅T構(gòu)箱梁，待完成相應(yīng)工序后，在天窗點(diǎn)內(nèi)將兩幅橋同步轉(zhuǎn)動指定角度至成橋線位，在滿堂支架澆筑邊墩處直線段，合攏成橋。單個T構(gòu)轉(zhuǎn)體相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)體參數(shù)

橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板截面,橋面全寬31.5 m，下部結(jié)構(gòu)均采用矩形墩，并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主墩轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)造如圖2所示。

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備為球鉸，本橋在兩個轉(zhuǎn)體主墩上安裝直徑3.5 m鋼球鉸，鋼球鉸由上、下鋼球鉸組成，球面半徑7.0 m，其間共730塊圓形四氟乙烯滑塊形成滑動面。上下球鉸中心設(shè)270 mm固定銷軸作為轉(zhuǎn)動軸，同時(shí)在上轉(zhuǎn)盤底設(shè)8對直徑600 mm、厚度16 mm鋼管混凝土撐腳。撐腳下轉(zhuǎn)盤頂面設(shè)置寬1.2 m，中心半徑3.5 m的環(huán)形不銹鋼板滑道，滑道兩側(cè)安置8組千斤頂反力座。上承臺需設(shè)置鋼絞線2組17-15.24鋼絞線作為牽引索，下承臺頂面設(shè)2組牽引反力座。具體的轉(zhuǎn)體參數(shù)如表1所示，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的構(gòu)造及平面圖如圖2,圖3所示。

轉(zhuǎn)體橋施工主要步驟為：主墩樁基施工→基坑開挖→轉(zhuǎn)體系統(tǒng)施工→主墩施工→滿堂支架搭設(shè)及預(yù)壓→現(xiàn)澆T構(gòu)箱梁施工→防撞墻施工→轉(zhuǎn)體→現(xiàn)澆段合攏→其他附屬工程施工。

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)工藝包括：下轉(zhuǎn)盤施工、下球鉸施工、滑道施工、上球鉸施工、撐腳施工、上轉(zhuǎn)盤施工、轉(zhuǎn)體牽引體系施工。

轉(zhuǎn)體前先應(yīng)檢查是否具備轉(zhuǎn)體條件，包括稱重實(shí)驗(yàn)、配平衡重、氣象條件、轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備安裝和調(diào)試、撐腳和滑道清理、轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)的各種障礙物高程復(fù)核、應(yīng)急和備用措施。

試轉(zhuǎn)體為正式轉(zhuǎn)體做準(zhǔn)備，通過試轉(zhuǎn)獲得轉(zhuǎn)體數(shù)據(jù)，如實(shí)際轉(zhuǎn)動速度、點(diǎn)動一次可轉(zhuǎn)動距離及其他設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。

封鎖計(jì)劃下達(dá)后，檢查完畢具備條件即可正式轉(zhuǎn)體，此時(shí)啟動自動連續(xù)張拉千斤頂勻速張拉，轉(zhuǎn)體過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控T構(gòu)轉(zhuǎn)動速度、懸臂端橋面標(biāo)高、運(yùn)行姿態(tài)。接近轉(zhuǎn)體到位前，緩慢減速，由自動控制改為手動控制。轉(zhuǎn)體基本到位時(shí)采用點(diǎn)動操作，每操作一次立即測量并反饋橋面軸線偏差和高程偏差，然后臨時(shí)錨固，待精調(diào)后封固球鉸，焊接鋼筋，二次澆筑混凝土，使上下轉(zhuǎn)盤形成整體。

1)該項(xiàng)目施工重點(diǎn)。橋梁上、下部結(jié)構(gòu)施工均為臨近既有線施工作業(yè)，需按照批準(zhǔn)的施工方案和鄰近計(jì)劃進(jìn)行，確保既有線運(yùn)營安全。

施工前核實(shí)通信、信號、供電等設(shè)備的位置、數(shù)量、走向等情況，待遷改、防護(hù)完成后方可進(jìn)行下一步工作。

樁基施工需根據(jù)地質(zhì)情況擬定施工安全措施，避免塌孔影響路基穩(wěn)定，鉆機(jī)施工時(shí)站位應(yīng)遠(yuǎn)離鐵路，避免傾覆影響接觸網(wǎng)供電安全。

主墩承臺基坑開挖前應(yīng)先做好基坑防護(hù)樁，待達(dá)到強(qiáng)度后，開挖基坑內(nèi)土體，并持續(xù)監(jiān)測線路狀況，如有沉降異常情況應(yīng)及時(shí)處理。

上部結(jié)構(gòu)施工前，先拆除轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)受影響的建(構(gòu))筑物，保持支架基礎(chǔ)的安全，支架搭設(shè)應(yīng)穩(wěn)定、可靠，并進(jìn)行預(yù)壓消除非彈性變形，以保證箱梁順利澆筑。

箱梁澆筑時(shí)按計(jì)劃分段、分層進(jìn)行，及時(shí)張拉相應(yīng)大節(jié)段的預(yù)應(yīng)力鋼束并灌漿，保持梁體的外觀統(tǒng)一性和箱梁的整體性。

轉(zhuǎn)體前通過稱重、準(zhǔn)確掌握T構(gòu)箱梁及墩身的重量、偏心情況，通過配重、試轉(zhuǎn)獲得轉(zhuǎn)體相關(guān)數(shù)據(jù)，為正式轉(zhuǎn)體做好充分準(zhǔn)備。

轉(zhuǎn)體過程平穩(wěn)有序，所施加牽引力持續(xù)輸出，轉(zhuǎn)體到位后通過精調(diào)確保高程、軸線滿足設(shè)計(jì)要求后，封固球鉸，使上下承臺形成整體。

2)該項(xiàng)目的施工難點(diǎn)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)[3]施工精度控制要求高，直接關(guān)系到轉(zhuǎn)體成功與否，而球鉸是其中的核心部件，需控制其球面曲率均勻，邊緣各點(diǎn)高差小于1 mm，鑲嵌在下球鉸的四氟滑塊頂面需在同一球面，現(xiàn)場安裝誤差小于1 mm。

下球鉸在下承臺上安裝時(shí)，結(jié)合測量放樣定位其支撐骨架中心位置，且澆筑混凝土?xí)r不得移動。通過調(diào)整骨架上的螺栓，經(jīng)多次復(fù)核、校驗(yàn)保證下球鉸嚴(yán)格水平放置，且其中心位置位于設(shè)計(jì)中心線處，位置偏差小于1 mm。

滑道施工質(zhì)量控制[4]關(guān)系著轉(zhuǎn)體過程能否順利、平穩(wěn)，要求滑道頂面鋼板局部平整度小于1 mm。撐腳是轉(zhuǎn)體過程中保持上部結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的基本保障，撐腳在滑道上走行時(shí)，滑道頂面摩擦阻力應(yīng)均勻，誤差過大時(shí)將使撐腳頂死，導(dǎo)致整個轉(zhuǎn)動體系轉(zhuǎn)動阻力過大而轉(zhuǎn)動困難。

1.2 滬昆線K890+854新余市新建環(huán)城路上跨滬昆線立交橋工程

環(huán)城路上跨滬昆鐵路立交橋位于江西省境內(nèi)，其跨越鐵路一聯(lián)孔跨布置為4×40 m，分左、右兩幅采用等截面裝配式小箱梁，全橋平面位于曲線上，與既有滬昆鐵路夾角為88.6°，橋墩分別位于滬昆鐵路上、下行側(cè)。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用8片小箱梁,橋面全寬25.5 m，下部結(jié)構(gòu)均采用φ1.6 m柱式墩，并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。其橫截面構(gòu)造如圖4所示。

本橋采用架橋機(jī)施工[5]，即先在橋臺后路基上預(yù)制小箱梁，待達(dá)到架梁條件后，自橋臺往鐵路方向逐孔架設(shè)，上跨鐵路時(shí)須在天窗點(diǎn)內(nèi)架設(shè)，防撞護(hù)欄、濕接縫、防拋網(wǎng)等工序也須在天窗內(nèi)施工完成。

2 封鎖時(shí)長對比分析

2.1 滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋

本橋封鎖時(shí)長合計(jì)135 min/2工日。具體包括：

1)Ⅲ級施工：跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁試轉(zhuǎn) ，封鎖時(shí)間：45 min。

2)Ⅱ級施工：跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁轉(zhuǎn)體，封鎖時(shí)間：90 min。

2.2 滬昆線K890+854公跨鐵立交橋

本橋封鎖時(shí)長合計(jì)5 520 min/48工日。具體包括：

1)左幅(2020年6月～7月)。

a.Ⅱ級施工：第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)460 min/4工日。

b.Ⅲ級施工：第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)460 min/4工日。

c.Ⅲ級施工：第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)1 840 min/16工日。

2)右幅(2020年10月～11月)。

a.Ⅱ級施工：第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)460 min/4工日。

b.Ⅲ級施工：第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)460 min/4工日。

c.Ⅲ級施工：第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng)，封鎖時(shí)間：115 min，該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長小計(jì)1 840 min/16工日。

兩座橋封鎖總時(shí)長如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)體及架橋機(jī)施工封鎖總時(shí)長對比

3 封鎖施工人力組織對比分析

3.1 滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋

本橋施工時(shí)工務(wù)調(diào)配合計(jì)13人次。具體包括：

1)Ⅲ級施工：跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁試轉(zhuǎn)，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，計(jì)6人次。

2)Ⅱ級施工：跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁轉(zhuǎn)體，段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān))，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，計(jì)7人次。

3.2 滬昆線K890+854公跨鐵立交橋

本橋施工時(shí)工務(wù)調(diào)配合計(jì)232人次。具體包括：

1)左幅橋(2020年6月～7月)。

a.Ⅱ級施工：第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān))，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)28人次。

b.Ⅲ級施工：第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)24人次。

c.Ⅲ級施工：第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng)，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)64人次。

2)右幅橋(2020年10月～11月)。

a.Ⅱ級施工：第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān))，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)28人次。

b.Ⅲ級施工：第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過孔、箱梁架設(shè)，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)24人次。

c.Ⅲ級施工：第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng)，橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控)，線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù))，該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個封鎖點(diǎn)完成，計(jì)64人次。

兩座橋封鎖施工時(shí)人力組織如表3所示。

表3 轉(zhuǎn)體及架橋機(jī)施工人力組織對比 人次

4 工務(wù)管理

既有線的安全監(jiān)控和監(jiān)測在施工及運(yùn)營階段持續(xù)實(shí)施，施工過程中轉(zhuǎn)體橋梁線形監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)控僅僅是既有線安全監(jiān)控的一小部分，此外工務(wù)管理還包括鄰近營業(yè)線施工監(jiān)控；路基、軌道和接觸網(wǎng)立柱等位移及沉降監(jiān)測；異物侵限監(jiān)測；橋梁、隧道、涵洞及各類安全防護(hù)設(shè)施(如柵欄、防拋網(wǎng)、防撞墻、限高架等)的檢查、維修；線路設(shè)備動態(tài)檢測；關(guān)鍵工序和隱蔽工程的施工過程監(jiān)控；線路周邊安全環(huán)境凈化等。通常工務(wù)部門配置人員僅能滿足日常設(shè)備檢查維修需要，施工監(jiān)管及施工配合人員不足、勞動力緊張是普遍存在的困難，管轄范圍內(nèi)上跨、下穿等鄰近營業(yè)線施工項(xiàng)目越來越多，為確保營業(yè)線施工安全受控，工務(wù)部門面臨巨大的安全監(jiān)護(hù)壓力。

預(yù)制梁上跨方案所需封鎖時(shí)間長，且與施工企業(yè)施工能力、人員作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、熟練程度密切相關(guān)，而架橋機(jī)過孔、架梁封鎖施工，鐵路正上方高空施工作業(yè)存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)體橋上跨方案僅需2 h轉(zhuǎn)體時(shí)間即可完成上跨鐵路作業(yè)，轉(zhuǎn)體過程由球鉸生產(chǎn)廠家派專人負(fù)責(zé)實(shí)施，防撞墻、防拋網(wǎng)施工均在轉(zhuǎn)體前完成，無需在鐵路上方作業(yè)、無需封鎖施工，極大地提高了安全性、可靠性，也極大減少了工務(wù)現(xiàn)場施工配合及監(jiān)控工作。

5 結(jié)語

從實(shí)際操作來看，轉(zhuǎn)體梁是確保施工安全和行車安全對運(yùn)營鐵路干擾最小的施工方案，整個施工過程中對既有鐵路正常運(yùn)行幾乎沒有任何影響，其施工工藝極大的減小了對既有營運(yùn)線的影響，同時(shí)為橋梁工程的建造提供了可靠的安全保障。具體包括以下幾個方面：

1)極大的降低了對鐵路行車的干擾?？缂扔需F路線連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)能夠極大的縮短鐵路封鎖時(shí)間，有效減少對鐵路行車的干擾。如：滬昆線K890+854公跨鐵立交橋封鎖施工時(shí)長合計(jì)5 520 min/48工日，前后歷時(shí)半年(2020年6月～11月)之久；而滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋封鎖時(shí)長僅為135 min/2工日。

2)極大的減少了對工務(wù)車間班組的監(jiān)管監(jiān)控工作量。近年來，既有鐵路基層運(yùn)輸站段的人員組織結(jié)構(gòu)一直在不斷的減員優(yōu)化，轉(zhuǎn)體梁施工極大的縮短鐵路封鎖時(shí)間，從而有效的減少了車間班組的人力成本，有效的減少對車間班組日常生產(chǎn)組織的干擾。如：滬昆線K890+854公跨鐵立交橋封鎖施工涉及到線橋車間用工232人次；而滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋封鎖施工涉及到線橋車間用工僅為13人次。

3)提供了更有力的安全保障。一是有效的簡化了封鎖施工作業(yè)內(nèi)容。傳統(tǒng)的架梁施工在梁體架設(shè)到位后還要裝?，F(xiàn)澆橫隔板及濕接縫，在施工作業(yè)過程中可能存在模板脫落、扣件脫落侵限等影響既有鐵路行車安全的風(fēng)險(xiǎn)，而連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工整體澆筑成型。二是按照相關(guān)規(guī)定，公跨鐵立交橋兩側(cè)必須設(shè)置防護(hù)欄及防拋網(wǎng)，傳統(tǒng)的架梁施工在梁體架設(shè)到位后還要在橋面兩側(cè)裝?，F(xiàn)澆防撞護(hù)欄，以及安裝防拋網(wǎng)，在施工作業(yè)過程中仍然存在工具、材料掉落侵限等風(fēng)險(xiǎn)，而轉(zhuǎn)體梁在連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體之前就已澆筑好防護(hù)欄，并將防拋網(wǎng)安裝到位，把對鐵路行車的干擾降到最低，風(fēng)險(xiǎn)幾乎為零，從而為既有鐵路行車提供有力的安全保障。

轉(zhuǎn)體施工法在上跨既有鐵路等特殊條件下具有影響范圍小、安全風(fēng)險(xiǎn)低、后期維修養(yǎng)護(hù)工作量小等獨(dú)特優(yōu)勢，既有利于各地跨鐵路建設(shè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行，又避免了在鐵路上方進(jìn)行復(fù)雜的高空作業(yè)帶來的安全隱患，最大限度減少對既有線的安全運(yùn)營的影響，也減少了后期工務(wù)養(yǎng)護(hù)管理的工作，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在涉及上跨鐵路的橋梁建設(shè)項(xiàng)目中，應(yīng)從方案階段就推薦采用轉(zhuǎn)體法，推動和促進(jìn)轉(zhuǎn)體法在橋梁建設(shè)方面的應(yīng)用，確保鐵路運(yùn)營安全。