上跨既有鐵路長大剛架橋施工技術(shù)研究

楊大貴

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著我國基建快速發(fā)展，新建鐵路、公路上跨既有鐵路的情況逐漸增多。我國鐵路列車行駛速度快、運(yùn)輸繁忙，且鐵路部門對運(yùn)營安全有著苛刻的要求，安全施工標(biāo)準(zhǔn)極高，傳統(tǒng)施工長時(shí)間、多頻次地封鎖線路的施工方法難以為繼。為完成跨湘桂鐵路長大剛架橋施工任務(wù)，本文對剛架橋模架方案進(jìn)行研究及攻關(guān)。經(jīng)技術(shù)創(chuàng)新，研制內(nèi)模臺(tái)車工法，且運(yùn)用節(jié)段拼裝、節(jié)段間銷接、臺(tái)車同步牽引、快速整體脫模等技術(shù)措施，確保能夠安全、快速地完成剛架橋施工。

1 工程概況及技術(shù)難點(diǎn)

柳梧鐵路貨車上行線白山村特大橋總長為2 024.4 m，上構(gòu)布置為（32×32 m）簡支梁+剛架橋（96.61 m） +（2×24+25×32 m）簡支梁結(jié)構(gòu)，其在32#、33#墩間上跨既有湘桂鐵路，交叉角度為17°，采用1～13.5 m剛架橋梁跨越，剛架橋長度為96.61 m。剛架橋主體斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 剛架橋主體斷面圖 （單位：cm）

由于新建橋梁與既有湘桂鐵路小角度相交，使得剛架橋的框架長度達(dá)96.61 m。緊鄰鐵路既有線施工，且項(xiàng)目工程量大、持續(xù)影響鐵路運(yùn)營的時(shí)間長、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。為確保安全順利施工，加快施工工期，降低施工工作對鐵路安全運(yùn)營影響的時(shí)長，成為剛架橋施工需解決的技術(shù)難題。

2 剛架橋頂板施工方案研究

通過對各作業(yè)工序及流程進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析得知[1]，本項(xiàng)目影響鐵路運(yùn)營安全及施工工期的關(guān)鍵在于剛架橋頂板施工。項(xiàng)目部對剛架橋頂板模架方案進(jìn)行專項(xiàng)研究及設(shè)計(jì)，經(jīng)技術(shù)創(chuàng)新，研制出內(nèi)模臺(tái)車，對剛架橋頂板進(jìn)行分節(jié)段澆筑。設(shè)計(jì)內(nèi)模臺(tái)車時(shí)運(yùn)用BIM軟件創(chuàng)建剛架橋主體、模架的設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)的校核及優(yōu)化，和工藝的仿真模擬施工演示，以發(fā)現(xiàn)內(nèi)模臺(tái)車方案存在的技術(shù)問題和評審方案的技術(shù)可行性。同時(shí)，還采用橋梁博士V3.05有限元分析軟件進(jìn)行內(nèi)模臺(tái)車結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算與分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)，確保模架的承載安全。

剛架橋頂板采用內(nèi)模臺(tái)車分節(jié)段現(xiàn)澆施工方法。內(nèi)模臺(tái)車長度為14 m，每次可澆筑完成長度為14 m的頂板，分6次施工完成本項(xiàng)目的剛架橋頂板澆筑。內(nèi)模臺(tái)車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2、圖3所示。

圖2 內(nèi)模臺(tái)車側(cè)面圖 （單位：cm）

圖3 內(nèi)模臺(tái)車立面圖 （單位：cm）

3 內(nèi)模臺(tái)車的設(shè)計(jì)及安裝

由于內(nèi)模臺(tái)車跨度長、框架頂板厚度大，作用于臺(tái)車立柱及上橫梁的彎矩、壓力荷載值高，需采用較大尺寸的型鋼進(jìn)行臺(tái)車的制作，然而經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化及輕量化后的內(nèi)模臺(tái)車總重量仍然超過132t，無法整體拼裝后在現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。而原位散件焊接拼裝施工方法耗時(shí)長，需要封鎖湘桂鐵路的次數(shù)多，從經(jīng)濟(jì)、安全方面考慮，都不是最佳方法。最終采用將臺(tái)車分成較小節(jié)段吊裝后再把節(jié)段拼裝成整體的方案，分節(jié)段如圖2所示。臺(tái)車縱向分成5個(gè)節(jié)段，為確保吊裝后能夠迅速完成節(jié)段間的連接，在節(jié)段上縱梁和下縱梁間設(shè)置連接板，采用高強(qiáng)螺栓快速連接，以減少封鎖要點(diǎn)時(shí)間、降低對湘桂鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

內(nèi)模臺(tái)車采用型鋼制作，兩側(cè)立柱下設(shè)有走行輪，在承臺(tái)基坑防護(hù)樁頂面鋼筋砼冠梁上安裝P50軌走行軌，進(jìn)行內(nèi)模臺(tái)車的縱移。內(nèi)模臺(tái)車內(nèi)側(cè)掛設(shè)密目鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)表面安裝防電板進(jìn)行防護(hù)，內(nèi)模臺(tái)車兩側(cè)均進(jìn)行接地防護(hù)。

在內(nèi)模臺(tái)車頂部兩端還安裝高度為2.0 m隔離防護(hù)欄桿，欄桿上安裝防護(hù)板，形成施工作業(yè)活動(dòng)與鐵路運(yùn)營間的物理隔離防護(hù)措施。

為確保內(nèi)模臺(tái)車的制作質(zhì)量，內(nèi)模臺(tái)車在鋼結(jié)構(gòu)制造廠內(nèi)分節(jié)段進(jìn)行制作，并進(jìn)行試拼裝，試拼裝檢驗(yàn)合格后運(yùn)到現(xiàn)場。對湘桂線要點(diǎn)封鎖后，采用2臺(tái)150 t汽車起重機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場吊裝。

4 內(nèi)模臺(tái)車詳細(xì)設(shè)計(jì)說明

4.1 門架總成

臺(tái)車門架主要由型鋼加工而成，構(gòu)成臺(tái)車的骨架。門架縱向分成5個(gè)節(jié)段，臺(tái)車總長度為14.0 m，門架立柱橫向中心距為12.2 m，以滿足剛架橋頂板砼澆筑。右側(cè)立柱相對于左側(cè)立柱要短15 cm，每節(jié)段門架右側(cè)立柱下設(shè)4個(gè)螺旋千斤頂進(jìn)行右側(cè)立柱的頂升，以便完成剛架橋頂板砼澆筑后，下落臺(tái)車完成脫模。每個(gè)節(jié)段在左右側(cè)下縱梁的中心處安裝1個(gè)走行輪，其間距為12.2m。

下橫梁（僅臺(tái)車右側(cè)立柱下方設(shè)計(jì)有下橫梁） 為2I18工字鋼，長度為80 cm，下縱梁為2I32a工字鋼，臺(tái)車立柱為雙拼[36a槽鋼拼成“[]”形，立柱上方為I32b工字鋼上縱梁，上縱梁之上則為I60a工字鋼上橫梁，上橫梁間距按56cm布設(shè)，上橫梁兩側(cè)進(jìn)行切削，以形成倒角的坡度，倒角下部折角處采用型鋼制成折角模板支架，支架上部與上橫梁采取銷接的連接方式，支架下部設(shè)置可調(diào)絲桿支撐在立柱上，倒角處的模板采用5 mm的鋼板。

4.2 行走機(jī)構(gòu)及軌道基礎(chǔ)

進(jìn)行剛架橋樁基及承臺(tái)施工時(shí)，于湘桂鐵路兩側(cè)設(shè)置φ25 cm排樁及冠梁防護(hù)，在完成剛架橋承臺(tái)施工后，將排樁的冠梁擴(kuò)大，并與剛架橋承臺(tái)聯(lián)接，形成內(nèi)模臺(tái)車走行軌的穩(wěn)固基礎(chǔ)。

臺(tái)車兩側(cè)的走行軌采用P50軌。在臺(tái)車兩側(cè)分別設(shè)置1臺(tái)采用YS-SJ-45型穿芯式液壓牽引器進(jìn)行內(nèi)模臺(tái)車的牽引行走工作[2]，該型牽引器內(nèi)置穿芯式液壓千斤頂，外側(cè)為采用型鋼制成的長方體框架結(jié)構(gòu)，牽引器前端設(shè)置有單向自鎖楔型錨具，當(dāng)千斤頂進(jìn)油牽引臺(tái)車時(shí)，錨具能夠自動(dòng)松開鋼絞線，確保鋼絞線自由牽引。千斤頂完成1個(gè)頂程回油時(shí)，鋼絞線被錨具自動(dòng)鎖緊。通過牽引器的千斤頂循環(huán)工作，將內(nèi)模臺(tái)車牽引至安裝位置。

為避免兩側(cè)牽引器工作不同步，造成臺(tái)車扭曲變形，導(dǎo)致安全事故。本項(xiàng)目采用YS-PP-11型液壓泵源控制系統(tǒng)進(jìn)行牽引的控制，該控制系統(tǒng)能夠控制2臺(tái)牽引器同步牽引，且具有單臺(tái)牽引器微調(diào)等功能。

于內(nèi)模臺(tái)車前進(jìn)的前方鐵路兩側(cè)設(shè)置地錨進(jìn)行牽引器的固定及安裝。

4.3 模板精調(diào)及脫模系統(tǒng)

內(nèi)模臺(tái)車頂面高度、中線位置的控制主要是通過精確布置走行軌標(biāo)高及位置進(jìn)行控制，故走行軌道的標(biāo)高及安裝位置需進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算及精確施做。

剛架橋頂板與邊墻的倒角處采用專門設(shè)計(jì)的鋼模板，倒角模板上端與上橫梁間采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的銷接方式進(jìn)行聯(lián)接[3]，倒角模板下端側(cè)采用可調(diào)絲桿支撐在臺(tái)車立柱上。安裝模板時(shí)，通過可調(diào)絲桿進(jìn)行倒角模板的就位精調(diào)，完成砼澆筑后，則通過可調(diào)絲桿將倒角模板向內(nèi)收回，完成倒角的脫模。每節(jié)段內(nèi)模臺(tái)車右側(cè)立柱下部安裝有兩臺(tái)螺旋千斤頂。完成倒角的脫模后，再通過螺旋千斤頂?shù)幕卣{(diào)，使臺(tái)車右側(cè)下移，以快速完成剛架橋頂板底模的脫模工作。

4.4 模板

倒角處采用與臺(tái)車焊接的鋼模板。剛架橋頂板的水平部分采用木模板，具體設(shè)計(jì)為：上橫梁上擺放100×100方木作縱向分配梁（中心距為120 cm），縱向分配梁上擺放100×100方木作橫向分配梁（中心距為40 cm），底模為20 mm厚膠合板。

端模采用廠制的鋼模板，設(shè)置拉桿將兩側(cè)端模拉緊，防止端模向外傾斜或脹模。

5 剛架橋施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1 施工準(zhǔn)備工作

（1）施工前，對現(xiàn)場技術(shù)人員及施工操作人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)及安全交底，本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底。通過BIM技術(shù)向施工人員演示施工流程，實(shí)施可視化三維技術(shù)交底，提高交底效率和效果。

（2）與南寧局鐵路運(yùn)輸部門簽訂安全協(xié)議和配合協(xié)議，并按施工計(jì)劃申請辦理慢行點(diǎn)。

（3）對現(xiàn)場實(shí)施詳細(xì)勘查，對受施工影響范圍內(nèi)鐵路接觸網(wǎng)、地下埋設(shè)的管線等，進(jìn)行遷改，或是實(shí)施妥善的臨時(shí)防護(hù)。

（4）制訂安全應(yīng)急預(yù)案，配備相應(yīng)的應(yīng)急救援物資，并于施工前進(jìn)行安全應(yīng)急演習(xí)，使所有施工人員熟悉應(yīng)急程序及救援措施，完善應(yīng)急預(yù)案的不足之處。

（5）按鐵路運(yùn)輸管理部門的要求，對鐵路進(jìn)行防護(hù)，并派駐站聯(lián)絡(luò)員解決現(xiàn)場突發(fā)問題。

5.2 線路加固施工

進(jìn)行剛架橋樁基施工前，采用P50軌3-3-3-3吊軌梁對湘桂鐵路的兩股道進(jìn)行線路加固，加固長度120 m。線路加固期間列車限速45 km/h，加固完成后方可進(jìn)行下一步施工操作。具體加固方法如圖4所示。

圖4 3-3-3-3吊軌梁斷面示意圖

5.3 剛架橋樁基施工

樁基采用人工挖孔法施工方法，施工時(shí)做好鐵路防護(hù)，避免人員、機(jī)具侵入鐵路限界，或有其它影響鐵路安全運(yùn)營的狀況。因湘桂鐵路線為電氣化鐵路，在軌道上方接觸網(wǎng)高壓線，為確保吊裝鋼筋籠時(shí)吊機(jī)及人員的安全，避免發(fā)生觸電或行車事故，下放鋼筋籠計(jì)劃在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。鋼筋籠一節(jié)的長度不超過9 m，主筋采用搭接焊。鋼筋放入前須先按設(shè)計(jì)要求加工完成。

混凝土由拌和站集中供應(yīng)，安裝地泵進(jìn)行砼的泵送入孔。

5.4 承臺(tái)及防護(hù)排樁施工

本橋既有線邊承臺(tái)開挖防護(hù)采用φ25 cm，間距為50 cm鋼筋砼樁，樁長為6 m。承臺(tái)基坑開挖前，先施做防護(hù)排樁，防護(hù)排樁采用小型旋挖鉆成孔。其它工序施工均選擇低高度的小型機(jī)械和設(shè)備。

承臺(tái)開挖后，為避免既有線一側(cè)樁間土（雨季）塌方，承臺(tái)開挖面采用掛φ8@10cm鋼筋網(wǎng)、噴C20混凝土10 cm厚封閉。防護(hù)樁頂施作C30砼連接地梁，使防護(hù)樁形成整體，以加強(qiáng)整體防護(hù)，后續(xù)作為內(nèi)模臺(tái)車走行軌的基座使用。

承臺(tái)鋼筋安裝及砼澆筑方法同樁基礎(chǔ)。

5.5 內(nèi)模臺(tái)車現(xiàn)場拼裝施工

內(nèi)模臺(tái)車按設(shè)計(jì)圖紙分節(jié)段在廠內(nèi)制作，所有焊縫均采用超聲波探傷檢測以確保質(zhì)量，并于廠內(nèi)進(jìn)行臺(tái)車的試拼裝工作，質(zhì)量檢驗(yàn)合格后方可運(yùn)至施工現(xiàn)場。封鎖要點(diǎn)，且接觸網(wǎng)斷電后進(jìn)行內(nèi)模臺(tái)車的拼裝，拼裝采用2臺(tái)50 t汽吊，第1節(jié)段臺(tái)車吊裝就位后，汽吊不松繩，另1臺(tái)汽吊吊裝第2節(jié)段，通過節(jié)點(diǎn)板及螺栓聯(lián)結(jié)兩節(jié)段臺(tái)車，確保臺(tái)車穩(wěn)定后，兩臺(tái)汽吊方可脫鉤。

完成內(nèi)模臺(tái)車節(jié)段吊裝及拼接后，按要求安裝安全防護(hù)網(wǎng)和防電板，經(jīng)全面檢查無誤后，方可接觸網(wǎng)通電及解除封鎖。

5.6 剛架橋墻身施工

剛架橋墻身結(jié)構(gòu)與剛架橋頂板相對應(yīng)，分節(jié)段施工。

在完成內(nèi)模臺(tái)車完成安裝后，于內(nèi)模臺(tái)車兩側(cè)安裝隔離板，對鐵路形成物理隔離防護(hù)后，方可進(jìn)行剛架橋墻身結(jié)構(gòu)的施工，以確保鐵路的行車安全。

剛架橋墻身結(jié)構(gòu)采用拼裝式組合鋼模板，人工支立、校正模板，為避免發(fā)生澆筑砼時(shí)模板穩(wěn)定不移位情況，采取斜撐和多方位焊接的方式將模板固定。

5.7 剛架橋頂板施工

剛架橋頂板采用內(nèi)模臺(tái)車分節(jié)段施工，每次澆筑節(jié)段長度為14 m，分6次完成頂板施工。內(nèi)模臺(tái)車沿著走行軌縱移到安裝位置，通過右側(cè)立柱下的螺旋千斤頂調(diào)整臺(tái)車頂部標(biāo)高至設(shè)計(jì)位置，再通過調(diào)節(jié)絲桿使倒角模板精確就位。

頂板施工時(shí)將內(nèi)模臺(tái)車底模、端模之間的縫隙全部密封防水，以防止水泥漿液漏下污染鐵路。

完成一個(gè)節(jié)段的頂板澆筑，且強(qiáng)度達(dá)到脫模要求后，通過收回可調(diào)絲桿，先將倒角處脫模，再旋回臺(tái)車右側(cè)螺旋千斤頂進(jìn)行整體脫模。完成脫模、全部解除影響臺(tái)車縱移的聯(lián)結(jié)，確認(rèn)原來懸空的右側(cè)走行輪已落實(shí)到走行軌上之后，采用同步液壓牽引器將內(nèi)模臺(tái)車縱移至下一節(jié)段施工位置。牽引臺(tái)車縱移前，適當(dāng)預(yù)緊鋼絞線，以確保兩側(cè)同步行走。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目跨鐵路長大剛架橋采用內(nèi)模臺(tái)車進(jìn)行節(jié)段施工工法，較傳統(tǒng)模板支架法施工而言，具有施工便捷、操作簡單、節(jié)約材料、節(jié)約人工等優(yōu)勢。且內(nèi)模臺(tái)車使現(xiàn)場施工作業(yè)與鐵路運(yùn)營之間有良好的物理隔離，基本消除安全風(fēng)險(xiǎn)，有效解決剛架橋頂板施工難題，保障鐵路正常、安全運(yùn)營，為今后類似工程建筑的施工帶來有益借鑒。本文建議以后該類型臺(tái)車設(shè)計(jì)時(shí)用液壓機(jī)構(gòu)代替可調(diào)絲桿，在臺(tái)車兩側(cè)設(shè)置自動(dòng)走行機(jī)構(gòu)，提高臺(tái)車的機(jī)械化、自動(dòng)化水平。