大跨度鋼箱梁橋跨越既有鐵路施工方法探討

海濤

（甘肅金輪地方鐵路服務有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著我國交通路網的快速發(fā)展，公路交通作為高效、快捷的運輸方式在經濟發(fā)展中起到越來越重要的作用。在路線規(guī)劃中，經常遇有公路與既有鐵路交叉的情形。其中，新建公路橋梁在上跨既有雙線鐵路時，多為大橋形式，跨度多、單跨大。受鐵路行車干擾影響，整橋施工難度大、安全風險高，必須優(yōu)先保證鐵路行車安全，再保證上垮橋在整個施工期間的安全、進度及質量。因此在施工前必須充分結合現場施工條件、橋梁長度、跨數、與既有鐵路設備的位置等影響因素。以G312 線七墩—瓜州公路跨蘭新鐵路為施工案例，通過選用科學合理的施工順序、方法和機械，不僅保證了施工期間的安全、進度及質量，同時最大限度地節(jié)約了施工成本，在同類工程中可起到一定示范作用。

1 項目概況

G312 線七墩—瓜州公路跨越蘭新鐵路公鐵立交橋工程，交叉點里程為蘭新線K916+964.22處。全橋采用1 聯（3×50 m） 鋼筋-混凝土組合梁橋，橋梁總長160.16 m，橋面寬度12.38 m，縱向坡度1.5%，橫向坡度5%，且全橋處在半徑R=430 m 的圓曲線及緩和線上。

橋墩、臺基礎均為樁基礎，共計16 根，樁徑1.20 m，樁長8～14 m。橋臺采用肋板式，橋臺高度10.4 m，耳墻長5.0 m，蓋梁截面采用1.7 m×1.5 m矩形截面。橋墩結構采用承臺、柱式橋墩，1#橋墩高10.5 m，2#橋墩高11.0 m，蓋梁截面采用1.8 m×1.5 m矩形截面。

上部結構采用連續(xù)波形腹板鋼箱組合梁，鋼箱梁質量見表1。主梁采用雙箱單室截面，由開口鋼箱梁和混凝土橋面板通過抗剪連接件組成，兩箱之間設置鋼橫梁，每片主梁高2.25 m、寬3.0 m、長50 m［1］。

表1 鋼箱梁質量表

防撞護欄采用HA 級混凝土防撞護欄，防落網高度>2.2 m，網眼≤0.25 cm2。

2 上垮橋與既有鐵路位置關系

根據施工總平面布置圖，在對全橋墩臺位置現場放樣復核后，全橋墩、臺與既有蘭新鐵路相對位置關系見圖1。1#墩距蘭新上行線中心12.7 m，距上行線防護柵欄約8.0 m；2#墩距離蘭新下行線中心12.4 m，距下行線防護柵欄約8.0 m。

圖1 全橋墩、臺與既有蘭新鐵路相對位置關系

3 總體順序安排及營業(yè)線施工分類

由于上跨處位于蘭新鐵路，蘭新鐵路是繁忙干線，行車密度大，公路施工期間受鐵路行車干擾大，必須制定合理的施工順序及相應的安全措施以確保鐵路行車安全。按照鐵路營業(yè)線施工管理的相關規(guī)定及平面位置關系，結合施工環(huán)境、水文、地質情況，總體施工順序安排如下：

首先進場后必須盡快完成施工影響范圍內所有的通信、信號、電力等光電纜及接觸網的遷改任務；然后選用切實可行的施工方法、施工機械，現場加強組織，盡早完成墩、臺樁基礎及墩身、橋臺等下部結構施工；最后用安全高效的架梁方法，完成上部結構3跨共計6片鋼箱梁的架設、橋面系等施工內容。

上跨橋的關鍵節(jié)點在于跨越蘭新鐵路第2跨鋼箱梁的架設。因此將該處上跨橋樁基礎、墩臺，1、3 跨橋面系等施工項目納入鄰近營業(yè)線施工范圍，將第2跨鋼箱梁架設及橋面系、接觸網、光電纜遷改等需要在天窗內進行的項目納入營業(yè)線施工范圍。

4 施工方法

4.1 樁基礎、承臺施工

依據圖紙地勘資料及現場初步探挖情況，地表2 m以下以中風化石英片巖為主，巖層較硬，樁基礎需選用機械開孔方式。在機械成孔的選擇上，結合樁基長度、鄰近營業(yè)線施工安全風險因素、經濟適用等原則比選（見圖2、圖3）情況如下［2］：

圖2 鄰近鐵路1#、2#墩樁基礎位置示意圖

圖3 1#、2#墩樁基礎鉆機位置示意圖

（1）旋挖鉆機適用于黃土、黏土、粉質黏土、強風化等地層，不適用于沙層、巖層，適合樁身長的情況。結合該處地質、中風化石英片巖較硬，旋挖鉆機整機高度過高，移動過程中有傾倒風險，從地質情況及安全方面考慮后，旋挖鉆機不可用。

（2）沖擊鉆機能適用各種地質情況，適用范圍廣，在施工中采用較多，經濟適用。通過用卷揚機帶動一定質量的沖擊鉆頭，在一定高度內周期性作自由落體運動，沖擊破碎巖層或沖擠土層形成樁孔。該處地質情況適用于沖擊鉆機，且整機高度在6.0 m，既有鐵路路基高度在1.5 m，鉆機放置方向與既有線路垂直，鉆機就位后通過兩道纜風繩與地錨坑固定，防止傾倒，提高了安全系數［3］。

通過比選，樁基成孔方式選用沖擊鉆成孔，孔口設置2.5 m 深鋼護筒，高出地面0.3 m 以上，排渣方式通過泥漿循環(huán)將巖屑鉆渣排出。用2套沖擊鉆機在線路兩側同步交叉作業(yè)，為避免在線路兩側同時施工對鐵路路基產生影響，嚴禁鐵路路基兩側的樁基同步施工，首先安排0#臺、2#墩樁基先同步施工，施工完成后再進行3#臺、1#墩樁基礎。

沖擊鉆孔施工期間，對鐵路路基進行監(jiān)測。在路肩上防護網外側平行于線路布置觀測樁，兩側各布置5個，間距5 m。用L25 cmφ20 mm 的鋼筋，觀測點鋼筋頭為半球形，高出埋設表面50 mm，表面做好防銹處理，用砂漿穩(wěn)固。每天對觀測樁沉降進行監(jiān)測，如發(fā)現異常則立即停止施工，待確認無危險后再進行施工（見圖4）。

圖4 觀測樁示意圖

鉆孔過程中，嚴格按照施工規(guī)范及流程作業(yè)，鉆孔定位要準確，孔中心位置偏差須≤5 cm，鉆孔傾斜度須<0.5%；鋼護筒中心豎直線須與樁中心線重合，平面誤差也要≤2.5 cm；鉆孔深度達到設計高程后，須對孔深、孔徑進行檢查；在清孔排渣時，必須保持孔內水頭，防止坍孔，二次清孔后沉渣厚度不得大于5 cm［4］。

灌注孔樁混凝土時嚴格控制導管埋設深度，混凝土灌注必須連續(xù)澆注完成，時間不得長于首批混凝土的初凝時間。樁基礎施工完成后用超聲波檢測樁身完成性及對試塊抗壓檢測后，16根樁全部為Ⅰ類樁，質量控制良好［5］。

工期方面，各工序之間銜接有序，單根樁4 d 達到成孔深度，0.5 d 完成清孔、下放鋼筋籠及樁身混凝土灌裝，單根樁平均5 d 完成，2 套樁基設備同步進行作業(yè)，所有樁基完成用時45 d，與后續(xù)承臺施工銜接良好，在進度、質量控制方面取得了理想效果。

4.2 橋臺、墩柱、蓋梁施工

橋臺、墩柱、蓋梁施工作為全橋施工中的環(huán)節(jié)，方法較為簡單。在做好復核計算、場地找平、中心軸線放樣等施工準備后，即可開始后續(xù)施工。

施工流程如下：

搭設腳手架施工平臺—鋼筋綁扎—模板施工—混凝土澆筑—混凝土養(yǎng)生。

施工過程中嚴格按照工藝標準進行質量控制，墩臺、蓋梁混凝土澆筑完成后，采取覆蓋綁扎保護膜、灑水等措施做好混凝土養(yǎng)護。在鄰近鐵路兩側進行橋墩施工時，重點加強高空作業(yè)安全管理，避免行車及人身安全事件的發(fā)生。

4.3 鋼箱梁架設

全橋共3 跨，位于半徑430 m 的曲線上，橫向坡度5%，縱向坡度1.5%，每跨均為50 m 的大跨度。第2 跨跨越既有鐵路，必須在規(guī)定的天窗內完成，因此全橋鋼箱梁架設是該工程的重點。

4.3.1 施工場地分析

該橋南側有既有混凝土梁橋，跨越既有蘭新鐵路，結構形式為5×30 m 預應力混凝土箱梁橋，新建鋼箱梁橋與既有混凝土箱梁橋并行。由于鋼箱梁架梁要從橋的一端開始，依次順序進行架設，最便利的情況是能利用完成的橋臺一側路基作為存放梁場地，有利于連續(xù)架設及節(jié)約成本。由于新建鋼箱梁橋兩側橋臺以外的路基屬于其他標段，相應路基、路面還未完工，加之受橋臺后路基過渡段施工影響，鋼箱梁均為50 m，需要占用較大施工場地，鋼箱梁現場拼裝及存放條件受限。

4.3.2 鋼箱梁現場整體拼裝焊接

由于鋼箱梁結構形式特殊，與普通混凝土箱型梁相比鋼箱梁較長，現場制作場地受限且不經濟，因此委托專業(yè)廠家在廠內完成分段加工制作、焊縫探傷檢測、預拼、梁體噴涂、駐場驗收合格等環(huán)節(jié)后，再分段運至現場進行整體焊接。這樣質量易于保證，可靠性強，工廠制作與現場其他工序同步進行，可節(jié)約施工成本，縮短工期［6］。

4.3.3 箱梁架設方案比選

方案1：若全橋鋼箱梁均采用吊車架設，由于施工場地緊鄰蘭新鐵路，又有既有并行公路橋影響，鋼箱梁拼裝及吊裝場地受限。鋼箱梁現場整體焊接完成后，還需完成鋼箱梁內混凝土澆筑，梁體質量增大。在吊裝機械設備選用上，須用2 臺大噸位吊車同步進行。加之跨度大，在吊裝第2 跨時，要跨越既有鐵路，2 臺吊車站位不理想，吊車間距過大，安全風險高。吊裝環(huán)節(jié)中稍有銜接不到位，在給定的天窗時間內將無法完成，會對鐵路運輸造成延誤。從施工成本分析考慮，該方法投入的大型機械設備多，不利于節(jié)約施工成本。

方案2：若全橋鋼箱梁均采用架橋機架設，需在橋臺一側預拼架橋機，鋼箱梁分段運輸至現場后，在拼裝場地完成整體焊接及一期混凝土澆筑后，方可進行連續(xù)架設。由于兩側橋臺以外的路基屬于其他標段，在墩臺施工期間還未完工。橋臺完成后，還要進行橋臺后過渡段填筑、擋墻及護錐施工。該方案需有架橋機、鋼箱梁現場整體拼裝場地，由于受相鄰標段進度影響，架梁及箱梁拼裝場地受限，且該上跨橋只有3跨，橋跨數量少，若橋跨數量多，就有充足的架梁周期。受第2跨架梁天窗的批準等因素影響，全部采用架橋機架設會對工期產生很大影響［7］。

方案3：由于該上跨橋只有3 跨，為減少對工期的影響，墩臺完成后，1、3 跨間搭設臨時支架，在支架上完成1、3 跨鋼箱梁分段吊裝拼裝、焊接及混凝土澆筑，第2 跨再用架橋機進行架設。橋臺完工后，要盡快將臺背過渡段分層填筑完成。同時協調相鄰標段，盡快完成橋臺后水穩(wěn)層、路面攤鋪，作為架橋機及鋼箱梁拼裝場地。由于鋼箱梁在廠內制作，可與墩臺施工同步進行，第1、3 跨鋼箱梁施工期間，第2 跨鋼箱梁可以在臺后完工的路基上進行整體焊接及架橋機拼裝等工作，采用該種施工方法，有利于節(jié)約工期，投入的機械設備較少，也節(jié)約了施工成本。

綜上分析后，采用方案3。

4.3.4 臨時支架

臨時支架施工前，需對原地面進行夯實處理，確保地基承載力符合要求。根據鋼箱梁分段位置，在1、3 跨分別設置3 組臨時支架，支撐位置為分別位于梁體的1/2及1/4處。臨時支架由調節(jié)鋼管、工字鋼、槽鋼、鋼管立柱和基礎組成。調節(jié)鋼管調整標高、工字鋼分配梁重、臨時支架和基礎起臨時支撐和承重鋼梁質量，在鋼箱梁全部架設完成后進行拆除。臨時支架基礎采用鋼筋混凝土條形基礎，結構尺寸為10 m×4 m×0.3 m［8］。

臨時支架采用φ325×10 鋼管立柱，立柱間橫向聯系采用L14a 角鋼，斜撐采用L14×10 角鋼，分配梁采用雙拼H400×150 H 字鋼，立柱頂端布設墊板（墊板用于增大調節(jié)鋼管與分配梁的接觸面積）及調節(jié)鋼管調節(jié)標高，臨時支架構件材質均為Q235。

每個梁段接口位置均設置1 組支架。每組支架由6 根鋼管立柱成長方形布置，鋼管立柱之間由槽鋼橫撐連接，橫橋向鋼管立柱間距為3 m，縱橋向鋼管立柱間距為4.5 m，支架搭設及位置布置示意見圖5、圖6。

圖5 支架結構搭設示意圖

圖6 第1、3跨支架位置示意圖

4.3.5 架橋機選擇

跨蘭新鐵路鋼箱梁橋位于半徑430 m 的曲線上，橫向坡度5%，縱向坡度1.5%，鋼箱梁長50 m。按照上述施工條件，架橋機采用QJ300-50 A3 門式架橋機，額定起重能力300 t，可架設50 m 雙線等跨及變跨箱梁，過孔速度2.3 m/min，小車縱移速度1.5 m/min。適應縱坡度≤±2.5%，橫坡≤5%、曲線半徑>350 m，工作環(huán)境-20～40℃，適應最大風力工作狀態(tài)6 級、非工作狀態(tài)10 級。

運梁采用ZY220-4 四軸運梁車運輸鋼箱梁。主副共八軸，自質量為20 t，最大載質量220 t，負重最慢速為3 m/min。

架運梁設備均滿足現場情況，架橋機現場拼裝完成后，通過當地特種設備檢驗所檢驗，出具檢驗報告［9］。

4.3.6 架橋機過孔

第1步：施工準備，在0#橋臺后組裝架橋機，組裝完成后架橋機試行走、對鋼箱梁進行試吊，確保架橋機穩(wěn)定。線路封鎖前將架橋機移動到圖7 所示位置，前、后支腿及后臨時支腿支墊穩(wěn)固。

圖7 線路封鎖前架橋機工況示意圖

第2步：調度命令下達后，封鎖線路，接觸網停電加掛地線。架橋機操作人員得到施工負責人施工開始指令后，后臨時支腿懸空，架橋機開始運行30 m 后停止（見圖8）。

圖8 架橋機整體前行30 m

第3步：前支腿及后臨時支腿支墊牢固后，后支腿前移30 m，并支墊穩(wěn)固（見圖9）。

圖9 后支腿前移30 m

第4步：收后臨時支腿，架橋機前行20 m，到達2#墩位，下降導梁支腿，并支墊穩(wěn)固（見圖10）。

圖10 架橋機整體前移20 m，導梁支腿到位

第5步：前支腿隨同架橋機進行過孔55 m，到達2#墩大里程指定位置后支墊穩(wěn)固（見圖11）。

圖11 前支腿過孔到達2#墩

第6 步：下降后臨時支腿，支墊穩(wěn)固后，后支腿前移25 m 至1#墩前指定位置后，支墊穩(wěn)固（見圖12）。

圖12 后支腿前移至1#墩

第7 步：導梁支腿及后臨時支腿隨架橋機前移動25 m，到達設計位置，支墊穩(wěn)固，過孔完成（見圖13）。

圖13 橋機整體前移25 m到位

第8 步：對架橋機各部位進行檢查，確保穩(wěn)定后，拆除地線、恢復供電、銷記，恢復鐵路行車。

4.3.7 鋼箱梁架設

第1 步：施工準備，線路封鎖前架橋機工況見圖14，利用準備時間運梁車已到1#墩位，1#天車已掛梁完成。

圖14 運梁車運送鋼箱梁

第2步：調度命令下達后封鎖線路，接觸網停電加掛地線。架橋機操作人員得到施工負責人施工開始命令后，運行1#天車及運梁車同時前進35 m，在運行過程中保證天車及運梁車的同步進行，并進行曲線調整，下落2#天車鋼絲繩，掛吊鉤，并進行安全檢查（見圖15）。

圖15 1#天車及運梁車同步前進35 m

第3 步：1#、2#天車同時運行15 m，使梁到達預定位置（見圖16）。

圖16 1#、2#天車同步前進15 m

第4 步：1#、2#天車同時下降進行落梁，等梁就位后進行橫斷面的臨時連接（見圖17）。

圖17 1#、2#天車同步落梁至墩頂臨時支撐

第5步：鋼箱梁就位后，對臨時支座檢查，梁體穩(wěn)定后，1#、2#天車退回，1#天車退回到1#墩位置，2#天車退回到架橋機尾部，為第2片鋼箱梁架設做施工準備；拆除地線、恢復供電、銷記，恢復鐵路行車（見圖18）。

圖18 1#、2#天車退回

5 質量與安全控制

鋼箱梁橋施工質量按照下部結構、上部結構、橋面系3部分進行質量控制。下部結構中重點要控制成樁質量，從樁基中心偏差、傾斜度、鋼護筒平面誤差、沉渣厚度、樁身完成性、混凝土強度等方面加強管控。上部結構中要對鋼箱梁生產、現場整體焊接環(huán)節(jié)加強管控，制造工藝及焊接工藝必須通過評審，焊縫經外觀檢查合格后方可進行無損檢測，無損檢測應在焊接24 h 后進行，嚴格按照工藝流程控制，以確保鋼箱梁制造加工的質量。橋面系結構施工中，重點對橋面混凝土澆筑、預應力張拉環(huán)節(jié)進行控制。橋面混凝土標號為C50的高標號，因此要嚴格控制好混凝土澆筑質量及后期養(yǎng)護，在橋面板混凝土達到設計強度后，方能進行預應力施工，采用雙端張拉，伸長量及張拉力雙控，并以應力控制為主，伸長量作為校核。預應力張拉完成后，及時完成孔道壓漿。

在鐵路營業(yè)線范圍內進行上跨橋施工，必須遵守鐵路局營業(yè)線施工各項規(guī)定，嚴禁未設置防護、無施工計劃、擅自改變施工方案等?，F場管理及作業(yè)人員經過培訓合格后方能上崗，每日施工前做好安全教育工作，避免違章作業(yè)及危及行車安全的問題的發(fā)生。加強大型機械管理，重點對架橋機作業(yè)環(huán)節(jié)要制定詳細的安全措施，架橋機拼裝結束后，必須經過驗收合格后方可使用。架橋機每安裝一片箱梁，縱向移位前要進行一次全面安全檢查，有問題要及時處理，嚴禁帶病作業(yè)［10］。

6 結束語

在鐵路既有線上進行上跨公路橋施工時，因鄰近鐵路兩側橋墩樁基礎、跨越鐵路鋼箱梁架設受鐵路行車影響大，要從進度、安全、質量方面綜合考慮，因地制宜，制定出經濟合理、安全高效的施工方法。該處上跨鐵路鋼箱梁橋施工，結合現場情況，從樁基、鋼箱梁架設施工方法的選擇上重點進行了分析，需要重點控制的質量、安全關鍵點進行了總結，為同類鋼箱梁橋上跨鐵路施工提供了相應的施工經驗。通過選用科學合理的施工方法，在安全、進度、質量、效益方面實現最大化，提供了一定的參考價值。