上跨鐵路既有線連續(xù)箱梁頂推施工

王若海

（四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司大橋工程分公司，四川 成都 610071）

1 引言

隨著我國高速公路、鐵路的迅猛發(fā)展，上跨鐵路、高速公路的跨線橋梁越來越多?？缇€橋梁受施工時間、施工場地、橋下凈高等因素的影響較大，采用轉(zhuǎn)體、支架現(xiàn)澆或預(yù)制安裝等施工工藝，從經(jīng)濟、技術(shù)和安全以及社會效益等方面來比較，均不如頂推法施工工藝。頂推法施工在一般的橋梁施工中雖然較為常見，但在上跨鐵路、高速公路頂推施工時，受到外部干擾、作業(yè)時間、安全風(fēng)險等諸多因素的制約，比一般的頂推施工更有其特殊的要求。為保證既有線的運營安全，編制技術(shù)合理、安全可靠的施工方案是上跨既有線頂推施工的關(guān)鍵。

文章根據(jù)巴南廣高速公路達成鐵路跨線橋工程實例，對連續(xù)箱梁跨越既有線頂推施工方案進行技術(shù)總結(jié)。該方案是在國內(nèi)外成熟的頂推施工技術(shù)基礎(chǔ)上，針對上跨國家Ⅰ級干線鐵路——達成鐵路的實際情況進行改進、創(chuàng)新、優(yōu)化而形成的。方案通過在巴南廣高速公路達成鐵路跨線橋上成功應(yīng)用，證明該方案技術(shù)可靠，經(jīng)濟效益、社會效益顯著，對同類工程的施工具有一定的借鑒作用。

2 工程概況

達成鐵路跨線橋位于巴南廣高速公路南充段，于K118+380處跨越達成鐵路。達成鐵路連接達州至成都，全長334公里，為國家Ⅰ級干線，被譽為西南第一鐵，1997年12月投入運營，2009年7月完成復(fù)線建設(shè)并投入使用，時速由以前的80公里提高到200公里，現(xiàn)有和諧號列車運營。

達成鐵路跨線橋按左、右幅進行設(shè)計，其上部結(jié)構(gòu)為18+32+18 m三孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋軸線與鐵路股道中心線交角為108°，交叉點位于達成鐵路下行線K54+100、上行線K53+550處?？缇€橋左右幅采用錯孔布置，左右幅全長均為75 m。橋梁全寬28.5 m，每幅橋全寬14.1 m，兩幅之間為0.3 m的分隔帶。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、柱式臺，樁基礎(chǔ)。橋型總體布置見圖1。

圖1 橋型總體布置圖（單位：cm）

連續(xù)箱梁高2.2 m，采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，懸臂長2.25 m，懸臂板端部厚度0.18 m，根部厚度0.5 m，箱梁頂板厚度0.28 m，底板厚度0.35 m，腹板厚度0.45~0.85 m。半幅橋箱梁全長68 m，重23 751 kN，每延米重349.28 kN/m。連續(xù)箱梁橫斷面見圖2。

圖2 連續(xù)箱梁橫斷面圖（單位：cm）

3 施工方案比選

頂推法施工按頂推動力裝置的大小、數(shù)量以及布置形式分為單點或多點頂推。單點頂推是將噸位較大的頂推動力裝置集中布置在一個墩（臺）上，其余墩、臺只設(shè)置滑動支承。多點頂推是將噸位較小的頂推動力裝置分別布置在多個墩、臺上，將頂推力分散到各墩、臺上。

頂推法施工按頂推動力裝置的類別又可以分為步距式和連續(xù)式頂推。步距式由水平千斤頂和豎直千斤頂組合而成，頂推時先由豎直千斤頂將梁體頂起，再由水平千斤頂頂推豎直千斤頂，使豎直千斤頂帶動梁體向前移動。連續(xù)式一般采用串聯(lián)穿心式千斤頂、牽引束、拉錨器等裝置實現(xiàn)梁體的連續(xù)頂推（拖拉）。

本工程實例對多點、單點及步距式三種頂推方案進行了比選，結(jié)果如下所述：

3.1 多點頂推

在0號橋臺、2號橋墩及3號橋臺上各設(shè)置2臺小噸位自動連續(xù)千斤頂。優(yōu)點是千斤頂噸位較小，同時利用千斤頂傳遞給墩、臺的向后水平反力來平衡梁體在墩、臺上滑移時因摩阻力對墩、臺產(chǎn)生的向前水平推力，這也是國內(nèi)一般的頂推橋施工大多采用多點頂推的原因之一。但由于本工程上跨既有線，其缺點在于牽引束跨越既有線高壓接觸網(wǎng)非常困難，且在既有線高壓接觸網(wǎng)之上布設(shè)牽引束，不論是對梁體的頂推作業(yè)還是既有線的正常運行，都存在很大的安全風(fēng)險。

3.2 單點頂推

本工程箱梁預(yù)制場布置在0號橋臺后的路基上，故在靠近箱梁預(yù)制場的0號臺上設(shè)置2臺ZLD350型自動連續(xù)千斤頂。其優(yōu)點是牽引束避免了跨越既有線高壓接觸網(wǎng)，對頂推施工和既有線行車安全有利。但缺點是頂推力集中于0號臺，同時由于各墩、臺沒有水平千斤頂傳遞的向后水平反力來平衡梁體滑移時在墩、臺上產(chǎn)生的摩阻力，因此各墩、臺所受的水平推力較大，不利于橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

3.3 步距式頂推

步距式頂推其優(yōu)點是所用頂推設(shè)備簡單，省去了牽引束、拉錨器、反力架等頂推裝置，對既有線的影響最小。但缺點是頂推速度較慢，無法滿足鐵路部門規(guī)定的Ⅱ級施工在115 min內(nèi)將鋼導(dǎo)梁從1號墩頂推至2號墩（頂推距離32 m）的要求。

3.4 比選結(jié)果

從以上頂推施工方案的對比中可以看出，要克服多點頂推和步距式頂推的缺點是非常困難的，因此在初步計算連續(xù)箱梁所需頂推力、單個墩、臺所能承受的最大水平推力、梁體對單點與多點拉力的敏感程度，并結(jié)合本工程現(xiàn)場條件、設(shè)計要求和頂推設(shè)備現(xiàn)狀的情況下，為避免牽引束布設(shè)時跨越既有線，同時為了在鐵路部門規(guī)定的時間段內(nèi)將鋼導(dǎo)梁頂推至2號墩，本橋連續(xù)箱梁選用三孔整體預(yù)制、單點頂推法施工，即在0號橋臺背后路基上布設(shè)預(yù)制梁場與預(yù)制臺座，在制梁臺座上設(shè)連續(xù)滑道，同時在制梁臺座上拼裝鋼導(dǎo)梁。在0號臺布置2臺（半幅橋）ZLD350型自動連續(xù)頂推千斤頂及2臺液壓泵站，與錨固在箱梁尾部后錨梁（拉錨器）上的鋼絞線組成頂推系統(tǒng)。方案比選結(jié)果見表1。

表1 頂推施工方案比選結(jié)果

ZLD350型自動連續(xù)千斤頂最大頂推速度為18 m/h，可在鐵路部門規(guī)定的時間內(nèi)完成頂推施工作業(yè)。

4 頂推施工方案的優(yōu)化

4.1 頂推系統(tǒng)

連續(xù)頂推（俗稱“拖拉式”）通常是將水平連續(xù)千斤頂設(shè)置在墩、臺上，并與設(shè)置在箱梁底板或外腹板兩側(cè)的拉錨器通過牽引束的連接組成頂推系統(tǒng)。該方式隨著梁體不斷向前頂推（拖拉），牽引束也將逐漸從千斤頂?shù)那岸死觥ｈb于本橋0號臺位于既有線邊坡上，距鐵路上行線約20 m，拉出的牽引束很有可能侵入鐵路限界，因此對頂推系統(tǒng)的設(shè)置做了改進，將千斤頂與拉錨器的位置前后互換，即在0號臺放置千斤頂?shù)奈恢酶臑榍板^固端，而將千斤頂設(shè)置在箱梁尾端的后反力架上，經(jīng)改進后，千斤頂隨箱梁的頂進向前移動，而牽引束從千斤頂?shù)暮蠖送顺龊罅粼陬A(yù)制梁場內(nèi)原地不動，此方式作為頂推法施工更加名副其實（可俗稱“頂進式”），這樣既解決了牽引束的侵線問題，又為牽引束的回收和另外半幅箱梁的再次使用提供了便利。

4.2 對墩、臺的加固措施

由于采用單點頂推，頂推力集中于0號臺，其他墩、臺無水平千斤頂反力來平衡梁體滑移摩阻力，故墩、臺頂部水平推力較大。為保證永久結(jié)構(gòu)的安全，墩、臺需做加固處理，其處理的原則是分析出梁體在整個頂推施工過程中各墩、臺所承受的最大支反力及最大水平推力，在此工況下計算出各墩、臺的內(nèi)力、墩頂水平位移及墩柱裂縫寬度，根據(jù)計算結(jié)果制定相應(yīng)的墩、臺加固措施。

5 頂推施工主要設(shè)備介紹

5.1 頂推動力裝置

頂推動力裝置主要由頂推千斤頂、油泵、主控臺及錨固、反力架等組成，在箱梁尾端（半幅橋）共設(shè)2臺ZLD350型自動連續(xù)千斤頂，可滿足要求。

5.2 鋼絞線牽引束

鋼絞線牽引束是將頂推千斤頂提供的頂推動力傳遞給箱梁的裝置，采用公稱直徑為φ15.2 mm，強度級別為1 860 MPa鋼絞線進行牽引。每臺千斤頂鋼絞線數(shù)量為31根。

5.3 鋼導(dǎo)梁

鋼導(dǎo)梁是為了減小頂推過程中梁體懸臂狀態(tài)的負(fù)彎矩，在梁體前端對應(yīng)腹板位置設(shè)置的變截面工字形實腹鋼板梁。作為梁體在頂推過程中的主要受力結(jié)構(gòu)，鋼導(dǎo)梁在頂推過程中起非常關(guān)鍵的作用，它必須有足夠的剛度和連接強度。鋼導(dǎo)梁采用工廠定制，現(xiàn)場拼裝方式。鋼導(dǎo)梁的設(shè)計長度為22 m，分三段拼裝設(shè)計，采用Q345D鋼材，材料質(zhì)量應(yīng)滿足《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB700-2006）和《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-2008）規(guī)范的相關(guān)要求。

5.4 滑道系統(tǒng)

滑道系統(tǒng)是實現(xiàn)箱梁順利頂推的關(guān)鍵，由制梁臺座滑道和各墩臺滑道組成。制梁臺座滑道包括滑道板、滑塊和蓋板，墩臺滑道包括滑道墊塊、滑道板和滑塊。

（1）制梁臺座滑道。制梁臺座滑道采用連續(xù)滑道，在制梁臺座連續(xù)滑道墻上滿鋪滑道板、滑塊、蓋板?；腊逵? 146 mm×796 mm×20 mm的Q235鋼板，通過沉頭螺栓外包2 mm厚的不銹鋼板組成?；瑝K采用鋼板夾層熱壓橡膠與聚四氟乙烯板在工廠以特殊工藝壓制而成，結(jié)構(gòu)尺寸為600 mm×200 mm×26 mm、600 mm×150 mm×26 mm，其抗壓標(biāo)準(zhǔn)值不低于30 MPa，抗壓設(shè)計值10 MPa。蓋板由1 075 mm×820 mm×5 mm、1 075 mm×800 mm×10 mm兩種規(guī)格的Q235鋼板焊接而成，作為底模的一部分，為防止箱梁澆筑混凝土?xí)r漏漿，蓋板上下板前后錯位10 mm，與底模連接處錯口10 mm，以子母口形式連接。

（2）墩臺滑道。墩臺滑道是箱梁沿頂推方向前進的重要支點滑道，采用型鋼與鋼板組合的結(jié)構(gòu)形式，墩臺滑道與預(yù)埋在蓋梁、臺帽頂面上的預(yù)埋鋼板進行焊接固定于墩臺上。

5.5 限位及糾偏系統(tǒng)

（1）限位裝置。限位裝置通過精軋螺紋鋼固定在制梁臺座的外側(cè)，以限制箱梁尾端的橫向位置，限位器與箱梁接觸處采用軸承，可隨箱梁移動而轉(zhuǎn)動從而限制箱梁偏移，以滿足頂推施工精度要求。限位裝置可視箱梁的行進交替前移。

（2）糾偏裝置。頂推糾偏分主動糾偏與被動糾偏。主動糾偏利用頂推千斤頂進行糾偏，頂推時，持續(xù)觀測，及時糾偏，通過左右兩臺連續(xù)千斤頂施加頂推力不同進行糾偏（有紅外線靶子及測量儀器兩種方法觀測）根據(jù)不同位置的偏移量采用不同方法進行糾偏，主要觀測箱梁和永久墩的彈性橫向位移。當(dāng)橋軸線偏移量過大，左右兩臺連續(xù)千斤頂施加的頂推力相差太大時，應(yīng)采用被動糾偏系統(tǒng)進行糾偏，被動糾偏系統(tǒng)由糾偏支架和糾偏楔塊或手動螺旋千斤頂組成。糾偏支架由型鋼和鋼板焊接而成，通過設(shè)置在蓋梁側(cè)面的預(yù)埋鋼板與型鋼反力架焊接，糾偏楔塊由兩塊鋼楔塊組成。

6 結(jié)語

本工程采用單點頂推法施工，有以下特點：

（1）現(xiàn)場制梁，工廠化施工，質(zhì)量容易控制，施工不受場地、地形和行車的影響。

（2）根據(jù)跨線橋的特殊性，對一般頂推法工藝做了進一步的改進和創(chuàng)新，對既有線的影響小，確保了鐵路的運營安全。

（3）頂推設(shè)備自動化程度高，施工進度快，梁體在頂推過程中速度快、運行平穩(wěn)、安全可靠，完全能滿足鐵路部門對施工時間的要求。

（4）采用墩臺加固措施，提高了橋墩的剛度，在頂推過程中極少出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，保證了橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

綜上所述，本橋在不影響既有線正常運營的情況下，克服了跨線橋頂推施工時間短、安全要求高等諸多不利因素的影響，順利地將預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁頂推跨越達成鐵路，為跨線橋上部結(jié)構(gòu)頂推施工積累了一些成功的經(jīng)驗，對今后的類似工程具有一定的參考價值。