上跨既有線門式墩施工技術(shù)研究

封 寧 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

新建鐵路上跨既有線時(shí)，通常采用鋼橫梁跨越，或者連續(xù)梁跨越。大跨徑連續(xù)梁跨線投資較大，一般需要轉(zhuǎn)體施工。此外，采用門式墩鋼橫梁跨越既有線，雖然安全性較高，但是在大跨徑中存在技術(shù)施工短板，鋼橫梁跨度小，空間狹小處起重安裝存在困難、作業(yè)面受限。采用門式墩混凝土橫梁跨越既有線能夠較好地解決大跨度問題，特別是連續(xù)上跨2 條以上的鐵路時(shí)，是不宜用連續(xù)梁跨越既有線情況下的一種技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的施工方法。

1 工程概況

新建鹽通鐵路海安特大橋1164#墩-1166#墩，設(shè)計(jì)施工里程DK98+260.95-DK98+310.35 處跨越海安站貨場(chǎng)走行線采用門式墩混凝土橫梁。其中1164#上跨HZ2 線，1165#及1166#分別上跨HZ1、HZ2線，跨度分別為16 m、26 m、25 m，采用下承式吊架施工，門式墩平面布置圖見圖1。

圖1 門式墩平面布置圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門式墩為混凝土立柱，立柱截面為2.5 m×2.5 m。結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 門式墩立面圖

3 施工方法

3.1 支架設(shè)計(jì)

根據(jù)門式墩結(jié)構(gòu)形式、施工環(huán)境及地質(zhì)資料特點(diǎn)，既有線列車通過凈空要求為5.5 m，采用傳統(tǒng)支架形式不能夠滿足設(shè)計(jì)要求，門式墩采用下承式吊架施工可解決支架設(shè)計(jì)凈空不足的問題。貨場(chǎng)走行線軌面標(biāo)高6.02 m，混凝土橫梁梁底標(biāo)高12.576 m，凈空6.556 m。按照鐵路基本貨物運(yùn)輸限界有關(guān)規(guī)定，保證機(jī)車車輛安全通行所必需的橫斷面最小尺寸的建筑接近限界為5.500 m，剩余1.056 m的可利用空間，要求混凝土橫梁支架設(shè)計(jì)高度不能侵限，只能在列車通過凈空要求的5.500 m范圍外進(jìn)行支架設(shè)計(jì)及施工。

1164#-1166#門式墩支撐方式采用下承式鋼管貝雷支架法，由鋼管立柱、工字鋼橫梁、貝雷片縱梁及型鋼分配梁、方木、精軋螺紋鋼吊掛系統(tǒng)組成。貝雷梁作為主梁，下橫梁采用2I36a 型鋼，間距1 m，上部縱向布置12.6 工字鋼+橫向方木+20 mm 竹膠板，采用φ25 精軋螺紋鋼穿心懸吊，組成臨時(shí)支撐支架體系。列車通過處支架所占高度為0.68 m，懸吊支架在列車建筑接近限界以外，施工期間列車可安全通行。

支架結(jié)構(gòu)傳力途徑為：模板—方木-精軋螺紋鋼吊掛系—工字型分配梁—貝雷片縱梁—工字鋼橫梁—立柱。鋼立柱采用外徑62 cm，壁厚1 cm 的鋼管立柱，直接布置在承臺(tái)上，與承臺(tái)預(yù)埋鋼板連接。每個(gè)承臺(tái)鋼管立柱設(shè)兩排，每排兩個(gè)，每排鋼立柱間采用縱向連接系加固。柱頂上設(shè)置HN700×300 橫梁，作為墊梁，墊梁上設(shè)置貝雷梁作為受力縱梁，貝雷梁上設(shè)置2[36a 作為下橫梁。以1166#門式墩為例，具體支架布置詳見圖3、圖4。

圖3 門式支架立面布置圖（一）

圖4 門式支架立面布置圖（二）

3.2 計(jì)算取值

本計(jì)算采用容許應(yīng)力法計(jì)算。

（1）Q235B 鋼材允許應(yīng)力［σ］=170 MPa, 驗(yàn)算支架的剛度時(shí)，其變形值不得超過下列數(shù)值：橫梁中跨彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)跨度的1/400,邊跨彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)跨度的1/250。

（2）貝雷梁采用數(shù)據(jù)（單層單排不加強(qiáng)型貝雷梁）：

貝雷梁：321型3 m×1.5 m；

桁片慣矩：〔I〕=250 497.2 cm4；

桁片截面模量：〔W〕=3 578.5 cm3；

弦桿允許內(nèi)力：〔N〕=560 kN；

豎桿允許內(nèi)力：〔N〕=210 kN；

斜桿允許內(nèi)力：〔N〕=171 kN；

允許撓度：f=L/400；

彈性模量：E=2.1×105 MPa。

（3）設(shè)計(jì)荷載取值：

鋼筋混凝土容重標(biāo)準(zhǔn)值：q1=26 kN/m3；

模板自重標(biāo)準(zhǔn)值：q2=2.69 kN/m2；

施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值：q3=2.5 kN/m2；

振搗荷載：q4=2.5 kN/m2;

沖擊荷載：q5=2.0 kN/m2;

3.3 支架計(jì)算

采用Midas軟件對(duì)支架強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。

（1）下橫梁計(jì)算（圖5）

圖5 施工吊架斷面圖

下橫梁采用2[36a型鋼，上下翼緣分別加5 mm厚的蓋板，下橫梁看作簡(jiǎn)支梁，間距1 m。

荷載q=(q1×3.3+q2+q3+q4+q5)×1=（26×3.3+9.19）×1=94.99 kN/m。

計(jì)算結(jié)果如下：

由圖6可知，σ=136.4 MPa＜［σ］=170 MPa,滿足要求。

圖6 應(yīng)力仿真圖

由圖7 可知，中跨最大位移δ=8.0 mm＜L/400=4556/400=11.4 mm，滿足要求。

圖7 位移仿真圖

（2）貝雷梁計(jì)算

采用Midas軟件，計(jì)算模型如下：

圖9 豎桿內(nèi)力仿真圖

圖10 斜桿內(nèi)力仿真圖

圖11 位移仿真圖

由圖 8、9、10、11 可知，最大撓度f=11.1 mm＜L／400=（1500-520+9000+808）/400=26.97 mm，滿足要求；

圖8 弦桿內(nèi)力仿真圖

弦桿最大內(nèi)力N=187.44 kN＜〔N〕=560 kN，滿足要求；

豎桿最大內(nèi)力N=121.6 kN＜〔N〕=210 kN，滿足要求；

斜桿最大內(nèi)力N=139.8 kN＜〔N〕=171 kN, 滿足要求。

（3）橫梁計(jì)算

橫梁采用 3I45a 型鋼，截面特性：A=30 600 mm2，W=4 293 333 mm3，I=966 000 000 mm4；

經(jīng)計(jì)算模型仿真，最大應(yīng)力σ=53.2 MPa＜［σ］=170 MPa，滿足要求；

中跨最大位移δ=1.3 mm＜L/400=3540/400=8.9 mm，滿足要求；

邊跨最大位移δ=2.5mm＜L/250=1500/250=6.0 mm，滿足要求。

（4）鋼管柱計(jì)算

鋼管樁采用 φ620×12 mm 的鋼管,截面特性：A=22 921 mm2，W=3 417 900 mm3，I=1 059 548 920 mm4；

經(jīng)計(jì)算模型仿真，鋼管柱最大豎向荷載：970.6 kN；

鋼管柱容許承載力：［N］=A［σ］=22921×140/1000=3208.94 kN＞970.6 kN，滿足要求。

（5）吊掛系統(tǒng)計(jì)算

考慮最不利狀態(tài)，下橫梁反力由一根吊桿承受。吊桿采用φ25（PSB830)的精軋螺紋鋼；

經(jīng)計(jì)算模型仿真，單根吊桿最大拉力為：145.5 kN;

允許拉力為：N=π×12.52×830×0.5/1000=203.71 kN＞145.5 kN，滿足要求。

4 施工步驟

4.1 下部結(jié)構(gòu)施工

按照經(jīng)主管部門評(píng)審過的專項(xiàng)施工方案進(jìn)行基礎(chǔ)施工，嚴(yán)防機(jī)械材料侵限、傾覆，嚴(yán)格“一機(jī)一人”防護(hù)，加強(qiáng)第三方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格執(zhí)行集團(tuán)公司營(yíng)業(yè)線施工安全管理規(guī)定相關(guān)要求。

4.2 混凝土橫梁施工

搭設(shè)鋼管支柱，貝雷梁、型鋼，對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓重量不小于最大施工荷載的110%，消除支架的非彈性變形。立模，澆筑橫梁混凝土（包括墩頂以下1.5 m），預(yù)留橫梁預(yù)應(yīng)力管道。

待門式墩混凝土橫梁混凝土彈性模量及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%，齡期大于7天后，按設(shè)計(jì)方案依次做張拉封錨，最后拆除臨時(shí)支架。橫梁預(yù)應(yīng)力灌漿強(qiáng)度達(dá)到100%后，方可架梁。

施工期間嚴(yán)格施工計(jì)劃管理，按計(jì)劃、有組織的進(jìn)行施工；嚴(yán)格施工條件確認(rèn)、合理技術(shù)勞力配置；加強(qiáng)過程環(huán)節(jié)管控，健全防護(hù)體系手段；超前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)想研判，科學(xué)應(yīng)急體系預(yù)案；嚴(yán)格執(zhí)行集團(tuán)公司營(yíng)業(yè)線施工安全管理規(guī)定相關(guān)要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，采用下承式吊架法施工門式墩混凝土橫梁，解決了新建鐵路跨既有線路凈空受限問題。通過計(jì)算驗(yàn)證了臨時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為類似的工程提供了可參考的施工方案與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新線上跨、路網(wǎng)交叉施工等場(chǎng)景也有一定的借鑒意義。