大新站鋼桁梁人行天橋過渡施工技術

梁建忠

(太原鐵路局 安全質量監督站，太原 030013)

1 工程概述

北同蒲線大新站既有人行天橋為5跨(26.7+37.5+32.0+30.2+38.4)m鋼桁梁結構，橋面凈寬3 m，跨越3場27股道電化線路，是大新站旅客進出站與鐵路作業人員跨場作業的唯一通道。由于北同蒲應急擴能改造工程——大新站站場施工，引起既有天橋的接長與改造，改造后天橋標準與既有相同，跨越35股道電化線路，為6跨(30.15+37.50+32.00+30.20+40.38+40.38)m鋼桁梁結構，挖孔樁基礎、薄壁墩臺，主要工作量為拆除既有 1#、2#、6#墩臺并新建 1#、2#、6#、7#墩臺;拆除既有 1 跨、5 跨桁梁并新設 1 跨、5跨、6跨桁梁。見圖1。

圖1 天橋立面圖(單位:mm)

1)該天橋為大新站通行及作業的唯一通道，在施工過程中不得中斷，依照運輸部門下達的施工計劃，天橋中斷時間不超過18 h，而且既有2#、6#墩臺與設計2#、6#墩臺位置疊加，在18 h內完成桁梁拆除、墩臺拆除、新建墩臺、架設桁梁等一系列工作的可能性很小，因此本天橋施工需與站場過渡施工結合進行。首先新建不影響既有線路的1#、7#墩臺，在2#、6#墩臺兩側鐵路股道間設臨時支撐體系，然后結合站場過渡施工封鎖點，整體吊裝拆除既有第1跨、第5跨桁梁(第2跨桁梁利舊)，架設新1跨、5跨、6跨梁至臨時支撐過渡，封鎖點后開通天橋。封鎖點外拆除既有2#、6#墩臺，新建2#、6#墩臺，最后，封鎖天橋3 h，落梁至新設墩臺。由于桁梁自重大，而且天橋上跨鐵路線與接觸網，臨時支撐只能設在既有鐵路線間，施工場地狹小且安全問題突出，因此臨時支撐的設計與實施是本工程的重點與難點。

2)大新站天橋距離鐵路接觸網不足1 m，分段拆除與安裝安全不易保證，而整體拆除與安裝又由于上跨35股電化線路，汽車起重機作業面狹小，加之接觸網的影響，起重機吊裝不能一次到位，擬采取3臺起重機空中接力施工，因此桁梁的拆除與安設吊裝過程中的安全問題是本工程的又一重點與難點。

2 臨時支撐方案比選

天橋臨時支撐設在站場股道間，股道最大線間距6.5 m，臨時支撐方案的優劣對鐵路線路施工和鐵路運輸都會有較大的影響，因此，臨時支撐方案設計的首要原則便是安全、簡潔，盡量減少對既有鐵路線路的影響，把施工對運輸的影響降到最低。根據這一原則，擬定了如下三套施工方案:

方案一:在設計2#、6#墩臺兩側各設兩個枕木垛，將梁支撐在枕木垛支撐上。

方案二:在設計2#、6#墩臺兩側各設兩個框架式支撐，如圖2。每個框架式支撐由6根立柱、2根橫梁和2根縱梁組成，6根立柱設在三股線路兩線間，分為兩排，每排3根，間距1.75 m，高8.27 m，采用 φ219 mm鋼管制作。基礎采用C10混凝土明挖基礎，預埋φ24 mm螺栓與立柱法蘭連接，每排3根立柱上設支撐橫梁，橫梁由兩根I20工字鋼并排拼裝組成，長3.8 m，橫梁上順天橋方向設兩根I45a支撐縱梁，每根長7 m，支撐于天橋桁架兩個下弦節點間。立柱、橫梁、縱梁及桁架間采用U形卡連接，立柱間采用剪刀撐，立柱外設拉桿支撐以增加框架整體橫向剛度。

方案三:在設計2#、6#墩臺兩側各設兩個門式支撐，如圖3。每個門式支撐由2根立柱、1根橫梁組成，2根立柱設在同一股道間，間距3.5 m，高8.27 m，采用φ351 mm鋼管制作。基礎采用φ1.25 m C20混凝土挖孔樁基礎，預埋φ24 mm螺栓與立柱法蘭連接，橫梁由3根 I20工字鋼并排拼裝組成，長3.8 m，支撐于天橋桁架下弦節點。立柱、橫梁及桁架間采用U形卡連接，立柱間采用剪刀撐，立柱外設拉桿支撐以增加框架整體橫向剛度。

圖2 方案三門式支撐(單位:mm)

圖3 臨時支墩結構圖(單位:mm)

既有線施工首先必須考慮施工對運營的影響，方案一雖然方法簡單，易于實施，安全易于保證，但枕木垛支撐需設在既有股道上，需長時間封鎖既有線路，對運營干擾極大，因此方案一不可行。方案二框架式支撐結構穩定，縱梁支撐于兩下弦節點間，避免應力集中，立柱設于兩線間不影響既有線路運營，從支撐體系本身來講安全性最優，但方案二縱橫梁跨越接觸網，距接觸網小于安全距離，而且結構體系過于復雜，與既有線站場施工交叉影響較大，非最優方案。方案三在方案二的基礎上進行了優化，對基礎、立柱與橫梁進行了加強，施工方法較為簡便，不需跨越接觸網，該方案為可行方案。

3 臨時支撐體系設計

以6#墩臺右側第五跨梁下門式支撐為例，如圖4。

圖4 臨時支墩荷載圖(單位:m)

基礎為φ1.25 m(D′=1.25 m)C20混凝土挖孔樁基礎，樁長 L=5 m，2根立柱間距3.5 m，高8.27 m，采用φ351 mm(D=351 mm)鋼管制作，壁厚10 mm。橫梁由3根I20工字鋼并排拼裝組成，長3.8 m，支撐于天橋桁架下弦節點。

支墩中心線距梁端6.068 m，距支撐節點中心0.018 m，近似認為支撐在節點中心。

孔口高程1 080.53 m，0～0.8 m雜填土，黑色，潮濕;0.8～10.0 m新黃土，黃褐色，堅硬。其中3.35～6.35 m為硬塑性黃土，6.35 m以下為可塑性黃土，無水。

3.1 荷載計算

自重:跨度為40.38 m鋼桁梁重580 kN。

行人荷載:按5 kPa考慮。

風雪等其它荷載:按0.3 kPa考慮。

跨中總集中荷載為

計算圖式如圖4。

解得，RB=719 kN

另，防止橫移角鋼、支座上下壓板，橫梁及小型配件總重0.414 t。

按雙柱設計，則每根柱承擔的荷載為719/2+4.14/2=362 kN。

考慮不可預見外力后柱頂軸力 N=362×1.2=434 kN

3.2 外徑與構件比

據鋼結構設計規范(GB50017—2003)之規定:圓管截面的受壓構件，其外徑與構件之比不應超過100。本結構351/10=35.1＜100。

3.3 軸心受壓圓管強度

3.4 長細比λ

回轉半徑i=(D/4)×(1+α2)1/2

其中α=d/D=331/351=0.943

長細比

3.5 壓桿穩定性

查表，δ=0.847

3.6 柱對基礎局部混凝土壓應力檢算

柱底壓力N1=434+9.1(混凝土柱重)=443.1 kN

柱底面積 A′=πD2/4=96 712 mm2

柱底壓應力 σ=N1/A′=443 100/96 712=4.5 MPa＜5.4 MPa

3.7 樁基摩阻力

樁周摩阻應力為75 kPa

未考慮基底承載力，即可滿足條件。

3.8 橫梁檢算

橫梁僅起到將兩柱連為一整體的作用，桁架的作用力通過下弦桿傳至橫梁，橫梁傳到柱子上，由于橫梁的中間和兩端作用力很小，故不需檢算。

4 方案實施(以5跨、6跨梁為例)

4.1 臨時支撐設置

1)挖孔樁施工:采用人工挖孔，內徑 φ1.25 m鋼筋混凝土圓管防護，隨挖隨沉管，確保線路及人身安全。C20素混凝土灌注，樁頂預埋φ24 mm螺栓。

2)立柱安裝:立柱采用8 t吊車起吊，作業人員支護，調整方位后，連接立柱底部法蘭與基座預埋螺栓，立柱間用角鋼剪刀撐焊連，外側加設拉桿，以保證立柱的整體穩定性。

3)橫梁安裝:橫梁通過U形卡將3根I20工字鋼并排拼裝而成，整體吊裝至立柱頂端安放，焊接牢固。

4)支座、限位角鋼安裝:將板式橡膠支座夾于兩塊鋼墊板間通過M25螺栓連接后，下墊板與橫梁頂部焊連，上墊板與限位角鋼焊連。

4.2 封鎖點前準備工作

1)首先施工不影響線路預鋪工作的7#墩臺和6#梁下臨時支撐，由于5#梁下臨時支撐侵入既有107道線路限界，在線路封鎖施工前5日，封閉線路107道，進行5#梁下臨時支撐施工。

2)拆除既有桁梁上各種管線與設備，解除桁梁約束。

3)根據汽車吊走行路徑鋪設臨時道口，根據起吊半徑確定汽車吊位置，制訂汽車吊入場方案。

4)明確與運輸、供電、車站配合方案，簽定配合協議，排空施工范圍內的車輛。

4.3 封鎖點內施工

1)采用空中接力法，由3臺汽車吊拆除既有第5跨桁梁。如圖5。

圖5 大新站人行天橋吊裝示意(單位:m)

①100 t吊車和250 t吊車進入南面股道以外的空余場地，80 t吊車進入101、102、103股道間，同時將影響吊車起臂的接觸網進行局部撥移。

②起吊時，100 t和80 t吊車先起鉤，將梁吊起后順天橋方向向250 t吊車方向移位(100 t吊車作業半徑7 m，伸臂長度19.6 m，起重量410 kN;80 t吊車作業半徑7 m，伸臂長度19.6 m，起重量300 kN)。

③100 t和80 t吊車同時起吊，移至250 t吊車的作業范圍內。

④250 t吊車起吊逐步承重(250 t吊車作業半徑10 m，伸臂長度25.4 m，起重量810 kN)，80 t和100 t吊車摘鉤，用250 t吊車將桁架吊起，放至地面指定位置。

2)采用空中接力法，由3臺汽車吊吊裝新第5跨、6跨桁梁，落梁至臨時支撐。

3)吊車摘鉤后，迅速向外移車，檢查線路、恢復接觸網，開通線路，開通天橋。

4.4 封鎖點后施工

1)拆除既有墩臺:搭設腳手架，用模板圍護既有墩臺，在圍護內拆除混凝土墩臺，防止機械及混凝土塊侵入鐵路限界。

2)新建墩臺:既有墩臺拆除后，在設計位置新建墩臺。

3)落梁:在新建墩臺上采用液壓千斤頂搭起桁梁，拆除臨時支撐，落梁至設計墩臺。

5 結語

1)臨時支撐高度要大于正式墩臺高度，以保證正式墩臺施工。

2)臨時支撐要設在桁梁節點上，并滿足鐵路限界要求。

3)施工中要有詳盡的安全保證措施，尤其是行車安全和電化區段的人身安全措施，以及墩臺施工過程中的防止觸電、侵限措施，同時要制訂相應的、切實可行的應急預案，以保證施工順利進行。

4)臨時支撐體系受荷運行過程中加強觀測，做好測量記錄，發現問題及時處理。

北同蒲線大新站人行天橋臨時支撐體系從受荷運行到成功落梁至正式墩臺，從施工過渡到正式開通沒有出現任何問題，圓滿完成了施工任務。

［1］黃棠，王效通.結構設計原理［M］.北京:中國鐵道出版社，1993.

［2］李慶華.材料力學［M］.成都:西南交通大學出版社，1989.