京廣鐵路下行浉河大橋改造工程設計與施工研究

馬小兵

(中鐵二院武漢勘察設計研究院有限責任公司，武漢 430071)

1 工程概況

京廣鐵路下行K985+821浉河大橋，位于河南省信陽市境內，大橋跨越浉河，為直線橋，始建于1959年，全長205.4 m，全橋共6孔，圓端形橋墩、T形橋臺，基礎均為擴大基礎，1～5孔梁為32 m上承板式鋼梁，第6孔為20 m上承板式鋼梁。該橋在近50年的使用過程中，由于鋼梁的上蓋板直接承受橋面軌枕的作用以及鋼梁維修養護困難，造成上蓋板銹蝕并不斷惡化，使鋼梁截面削弱，技術狀態較差，加上鐵路提速等原因，橋梁處于超負荷運營狀態。2007年6月武漢鐵路局工務檢測中心對該橋在運營過程中進行檢測，檢測數據顯示梁體振幅嚴重超限，目前病害還在發展，且難以遏制。京廣線為我國鐵路南北重要干線，運輸十分繁忙，為保證京廣線運營的絕對安全，對該橋進行大修勢在必行。

2 換梁方案確定

根據該橋的運營狀況以及工務檢測中心的檢測數據顯示，橋墩、臺結構完好，鋼梁振幅嚴重超限，則需對該橋進行換梁。由于更換新鋼梁存在日后維修養護困難，故本次設計均更換預應力鋼筋混凝土梁。方案設計的原則是:在確保鐵路行車安全和施工安全的前提下，盡量縮短施工時間，最大限度地減少對鐵路運營的影響。盡量在“天窗點”內，利用預應力混凝土梁將鋼梁置換出來，以保證既有線的暢通及行車安全;為滿足日后大型養路機機械橋上作業的要求，梁采用時速160 km客貨共線預應力鋼筋混凝土T形梁(16 m單片梁重650 kN)。

經現場勘察，并結合有關該橋的既有資料，提出2個方案，第一方案(圖1)是利用既有橋墩，在跨間設置中墩，將原來的32 m跨鋼梁更換為2跨16 m預應力混凝土梁，20 m跨鋼梁更換為2跨10 m預應力混凝土梁，同時為保證浉河行洪，在北橋臺旁新建2-12 m的框架橋;第二方案為不擴孔直接更換32 m和20 m預應力鋼筋混凝土梁，同時加固橋墩臺基礎，基礎采用樁基托換。

圖1 第一方案橋型布置形式(單位：cm)

第一方案具有混凝土梁梁體較輕，卸梁、移梁施工時操作安全、方便，施工經驗成熟，對既有線運營安全影響小等優點，而第二方案混凝土梁跨與既有鋼板梁跨度相同，不需在河中另設橋墩，但施工移梁不便，對既有線的安全運營影響很大。經綜合比選，最終推薦第一方案為實施方案。

3 河道防洪方案

由于河中增設橋墩，壓縮了河道過水斷面，影響浉河正常行洪，根據防洪評價要求，主要從以下3個方面進行行洪設計。

3.1 擴孔

在浉河橋的北橋臺處擴孔，增設2-12 m框架橋，如圖1所示。橋位選擇主要依據浉河河道水流走向確定。框架橋施工采用鐵路架空線下大開挖現澆的施工工藝。

3.2 北橋臺與框架橋間路基段沖刷防護

擴孔后該段土路基將處于河道中，長期受到河水的浸泡和沖刷，對該段路基的防護則成為重中之重，計算沖刷時將該段路基作為一個橋墩考慮。

防護方案結合現場水文地質等條件，在路基周圍設置防沖墻式結構(圖2)，采用φ1.0 m的鉆孔灌注樁結構形式，間距1.2 m，樁間縫隙設置φ60 cm旋噴樁密封，旋噴樁設于背水面，旋噴樁長度至局部沖刷線下2 m。鉆孔樁長度按樁檔結構計算確定。路基坡面采用35 cm厚M10漿砌片石防護。并在框架橋出入口設置導流設施。

圖2 防沖墻結構(單位：cm)

3.3 新建橋墩承臺高程的確定

新建鐵路橋墩承臺根據浉河規劃河床高程確定，不高于規劃高程，以利于將來河道管理部門疏浚河道，由于承臺埋深較大，且位于流砂層，設計采用下設沉井護壁，完成橋墩基礎的施工。

完工后疏通河道，確保浉河行洪。

4 換梁方案及實施

4.1 梁橋結構設計

(1)橋梁上部均采用時速160 km客貨共線預應力鋼筋混凝土梁，圖號“通橋(2005)—2101”，橋面布置如圖3所示，橋面寬度4.90 m。橋枕采用新Ⅲ型橋枕。

圖3 T梁標準橫斷面(單位：mm)

跨度16 m梁參照時速160 km客貨共線預應力鋼筋混凝土梁“通橋(2005)2101—Ⅳ”施工，梁長、預應力鋼絞線及普通鋼筋在跨中位置相應減短，其他控制參數均保持不變;跨度10 m梁參照時速160 km客貨共線預應力鋼筋混凝土梁“通橋(2005)2101—Ⅴ”施工，梁長、預應力鋼絞線及普通鋼筋在跨中位置相應減短，除鋼絞線伸長量有所變化，其他控制參數均保持不變。

(2)新建橋墩及基礎設計

橋墩:均采為混凝土圓端形橋墩。

基礎:均采用鉆孔樁基礎，樁徑1.25 m。

(3)其他有關的技術

橋梁人行道板寬均為1.05 m，支座均采用盆式橡膠支座(通橋［2007］8160)，橋上均設有通信電纜槽，橋梁墩臺按《橋規》規定均設置圍籃、吊籃及檢查梯。

4.2 換梁方案

為節省換梁時間，設計中作了不少考慮。在既有橋的兩側分別設置移梁支架，一端出梁，一端進梁，進出梁同時進行;梁體拼裝均在移梁支架上進行，然后移至對應孔位待移;由于混凝土梁與鋼梁高度不同，既有橋墩需加高，設計臨時鋼支墩，事先與支座及梁連接，一同進入指定位置，待就位后采用鋼筋混凝土進行包箍;附屬設施如接觸網桿、通信、信號、電力等設施的遷改，均在移梁前完成。以節省時間，保證鐵路正常運營。具體步驟如下所述。

4.2.1 搭設縱、橫向移梁支架

縱移梁支架全橋搭設，基礎為樁基礎，墩為鋼筋混凝土門式墩，縱梁Lp=11.2 m跨采用I63型鋼搭設，共計6片(1組3片，共2組)，通過計算σmax=112.0 MPa＜140 MPa，fmax=1.6 cm ＜L/400=2.8 cm;縱梁 Lp=5.3 m跨采用I45型鋼搭設，共計8片(1組4片，共2組)。上鋪橋枕及軌道(60 kg/m);橫移支架采用軍便墩，基礎采用φ60 cm旋噴樁加固，支架上鋪枕木、軌道(60 kg/m)。具體詳見圖4、圖5。

圖4 縱向移梁支架立面(單位：cm)

4.2.2 制梁運梁

預應力混凝土梁由制梁廠預制生產，采用汽車運至浉河南岸橋頭，用“換裝架”將梁吊至縱滑道上，進行拼裝及濕接縫、防水層、橫向張拉及壓漿施工，然后縱移至相應孔位，鋪設道砟、枕木，安裝支座及鋼支墩，等待換梁。詳見圖6、圖7。

圖5 橫向移梁支架立面(單位：cm)

圖6 移梁平面布置

4.2.3 換梁

換梁前期準備及移梁過程，其細節錯綜復雜、環環緊扣、不能出半點差錯。換梁前必須進行移梁演練，以確定各工序時間安排，確保封鎖點內完成換梁工作。

(1)換梁應急措施

①防脹軌:換梁前對施工地段線路進行應力放散，鎖定軌溫不低于55℃，并在兩臺尾各向兩端外30 m處進行鋼軌切口，上夾板;換梁前加強軌溫測量記錄，分析軌溫變化對線路的影響，并加強兩頭扣件復緊，觀察線路是否有爬行，必要時采取兩端灑水降溫處理措施，減少起道時的應力集中。

②防移梁支架下沉:移梁前對縱、橫移支架進行堆載預壓(預壓荷載不小于支架上總荷載1.2倍);備好厚度不等(1～5 cm)的雜木板，以防支架下沉，進行及時支墊;檢查移梁支架鋼構件間連接的牢固性，確保受力均勻穩定。

③防梁縫擠死:橫移梁前預先對好縱向位置，防止縱向位置對位不準確造成梁縫擠死;橫移梁時控制每孔梁端橫移量并人工同時報數，以便調節各梁端移動速度保證同步。

(2)換梁過程

換梁施工自北向南分6次進行，每次將1孔鋼板梁更換為2孔混凝土梁，封鎖要點。換梁前5 d慢行限速(45 km/h)，每次換梁前2 d每天申請1次封鎖點，進行換梁前準備工作:拆除護輪軌、安裝軌距桿;舊鋼梁支座錨栓切除、加固等處理;試頂舊鋼梁。

換梁時封鎖要點115 min，用于完成換梁工作。拆除鋼軌扣件、橋枕護木及勾頭螺栓;將換梁孔基本軌抬高50 cm，相鄰孔梁用枕木將基本軌墊穩;頂起舊鋼梁，采用4臺500 kN千斤頂將梁頂起，每端各備用1臺千斤頂，起梁高度7 cm;安裝滑板，事先將滑板及爬鎬(液壓油泵)連接好，置于舊梁橫移滑道上，移出舊鋼梁;橫移2孔預應力混凝土梁，利用移梁小車、爬鎬等設施將梁滑移就位(圖8);固定梁下鋼支墩，同時對鋼支墩進行包箍，澆筑混凝土。

圖7 起梁場地布置

圖8 現場換梁過程

4.2.4 解除封鎖

恢復線上設施、解除線路封鎖、列車限速25 km/h，48 h 后提速至45 km/h。

5 結語

本工程選用合理的改造方案，大大降低了對京廣鐵路運營安全的影響;通過橋梁擴孔，滿足了浉河河道的行洪功能;將鋼梁更換為圬工梁，特別是更換“通橋(2005)—2101”客貨共線預應力鋼筋混凝土梁，滿足了大型養路機械橋上作業的要求，降低了后期養護成本及難度;換梁方案通過優化設計、科學施工，115 min內完成了換梁任務，確保了繁忙的京廣鐵路正常運營。工程竣工驗收表明，每項檢測數據均顯示正常，鐵路運營狀態良好。該工程的順利完工，對既有繁忙干線上的長大橋梁更換鋼板梁具有一定的借鑒性，但應注意結合橋梁本身現狀(收集既有橋的竣工資料、橋梁檢測數據等)、橋址區水文地質、交通運輸等情況合理確定改造方案，使方案具有一定的可靠性、適用性、經濟性。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵建設函［2003］205號 新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規定［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［6］中華人民共和國鐵道部.TB10017—99 鐵路工程水文勘測設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB10303—2009 鐵路橋涵工程施工安全技術規程.北京:中國鐵道出版社，2009.

［8］張會英.京廣線123A號橋換梁工程設計［J］.鐵道標準設計，2008(9).

［9］張健.鄭徐鐵路響河中橋換梁施工技術［J］.鐵道標準設計，2005(10).