鐵路上跨橋防撞墻移動作業架施工技術

張林昌

(江蘇雷威建設工程有限公司,江蘇南京 210003)

新建鐵路上跨橋防撞墻及防拋網施工,位于鐵路既有線上空,一般需在線路封鎖天窗時間內進行作業。由于各工序施工周期較長,且均為臨邊作業,常規施工方法存在諸多隱患。線路封鎖施工雖能保證鐵路行車安全,但仍難避免施工期間可能發生的高空墜物造成鐵路設施損壞(尤其電氣化區段)。介紹移動作業架施工技術,采用“物理隔離措施、封閉作業環境”的思路,利用既有橋面作為輔助設備使用空間,使用外掛籃方式的移動作業架形成獨立封閉的作業區域,將施工操作面與既有鐵路隔離,確保鐵路行車安全和施工期間人身安全。以下結合蘇州北環東延二期工程BH-7標段具體實施情況,簡單介紹該項技術的應用。

1 工程概況

蘇州北環快速路東延二期工程位于蘇州工業園區,BH-7標項目為互通式立交,其中兩幅匝道橋均跨越京滬鐵路及滬寧城際高鐵,平均跨度為40～43 m。該工程共約220 m鋼筋混凝土防撞墻位于既有京滬鐵路和新建的滬寧城際高鐵(當時尚未正式開通)上方。京滬鐵路為全國最繁忙的鐵路干線之一,雙線電氣化區段,鐵路行車安全必須確保萬無一失。

2 移動作業架結構說明

根據現階段鐵路營業線施工特點及要求,采用可靠的安全裝置,將防撞墻施工界面與既有鐵路完全隔離,在鐵路上空形成完全封閉的作業面,減少施工對鐵路行車造成的影響，移動作業架結構如圖1所示。

圖1 移動作業架三維模型

移動作業架為鋼結構,整個作業架框架主體由外掛籃、主桁移動小車、配重框等組成,通過螺栓及鋼絲繩斜拉桿連接成一體。其中外掛籃為全封閉結構(型鋼骨架+定制擋板),懸挑至橋面以外的鐵路上空,完全將施工界面與既有鐵路隔離,同時為施工人員提供了安全的操作空間。主桁移動小車是整個結構的主體,能夠起到平衡整個結構的作用,底部設置行走裝置確保整個移動作業架使用的靈活性。配重框的主要作用就是平衡外掛籃中荷載的作用；通過頂部連接裝置將上述組件有機連接在一起,使整個移動作業架結構能夠滿足既定功能的要求。移動作業架結構主要組件需先在工廠焊接完成安裝,然后再分別將組件運至工地現場進行螺栓連接,最終形成整個作業架框架的結構主體。

綜合考慮鐵路防撞墻(含防拋網)常規尺寸、結構整體穩定性、橋梁平豎向曲線及使用功能等方面因素,確定移動作業架斷面結構(如圖2所示),作業架單元每節長6 m,可以根據防撞墻長度采用多節作業架組合使用。

圖2 移動作業架截面(單位：mm)

3 移動作業架結構檢算

3.1 荷載取值

(1)恒載

鋼結構理論自重3.128 t,ρ=7 850 kg/m3。

(2)活載

外掛籃：1.5 t/6 m=2.5 kN/m,按線荷載布置在作業架的最外側。

配重：2 t/(1.97 m×6 m)=1.692 kN/m2,按均布荷載均勻布置在配重框內。

(3)風荷載

考慮到施工條件為江蘇省內,同時結構對風的敏感性較強,因此風荷載基本風壓值取江蘇省各地50年內最大值：0.55 kN/m2,地面粗糙度為B類。計算高度暫按30 m高度取。

依據《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)(2006年版),風荷載標準值為

wk=βzμsμzw0

其中各參數取值如下：μs=1.3,μz=1.42,βz=1.42。

3.2 荷載組合

對結構進行抗傾覆承載力驗算,荷載組合見表1。

表1 荷載組合

3.3 設計指標

(1)應力指標

桿件最大組合設計應力不大于0.95f(f為鋼材設計強度)。

(2)桿件截面指標

長細比：受壓和壓彎桿件λ≤150。

3.4 鋼結構計算分析

(1)分析軟件

首先在CAD中建立作業架的三維模型,然后導入結構有限元軟件SAP2000中進行計算,有限元模型的整體坐標系如圖3所示。

圖3 有限元模型整體坐標系

(2)單元的選用

模型中梁柱采用SAP2000中的梁單元,支撐采用兩端釋放彎矩的桿單元，面荷載采用加載面進行施加。加載面通過無剛度的殼單元(厚度設置為0)進行模擬。

(3)荷載的施加

結構自重通過軟件自動計算,外掛籃內活荷載按移動作業架一節活荷載換算成線荷載,并按最不利位置布置在外掛籃內,配重框內活荷載按一節活荷載換算成均布荷載,通過加載面施加面荷載。風荷載主要施加在外掛籃側面,通過加載面施加面荷載。

(4)整體分析結果

桿件截面類型：HW100×100×6×8 mm,L63×5 mm,焊接矩形管172×122×8×8 mm；

拉索類型：鋼絲繩類別6×19(a)或則6×19(b),公稱直徑12 mm；

鋼結構桿件理論鋼材用量為3.128 t。

3.5 抗傾覆承載力驗算

通過建立模型,分別在主桁架的下端2側各設置3個支點,然后采用荷載組合1～組合5進行抗傾覆承載力驗算,如果任何一個支點的豎向反力小于零,則認為不滿足抗傾覆承載力驗算,反之如果任何一個支點的豎向反力大于零,則認為滿足抗傾覆承載力驗算。豎向反力正反向取向上為正。驗算結果見圖4～圖8,結果可以發現,支點反力均沿Z軸正方向,滿足抗傾覆承載力驗算。

圖4 組合1的支點反力(單位：kN,滿足要求)

圖5 組合2的支點反力(單位：kN,滿足要求)

圖6 組合3的支點反力(單位：kN,滿足要求)

圖7 組合4的支點反力(單位：kN,滿足要求)

圖8 組合5的支點反力(單位：kN,滿足要求)

3.6 檢算結論

通過對該結構的靜力分析及對該結構在各種工況組合下的抗傾覆驗算,滿足使用要求。

4 移動作業架施工工藝

4.1 施工準備

按照移動作業架工藝進行鐵路上跨橋防撞墻施工,因涉及既有線行車設備安全,根據鐵路營業線施工相關規定,需制定專項方案并經相關管理部門、設備管理單位評審通過后實施。

4.2 移動作業架拼裝

移動作業架組件于工廠加工成形,集中運輸至現場進行拼裝。拼裝前按照橋梁懸臂板邊緣與外掛籃相應位置,在地面鋪設14號槽鋼作為作業架移動軌道,確保外掛籃安裝完成后的提供的工作空間不小于50 cm,軌道鋪設范圍從作業架拼裝位置到鐵路跨作業架就位位置。

拼裝以節(6 m/節)為單位,在鐵路保護區以外橋面逐節拼裝,所需拼裝節數根據鐵路上跨橋跨徑確定,移動作業架組裝完成后總長度應滿足完全封閉既有鐵路上方的要求。拼裝采用汽車吊、人工配合完成,并按照設計荷載(2t/節)設置配重。完成拼裝后的移動作業架,應安排專人進行檢查,確認作業架所有連接件、螺栓、銷軸連接牢固,外掛籃封閉嚴密且外部無多余附著物后,進行試運行。

4.3 設備試運行

移動作業架試運行同樣位于鐵路保護區以外進行,其目的在于檢查作業架各部件連接、移動車輪與軌道適應情況,外掛籃部分與橋梁懸臂板相對位置變化關系,發現問題及時處理,以確保作業架在封鎖時間內順利就位。同時確定作業架移動所需推力。

4.4 移動作業架就位

各項準備工作就緒后,按規定對鐵路線路進行封鎖,一般情況外掛籃底端距離接觸網承力索均大于2 m,因此在電氣化區段進行施工時不需要停電配合。封鎖期間,采用人力(或機械牽引)將移動作業架分節推入鐵路上方指定地點,作業架分節就位后再采用連接螺絲將每節作業架連接組成整體,相鄰作業架之間拼縫采用木板封閉嚴密,外掛籃與橋梁懸臂板采用定制擋板封閉牢固,在每個移動滾輪下方設置限位裝置。在確認組裝后的作業架位置正確、外掛籃封閉嚴密、整體穩固后封鎖完成,開通線路。一般推入拼裝30 m移動作業架所需封鎖天窗時間為30 min。

4.5 防撞墻施工注意事項

移動作業架就位后,在電氣化區段需設置好接地保護裝置,經接地電阻測試合格后方可按照常規工藝進行鐵路上跨橋防撞墻施工。施工過程中需注意以下幾點：

①由于作業架內操作空間限制,鐵路跨防撞墻單塊模板重量需控制在100 kg左右,以便人工進行安裝。

②混凝土澆筑采用人力車推入作業架內人工入模。

③施工期間外掛籃嚴禁超過設計荷載(1.5 t/節)使用。

④施工期間應安排專人及時清理外掛籃內因施工產生的雜物。

4.6 移動作業架拆除

移動作業架退出鐵路上方作業同樣需封鎖線路進行施工,其施工流程及封鎖時間與進入鐵路上方類似,不再贅述。移動作業架拆除在其退出鐵路保護區以外的橋面上進行。

5 結束語

移動作業架封閉式施工技術經多項工程實踐證明,該結構簡單,拼裝、移動、拆卸快捷方便,安全可靠,能有效保障既有鐵路行車和施工安全且經濟效益和社會效益明顯。該項技術成果已于2011年4月通過上海鐵路局科學技術成果驗收(上鐵局技驗字[2011]第007號),其整體成果水平達到路內領先,目前已在上海局既有鐵路上跨橋梁施工中廣泛推廣使用。

參考文獻

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