特殊環(huán)境下上跨鐵路高架橋施工技術(shù)

吳慶潤(rùn) 中鐵二十四局集團(tuán)有限公司

1 工程概況

嘉閔高架橋是上海虹橋樞紐“一縱三橫”快速路網(wǎng)中的“一縱”。其春申鐵路段位于閔行區(qū)滬杭鐵路三角區(qū)，總長(zhǎng)442 m，雙向8車道，斷面總寬為32~43 m，設(shè)計(jì)車速80 km/h，采用整幅式斷面，橋面高38~43 m，三角區(qū)平面圖見圖1。

圖1 三角區(qū)平面布置圖

該工程周邊環(huán)境復(fù)雜，具有以下特點(diǎn)：

（1）與鐵路關(guān)系：高架橋在鐵路三角區(qū)與既有、在建和規(guī)劃鐵路呈立體交叉布置，跨越三層鐵路位于第四層。其中既有滬昆及滬春鐵路、在建滬杭客專聯(lián)絡(luò)線、規(guī)劃滬杭城際為地面一層線路，在建金山鐵路支線為第二層，在建滬杭客專為第三層，共計(jì)11股道。

（2）與河道關(guān)系：三角區(qū)分布北竹港、春申港及春申塘，高架走向基本與北竹港河道重合。

（3）與在建項(xiàng)目關(guān)系：同步實(shí)施項(xiàng)目有滬杭客專及聯(lián)絡(luò)線、金山支線，且嘉閔高架施工不得影響滬杭客專項(xiàng)目建設(shè)，并在客專通車前需完成主體工程，以確保客專運(yùn)營(yíng)安全。

該工程多數(shù)橋墩位于鐵路兩側(cè)及北竹港內(nèi)，且受在建鐵路建設(shè)進(jìn)展制約，相互干擾大，工期緊，場(chǎng)地狹窄，施工環(huán)境復(fù)雜；臨近及上跨既有線施工范圍大，既有線監(jiān)測(cè)、防護(hù)及封鎖施工工作量多，項(xiàng)目實(shí)施受既有線干擾特別嚴(yán)重，施工組織難度高。需對(duì)該高架橋總體方案及基礎(chǔ)、超高墩及跨線架梁等關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究。

2 總體方案

2.1 橋型方案選擇

斜拉橋施工工藝復(fù)雜、工期長(zhǎng)、對(duì)鐵路影響大且造價(jià)高；連續(xù)鋼梁架設(shè)所需超高臨時(shí)墩，因鐵路及河道影響設(shè)置困難；剛構(gòu)橋施工工期長(zhǎng)，且滬杭客專上方無法設(shè)置防護(hù)設(shè)施，對(duì)客專運(yùn)營(yíng)存在重大安全隱患；簡(jiǎn)支梁方案布跨靈活、防護(hù)簡(jiǎn)單、施工方便、架橋機(jī)架梁后無須體系轉(zhuǎn)換、施工周期可控。綜合考慮鐵路限界、既有線運(yùn)營(yíng)安全、在建項(xiàng)目等要求，簡(jiǎn)支梁方案滿足本工程實(shí)施需要。

2.2 梁型選擇

按左右分幅更好發(fā)揮布跨靈活的優(yōu)點(diǎn)，鐵路范圍外采用砼小箱梁按30 m布跨，上跨鐵路按24~50 m布跨，比較簡(jiǎn)支鋼箱梁、鋼-砼疊合梁、砼T梁；鋼混疊合梁橋面板未澆筑前架橋機(jī)無法過孔，影響施工進(jìn)度；砼T梁因場(chǎng)地限制無法現(xiàn)場(chǎng)制梁，而外部道路僅滿足≤40 m梁的運(yùn)輸；鋼箱梁工廠分段制作后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝架設(shè)，滿足進(jìn)度要求及場(chǎng)地限制。

2.3 施工方案

施工方案的制定以確保滬杭客專施工進(jìn)度為前提，以確保在滬杭客專通車前主體結(jié)構(gòu)完成及確保既有線行車安全為目標(biāo)。

下部結(jié)構(gòu)尤其是提梁點(diǎn)段柱墩施工，加大施工設(shè)備、周轉(zhuǎn)物料投入，組織平行作業(yè)搶抓時(shí)間；砼小箱梁、鋼箱梁采用工廠加工；采用DF55/200Ⅲ型架橋機(jī)按二階段組織架梁，確保在第一階段（滬杭客專運(yùn)營(yíng)前）完成上跨客專以南段梁體架設(shè)安裝。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 基礎(chǔ)施工

（ 1）樁基換填

近百年來滬杭鐵路屢次改線改建，周邊土體深度5 m內(nèi)存在大量的建筑垃圾、拋填片石及地下障礙物，鉆孔樁施打前必須挖除，而線路距兩側(cè)柱墩基礎(chǔ)僅為4.5 m，為確保線路路基安全穩(wěn)定，先在封鎖點(diǎn)內(nèi)施作IV拉森樁基坑圍護(hù)及H40型鋼內(nèi)支撐，再在坑內(nèi)開挖清障換填粘土而后鉆樁，今后沿線路側(cè)拉森樁不得拔出。

（ 2）高護(hù)筒

Y9墩地下7 m處為砂質(zhì)粉土及淤泥質(zhì)粘土層，分布有片石，當(dāng)鉆孔至該標(biāo)高處，機(jī)械出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，若采用開挖方式清除片石極易出現(xiàn)流砂，影響路基穩(wěn)定。使用抓斗、潛水打撈清除效果均不明顯，改用沖擊鉆無法滿足軟土及工期要求。為此將護(hù)筒加長(zhǎng)至9 m，成孔至此標(biāo)高后用長(zhǎng)臂挖機(jī)（換用小挖斗）在護(hù)筒內(nèi)翻挖清除片石。

（3）超深鉆孔樁

由于客專168號(hào)墩及滬春線北竹港橋涵限位，Y9柱墩采用 φ1500 鉆孔樁長(zhǎng) 74 m 至⑨夾層，需穿透③2、⑤2、⑦2、⑨層近39 m的粉砂層及粉細(xì)砂層。此墩因客專影響需在30 d內(nèi)完成基礎(chǔ)，工期相當(dāng)緊張。

設(shè)備：選用2臺(tái)轉(zhuǎn)盤扭矩大、自重重的GPS-20型樁機(jī)并配置4PNL泵正循環(huán)回轉(zhuǎn)成孔，鉆機(jī)對(duì)角布置以避免相互干擾出現(xiàn)坍孔、串孔等現(xiàn)象。

成孔：采用分層鉆進(jìn)技術(shù)確保成樁質(zhì)量，依靠鉆機(jī)自重及主卷揚(yáng)機(jī)升降控制鉆壓，對(duì)淤泥質(zhì)土層低檔慢進(jìn)鉆進(jìn)，進(jìn)尺≤1m/h，以免發(fā)生先擴(kuò)孔后縮孔；對(duì)粘土層中等轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，進(jìn)尺≤0.8 m/h；對(duì)砂層輕壓、低檔慢速鉆進(jìn)，進(jìn)尺≤0.5 m/h，以免發(fā)生局部擴(kuò)孔或局部坍孔，并充分浮渣排渣；從硬層到軟層適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度，從軟層到硬層少加壓慢速鉆進(jìn)；對(duì)⑥、⑨夾層雖然鉆進(jìn)不厚，但土質(zhì)致密堅(jiān)硬，粘聚力高，已達(dá)硬塑狀態(tài)，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速避免孔斜。

小鉆頭引孔：⑦2、⑨層靜探Ps值達(dá)到19.17 MPa、24.69 MPa，土層比較堅(jiān)硬不易進(jìn)尺（ ≤0.1 m/h)；為此采用 φ800鉆頭引孔后，再用φ1200、φ1500鉆頭兩次擴(kuò)孔成樁，縮短成孔時(shí)間。

泥漿：鉆進(jìn)時(shí)采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土人工造漿，膨潤(rùn)土摻入量3~5%，入孔泥漿密度1.1~1.15，粘度20~24 s，孔內(nèi)相對(duì)密度≥1.3，粘度22~30，一次清孔1.20~1.25，二次清孔1.15~1.20。

3.2 筑島

本工程三角區(qū)內(nèi)除部分橋墩位于規(guī)劃河道內(nèi)，其余均臨近既有線，規(guī)劃河底與軌頂高差7 m、與線路路基坡腳高差5 m。為確保鐵路路基穩(wěn)定，線路兩側(cè)承臺(tái)頂設(shè)在路基坡腳以上，采用長(zhǎng)20 mφ1000@1200鉆孔樁（懸臂段5.5 m）對(duì)相鄰墩臺(tái)及線路路基進(jìn)行筑島，排樁前后土體各采用4排φ700水泥攪拌樁加固，前兩排咬合20 cm，后兩排按正三角形布置，樁間距1.2 m，樁頂冠梁整體澆筑，提高排樁整體剛度控制墻頂位移。

3.3 超高墩及蓋梁

（ 1）柱墩模板

柱墩截面大（2.5×3.5 m），經(jīng)計(jì)算定制鋼模板面板改用δ6鋼板，豎向圍檁[8@310，橫向圍檁2[25@600(外側(cè)加焊[12)，每個(gè)角改用2φ30對(duì)拉螺栓；實(shí)際組裝如圖2所示。模板按3 m一節(jié)分節(jié)制作，并設(shè)2 m、1 m調(diào)整節(jié)，汽車吊配合分段組裝高度≤12 m，地錨纜風(fēng)繩配合經(jīng)緯儀控制垂直度。

圖2 型鋼托架立面

（2）柱墩腳手架

近既有線側(cè)除設(shè)常規(guī)防護(hù)桿、踢腳板、密目網(wǎng)外，采用新制竹笆全封閉，走道設(shè)置在遠(yuǎn)離既有線一側(cè)。

（3）混凝土蓋梁

蓋梁縱向?qū)? m，橫向長(zhǎng)14.36 m（鋼箱梁處長(zhǎng)11 m），高2.2~2.8 m，自重 289 t；

考慮高墩、鐵路、河道及地基承載力影響無法實(shí)施落地支架，采用墩上預(yù)埋孔（φ165×3.5鋼管）安裝φ140銷棒支撐型鋼托架法，見圖2、3。鋼桁架上下橫梁采用H60、H40型鋼，托架上設(shè)調(diào)高三角支架調(diào)整蓋梁模板底標(biāo)高；桁架間設(shè)6道φ32精軋螺紋鋼（內(nèi)套φ48鋼管）外側(cè)用螺母擰緊，以保證其整體受力，同時(shí)設(shè)抗風(fēng)索，使其有足夠的穩(wěn)定性。單片桁架重12 t，100~130 t汽車吊配合安裝。蓋梁鋼筋骨架整體地面綁扎后雙機(jī)抬吊。

圖3 型鋼托架剖面

（ 4）鋼蓋梁

高架與鐵路線斜交，Z9、Y10蓋梁邊距客專線路中心僅0.5 m；雖然蓋梁底距軌頂8.9 m（客專限界7.25 m），但托架等臨時(shí)構(gòu)件侵限，影響客專機(jī)電安裝及調(diào)試。為此采用鋼蓋梁（ 2.0×11×2.5m，重 80 t）在工廠分段制作，采用 500 t汽車吊（LTM1500）在封鎖點(diǎn)內(nèi)整體吊裝，安裝就位后澆筑填芯砼，該方案不僅避免侵限，而且減少鐵路上方作業(yè)量，保證了客專調(diào)試。鋼蓋梁鋼結(jié)構(gòu)和墩柱混凝土結(jié)構(gòu)間設(shè)3 m過渡段，其構(gòu)造如圖4所示。

圖4鋼蓋梁與柱墩過渡構(gòu)造

3.4 箱梁架設(shè)

（1）架橋機(jī)選型

DF55/200Ⅲ型架橋機(jī)采用導(dǎo)梁形式，架橋機(jī)移動(dòng)對(duì)橋面壓力小，整機(jī)攜邊梁橫移一次到位，并適應(yīng)架設(shè)上下坡橋梁，滿足砼小箱梁（單重130 t），鋼箱梁（最大跨50 m、最大分段165 t）架設(shè)要求。

（2）鋼箱梁制作

架橋機(jī)適應(yīng)梁寬≤4.3m，鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫向分段見圖5，因外部道路制約≥40m梁縱向在（1/3~1/4）處分段。在工廠按分段劃分為頂板、腹板、下翼緣、底板四大平面構(gòu)架，以頂板構(gòu)架為基準(zhǔn)，在胎架上采用“反造法”制作。

（ 3）提梁

該段高架前后均無連接引橋，因場(chǎng)地限制，提梁點(diǎn)需設(shè)1~4號(hào)墩漸變段處，所需提梁龍門架（支腿高達(dá)45 m、橫梁跨度47 m）設(shè)置困難；比選后砼小箱梁采用徐工QUY450、利勃海爾LR1400履帶吊機(jī)雙機(jī)抬吊，鋼箱梁采用QUY450配重超起提梁。

圖5 鋼箱梁橫向分段

（ 4）架梁

履帶吊雙機(jī)隔跨法架設(shè)鐵路范圍外1~6號(hào)墩砼小箱梁并作為架橋機(jī)拼裝平臺(tái)，架橋機(jī)第一階段先架設(shè)左幅Z6~9墩箱梁再架設(shè)右幅Y6~10墩鋼箱梁，第二階段繼續(xù)架設(shè)右幅Y10~13墩鋼箱梁后退機(jī)橫移架Z9~12墩鋼箱梁及剩余左右幅砼小箱梁；以確保在滬杭客專開通前完成上跨，并減少400 t吊機(jī)使用費(fèi)。兩側(cè)翼緣板與防撞墻整體制作，按≤16 m分段，25 t汽車吊橋上安裝。

3.5 鋼箱梁安裝既有線防護(hù)措施

鋼箱梁下部設(shè)1.8 m懸掛腳手架（跨客專段高1.2 m以保證客專限界），作為焊接、涂裝操作平臺(tái)及既有線防護(hù)設(shè)施。φ16吊環(huán)（吊桿φ18）橫距2.2 m、縱距2 m，縱向搭設(shè)腳手管后依次滿鋪鋼板網(wǎng)平臺(tái)板、3 mm石棉防火布及彩鋼板接火，以確保鋼箱梁安裝及既有線安全。

4 結(jié)束語

針對(duì)嘉閔高架春申鐵路段與鐵路、河道的復(fù)雜關(guān)系，受滬杭客專影響工期緊，以及既有線安全要求高等特殊的建設(shè)環(huán)境，開展基礎(chǔ)、高墩、跨線架梁等專項(xiàng)施工技術(shù)研究，推進(jìn)優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，為項(xiàng)目順利進(jìn)展打好了基礎(chǔ)。通過加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，完善施工專項(xiàng)方案及防護(hù)方案，明確工程卡控重點(diǎn)，細(xì)化工藝流程，做到了精心組織、準(zhǔn)備充分、防護(hù)得當(dāng)、作業(yè)有序、安全可控，圓滿完成了該跨線高架橋施工。