巨型滑移式防護棚架在武漢大道跨鐵路橋工程中的應用

陳開橋　王吉連　毛偉琦

【摘要】本文結合武漢大道跨鐵路橋工程，闡述了滑移式防護棚架的設計與施工，較好地解決了掛藍懸澆施工對鐵路防護的安全行車問題，對類似工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

【關鍵詞】主梁懸澆；上跨既有線；防護棚架；設計與施工お

Giant sliding protective scaffolding across the railway bridge in Wuhan Road Project

Chen Kai—qiao，Wang Jie—lian，Mao Wei—qi

（Seventh Railway Bridge Bureau Group Co.， LtdWuhanHunan430050）

【Abstract】In this paper， cross the railway bridge in Wuhan Avenue， described the design of sliding protective scaffolding and construction， has solved the hanging blue Cantilever construction of the railway protection of the safe driving issues， the construction of similar projects with a certain reference and reference significance.

【Key words】Main beam Cantilever；On the cross both lines；Protective scaffolding；Design and Constructionお

1. 工程概況

黃埔大街～金橋大道快速通道工程跨京廣鐵路橋工程在京廣線K1189+135處上跨京廣鐵路，交叉處現狀金橋大道是以8+10+10+8m框架橋形式下穿京廣鐵路，公鐵交叉現狀鐵路從北至南鐵路股道分別為漢孝上線聯絡線、京廣上行貨車線、漢孝下線聯絡線、京廣下行貨車線、京廣上行客車聯絡線、合武上行線、站線5股道、合武下行線、京廣下行客車聯絡線，共13股道，為電氣化鐵路，軌面高程在22.2～23.18米之間。138m主跨懸臂澆筑段跨越既有鐵路，橋寬由39.60m漸變至49.899m寬，橫向跨度大，涉及主梁在施工期間兩側的安全防護，棚架寬度不小于55m，扣除MB0節段，棚架最小截面尺寸為55m×115m；同時，橋梁底至軌頂凈空為11.03m，而該處鐵路改造、接觸網桿塔高度均超過8.20m，施工有效空間很小；主梁跨越京廣鐵路線及合武客運專線，施工天窗時間不一致，安全防護要求高等特點。

2. 棚架結構設計

（1）防護棚架布置在138m主跨之間，基礎及下部結構沿主跨主梁平面投影范圍布置，長117.60m，寬55.75m，上部結構采用滑移面板，長19m，寬55.75m。滑移面板加工制作時橫向分5段，縱向分4節，共20個吊裝單元，最大吊裝重量4.8t。滑移面板拼裝時相鄰兩個單元之間的連接均采用M16螺栓連接。

圖1

（2）沿著橋梁里程樁號減小的方向， 防護棚架共布置9個臨時墩，其中L0#臨時墩和主跨主梁MB1#塊支架固結，L9#臨時墩和主梁主跨直線段支架共用。主梁分節段懸臂澆注時，滑移面板采用滑板滑移方式由電動葫蘆牽引逐次前移。頂棚排水方向為MB1節段向主跨直線段，水流匯集到棚架前端排水管以后沿滑道梁上鋪設的排水管排到附近的框架橋橋面上。（見圖1）

（3）具體采用結構如下：

基礎：采用鋼筋混凝土擴大基礎。

下部結構：臨時墩立柱采用630×8mm鋼管柱，臨時墩立柱柱頂滑道梁采用單根或雙根HM588（588×300×12×20）型鋼，并根據受力要求對滑道進行局部加強。為了方便拆除H588滑道梁，考慮在鋼管樁頂設置牛腿，其上安裝1組2Ⅰ20a，和鐵路軌道方向平行，拆除棚架時，H588滑道梁時可從工字鋼上滑出。

上部結構：采用正交異性板，縱向分配梁為工鋼I200×100×7.0×11.4和I250×116×8.0×13，面板采用δ=4mm鋼板。

防護棚架受凈空限高的因素，設置防雷接地措施，并對頂棚及滑道梁底部安裝防電絕緣板。（見圖2）。

3. 棚架結構計算

3.1荷載取值。

防護棚架所受荷載分類如下：

永久荷載：防護棚架自重q1；

可變荷載：風荷載q2、模板及內支架堆積荷載q3、雪荷載q4；

偶然荷載：高空墜物荷載q5。

荷載組合為：

荷載組合1：均布荷載q=1.2 q1+1.35（q2+ q3）；集中荷載p= q5

荷載組合2：均布荷載q=1.2 q1+1.35（q2+ q4）；集中荷載p= q5

荷載取值：

風荷載q2：根據《鐵路橋涵設計基本規范》，武漢地區風壓按500pa考慮。

模板及內支架堆積荷載q3：施工臨時荷載主要是考慮在滑移面板上堆放箱梁內模和鋼管腳手架，以一個節段6m的箱梁進行計算，扣除兩個邊箱的內模和鋼管腳手架，箱梁中間部分的鋼管腳手架重量約為25t，內模板（木模板）的重量約為35t，平均分布到滑移面板上的荷載為（25+35）/（17×33.75）=1.046KN/m2，在計算中取滑移面板上施工臨時荷載為1KN/m2。

雪荷載取值q4：雪載按照50年一遇考慮，取值為0.5KN/m2。

高空墜物荷載q5：高空墜物集中力按100Kg考慮，墜落高度為2m，具體計算如下：

m——掉落到防護支架上的施工雜物的質量（Kg），m=100

h——雜物墜落高度（m），h=2.0

g——重力和質量的換算系數（N/Kg），g=9.8

Em——雜物墜落到防護支架上之前具有的最大勢能（J），

Em=mgh=100×9.8×2=1960

Ev——雜物墜落到防護支架上的時候具有的動能（J），Ev=Em=1960

v——雜物墜落到防護支架上的時候具有的速度（m/s）

Ev=12·m·v2V=2Evm=2×1960100=626

t——雜物從墜落到防護支架上到速度變為0經歷的時間（s），t=0.2

Δmv——雜物動量的變化（Kg·m/s），Δmv=100×6.26=626

Ft——防護支架對雜物的沖量（N·s），Ft=Δmv=626

F——防護支架受到的沖擊力（N），F= 6260.2=3130

計算時，取作用到棚架上的集中力q5=3 KN/m2。

3.2結構計算情況。

根據荷載分布建立midas模型，通過計算各構件計算情況如下：

3.2.1面板計算：

防護棚架的面板采用δ=4mm的鋼板，滿鋪于20a和25a工字鋼上，其單元尺寸為0.79m×1.05m，按照雙向板進行計算。鋼板應力及變形如圖3，

計算結果可知，在均部荷載和沖擊荷載同時作用下，4mm鋼板的最大應力為130.1MPa<215MPa，滿足要求。最大位移0.63mm，滿足要求。

圖2

圖3

圖4

3.2.2滑移面板縱向主梁計算。

縱向主梁有20a工字鋼和25a工字鋼兩種，間距0.79m，間隔布置最大跨度11.6m，按照簡支梁進行計算，假定高空墜物的荷載由1根20a工字鋼承擔，并作用在跨中。面板主梁應力及變形如圖4：

計算結果可知，在均部荷載和集中荷載共同作用下，工字鋼25a最大正應力為141MPa≤[σ]=215MPa，工字鋼20a最大正應力為122MPa<[σ]=215MPa，滿足要求。

3.2.3棚架滑道梁計算。

滑道梁為承重主梁，承受的荷載為滑板傳遞由滑動面板自重產生的集中力，計算結果可知，滑道梁的最大正應力為163.2MPa≤[σ]=215 MPa，整體穩定性驗算應力為187.2MPa≤215 MPa，滿足設計要求。

3.2.4基礎計算。

棚架立柱采用630mm×8鋼管樁，其最大高度為14.7m，縱向主梁的支點反力即為鋼管樁的承載力，其最大的承載力為264KN，滿足要求。

基礎采用擴大混凝土基礎，其截面尺寸為1.5m×1.5m×0.6m，其地基承載力為：

P=（F+G）/A=（264+20×1.5×1.5×0.6）/1.5×1.5 =129.3KN/m2。ヒ蚋止蘢基礎處在既有金橋大道路面上和框架橋上，其地基條件較好，滿足要求。

通過建模計算，可知，棚架結構安全。

由于棚架L0#臨時墩和主跨主梁MB1#塊支架固結，立柱之間通過水平聯接系連接；棚架在滑移過程中的水平反力通過塔梁固結段給予平衡，滑移過程中支架結構穩定性滿足要求。

圖5道床邊的基礎支護示意圖

圖6金橋大道上立柱基礎防撞設施示意圖

4. 棚架安裝

4.1立柱基礎。

采用C30鋼筋混凝土擴大基礎，分別位于框架橋上和位于金橋大道既有路面上，在施工時做好基礎的支護及防撞措施。道床邊的基礎支護示意圖如圖5，金橋大道上立柱基礎防撞設施示意圖如6。

基礎混凝土澆筑前按照圖紙要求預埋好相應的預埋件，便于和臨時墩立柱進行螺栓連接。

4.2立柱安裝。鋼管立柱采用630×8mm鋼管柱，根據不同部位采用汽車吊和軌道吊機安裝。

4.3滑道梁的安裝。臨時墩立柱柱頂滑道梁采用單根或雙根HM588型鋼，滑道梁長和跨度對應。其中臨時墩L0～L2之間的滑道梁采用主塔邊得塔吊安裝，L2～L4之間的滑道梁采用塔吊或軌道吊機安裝，L4～L9之間的滑道梁采用起重吊機安裝。滑道梁底設置絕緣板，同時沿縱向兩端分別與50#、51#橋墩的施工支架聯結牢固。

4.4滑移面板的安裝及移動。

4.4.1滑移面板加工制作時橫向分5段，分別為11.00m+11.75m+11.75m+10.25m+11.00m=55.75m，縱向分4節，即為4.75m×4=19m，共20個吊裝單元，最大吊裝重量4.8t。拼裝時先在鋼結構加工車間內把每個單元加工好并進行試拼，然后在51#主塔附近進行安裝。棚架頂棚單元劃分及支承滑板安裝位置示意圖如圖7。

圖7棚架頂棚單元劃分及支承滑板安裝位置示意圖

圖8牽引系統限位示意圖

4.4.2安裝時采用塔吊進行吊裝，安裝順序如下：

（1）在L0～L1之間完成4.75m×2=9.5m滑移頂棚的拼裝；（2）臨時封鎖京廣下行貨車聯絡線，把滑移面板向前滑移13m；（3） 繼續拼裝剩下4.75m×2=9.5m的滑移頂棚，在拼裝時與已拼裝好的滑移頂棚保留1m的間隙，以防靜電影響造成人體傷害；（4） 臨時封鎖京廣下行貨車聯絡線，要點施工，將拼裝完成的滑移頂棚用螺栓連接成整體。

待掛藍澆注完本節段的混凝土后，通過滑道梁上的滑板、托拉耳板和牽引系統把滑動面板向前滑移。滑板采用四氟填充橡膠滑板，摩擦系數u=0.1，滑移面板共重95t，摩擦力f=95×0.1=9.5t，采用四臺3～5t電動葫蘆作為牽引系統，在滑移面板前端設置4個牽引點進行滑移，滑移時原則上采用整個滑移面板一起滑移，滑移面板設計時預留分塊滑移條件，可以分為22.75m×19m和33m×19m兩塊，單獨進行滑移。滑移到位后采取限位措施及時固定。牽引系統限位示意圖如圖8。

4.5棚架絕緣施工。

4.5.1連續梁施工跨越鐵路既有高壓線時，棚架距離高壓線比較近，施工時存在以下安全隱患：（1）產生高壓電流對棚架之間的空氣擊穿，棚架鋼結構的尖角和鋼鐵毛刺，可能產生電氣尖端放電，造成棚架帶電和線路短路；（2）由于既有線的周圍有很強的電磁場，在棚架上會產生感應電壓，當這種電壓超過安全電壓（50V）時，會危及施工人員的生命安全。

4.5.2根據鐵路既有線施工的安全要求，本項目隨棚架設計了一套絕緣安全防護系統，以滿足現場施工安全的要求：（1）在施工防護棚架底部鋼板與橫梁、縱梁栓接在一起，形成了一個相對的平板電極，均勻的接受來自既有線的電場沖擊；（2）在防護棚底面制作絕緣層，采用絕緣樹脂，加專用固化劑+活性稀釋劑+白碳黑+605助劑+消泡劑，采用樹脂配合無堿玻璃絲布施工的方法，避免產生電氣空氣擊穿和拉弧；現場制作的絕緣樹脂的耐壓是15KV/mm，考慮到電力線的高度會有一些改變，制作的絕緣樹脂的厚度達到6mm，耐壓達到90KV。（3）設置接地電極，深埋于地下，進行降阻處理（接地電阻小于4歐姆），現場用接地鋼帶將棚架和鋼板電極焊接在一起，保證良好的接地，形成棚架對地零電位，解決了感應電壓形成的安全隱患問題。（4）設計制作了一套電壓在線監測系統和自動報警系統，適時了解鋼板電極上所承載的電壓，當電極的電壓超過安全電壓時，監測系統自動反饋到報警系統，形成聲、光同時報警，能夠讓施工人員及時采取保護措施，進一步保證施工的安全。

通過上述措施，既滿足鐵路既有線施工的安全要求，又能保證施工人員的生命安全和鐵路的正常運行。

4.6棚架拆除。

當主跨連續梁合攏段施工完成、掛籃拆除完畢及橋面系等附屬工程完成后，即可進行棚架的拆除工作。棚架拆除施工方法為：

（1）頂棚拆除：滑移頂棚拆除在既有鐵路圍墻外側的現狀村道上拆除；在掛籃拆除完畢及橋面系等附屬工程完成后，將滑移頂棚滑移至主梁主跨邊墩直線段現澆支架處，將頂棚進行解體，解體成長度為4.75m的單元，共4×5=20個單元，采用汽車吊機逐一拆除；每個單元拆除完畢后，將后一個單元頂棚向邊墩滑移，直至拆除完畢。

圖9滑道梁拆除示意圖

（2）HM588滑道梁拆除：在頂棚拆除完畢，即可進行

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HM588滑道梁的拆除工作。由于在主梁施工完畢后在既有線內無吊機站位平臺，HM588滑道梁拆除時，以安裝在立柱頂面牛腿上的橫梁為滑道，要點施工，將HM588滑道梁滑移至防護棚架兩側（東西方向），主塔墩側通過塔吊拆除，其余采取QY50汽車吊（站位在已澆筑箱梁上）拆除。

滑道梁滑移方向為：L0～L1及L1～L2滑道梁往東側方向滑移，L2～L8滑道梁往西側方向滑移。

滑道梁拆除示意圖如圖9。

（3）立柱等基礎拆除。立柱、小分配梁及混凝土拆除在“要點”內通過軌道吊機逐一拆除。

4.7施工注意事項。

4.7.1本項目跨越鐵路營業線的施工必須按鐵道部鐵辦（2008）190號《鐵路營業線施工安全管理辦法》的要求進行，辦理有關手續；嚴格按審定的方案、范圍和批準的計劃組織施工，建立健全安全責任制，實行責任追究制度，落實各項安全技術措施，做到“分工明確，責任清楚，措施具體，管理到位”。

4.7.2每次吊裝之前應仔細檢查鋼絲繩吊點位置，確認卡環安裝牢固后方可起吊，起吊時兩端采用粗麻繩固定并設專人穩定，控制平衡，并由專人統一指揮吊裝作業。在吊起的鋼架下面或移動范圍內，禁止人員通過和逗留。

4.7.3在施工過程中，不得將施工材料、器械等堆放到鋼軌上，不得將零部件隨處亂扔，施工產生的廢棄物必須及時清理干凈，不得留在防護網內。

4.7.4棚架安裝完成后，應仔細檢查施工現場有無安全隱患存在， 檢查棚架螺栓、螺絲安裝的牢固程度和棚架穩定性；將現場進行清理，人員撤離現場，施工機具、材料全部轉移到防護網以外的安全位置，不得侵入鐵路限界，同時恢復防護網。

5. 結語

本文通過在連續梁施工范圍內搭設滑移式防護棚架，棚架頂棚隨著掛籃的前移逐段滑移，使連續梁施工區與鐵路運營區隔離，實行封閉作業，避免施工過程中掉落雜物損壞列車設備或發生觸電等安全事故，確保既有線行車安全；同時減少了棚架安裝及拆除的“要點”次數，減少了施工期間對鐵路運營的影響。實踐證明，對棚架采用滑移式施工是安全可行的，較好地解決了掛藍懸澆施工對鐵路防護的安全行車問題，對類似工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

參考文獻

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