特殊條件下跨既有線輕型防護棚架的設計與施工

余嘉勤

(中鐵五局二公司，湖南衡陽　421002)

隨著我國鐵路建設的發展，跨既有線施工逐漸成為工程施工的常態。為避免施工中高空墜物影響既有線的正常運行，防止事故發生，在跨既有線主體結構施工期間，搭設安全防護棚架成為了避免事故發生最有效的措施之一。傳統防護棚架一般采用剛性結構(鋼立柱、棚架頂型鋼滿鋪)，而后將防電板置于棚架底部，以達到防止高空墜物及觸電的效果[1]。此類方案在國內若干項目中已成功應用。該方案有以下特點：

①結構安全性高，能抵抗大物件(掛籃底模、張拉千斤頂等)脫落的大能量墜物沖擊；

②對吊裝場地要求較高，防護棚兩側場地要相對平整；

③型鋼吊裝數量較多，防護棚架的安裝與拆除要求的交通封鎖時間較長；

④鋼立柱、型鋼等均非施工常規物資，施工成本較高。

在比較特殊的條件下，如施工地形復雜(無平整的吊裝場地)、交通封鎖時間限制(專項線路封鎖時間短)、施工凈空較小等，傳統的防護棚架方案無法滿足施工及工期要求，需要進行方案調整及優化。

1　工程概況

武廣客運專線海壟口1號大橋為谷架橋，全長151.16 m，孔跨布置為40 m+56 m+40 m的變截面連續箱梁，采用懸臂灌注。其中1號與2號墩之間的梁體主跨(56 m)跨越京廣鐵路(與鐵路夾角為46°)。武漢臺、1號墩及廣州臺均位于山坡高地上，2號墩位于山谷中的旱地上，橋梁現場總體施工條件較差。

本工程主要有以下難點：

①地形復雜，進出道路及吊裝場地受限；

②地處既有線路塹地段，棚架跨度較大，且棚架立柱基礎施工困難；

③地處既有線隧道出口，要充分考慮列車出隧道時空氣動力作用下棚架的穩定性[2]；

④新線與既有線夾角較小，棚架長度相應加長，造成棚架安裝與拆除時間較長；

⑤因既有線為鐵路干線，鐵路局批復線路封鎖時間每天(次)不超過70 min。

2　輕型防護棚架的設計

本工程梁部施工時擬在鐵路限界以外，沿京廣鐵路兩側設置安全防護棚架，對受施工影響的既有鐵路范圍進行全封閉防護。防護棚架跨度20 m(垂直既有線路)，凈高12 m(既有軌面到棚底防電板)，長44 m。受現場施工條件限制，設計采用輕型防護棚架。棚架基礎采用混凝土擴大基礎；立柱采用角鋼制作，立柱間縱向采用槽鋼連接；棚架主桁架(弧形拱架)由鋼管彎制而成，鋼管間采用螺紋鋼聯接成整體；棚架頂部采用竹膠板密封，底部吊裝防電板[3]。

2.1　棚架基礎

防護棚架基礎沿鐵路兩側布置(置于兩邊路塹防護擋墻頂上)，中心間距4.0 m?；A尺寸為0.8 m×0.8 m，采用C25鋼筋混凝土澆筑?；A表面預埋0.6 m的鋼板及四根φ20高強螺栓，便于與防護棚立柱聯接。

2.2　棚架立柱

考慮既有線機車通過時的震動及風力作用，棚架立柱采用桁架形式以保證穩定[4]。立柱桁架橫斷面尺寸0.4 m×0.4 m，分節高度0.6 m。立桿采用(∠90×90×8) mm角鋼，斜桿及橫桿采用(∠75×75×8) mm角鋼，平均每米重110 kg。防護棚立柱高度在1.0～11.0 m之間(隨地形變化而變)。為方便運輸及裝拆，立柱高度若超過6.0 m，則立柱節間采用鋼板(高強螺栓)連接。

2.3　主桁架

棚頂主桁架(弧形拱架)跨度20.0 m，采用兩根φ50鋼管彎制而成，鋼管間采用φ22螺紋鋼聯接成整體，主桁架的弦桿及吊桿采用φ50鋼管，斜桿采用φ22螺紋鋼，主桁架每榀重440 kg(如圖1所示)。主桁架間距2.0 m，共計23榀。

圖1　主桁架結構(單位：m)

2.4　頂棚及防電板

棚架頂棚(遮雨棚)采用竹膠板拼裝而成。竹膠板長2.44 m，寬1.2 m，厚12 mm。在接觸網上方的主桁架底部安設防電板。防電板安裝寬度2.0 m，長度24.0 m，共2組。

3　輕型防護棚架的安裝

依據廣鐵集團關于辦理跨越既有線相關手續的要求，施工前與鐵路相關部門辦理施工配合協議、施工許可證、穿跨越鐵路等施工手續。

3.1　棚架立柱安裝

防護棚立柱施工采用人工配合吊車現場吊裝，立柱離鐵路接觸網回流線距離最近2.4 m、最遠7.0 m。為保證施工安全，距離接觸網回流線小于4.0 m的立柱必須利用天窗時間吊裝，其余立柱可利用行車間隙按正常程序施工。立柱施工順序由矮到高，采用25 t吊車吊裝。立柱吊裝過程中，應及時將相鄰立柱間采用剪刀撐及縱梁聯接成整體。立柱安裝就位后，每側立柱連成一個整體，設置可靠防傾覆風纜繩及地籠，并進行可靠接地，接地電阻不得大于4 Ω。

3.2　棚頂主桁架安裝

防護棚立柱吊裝完畢后，在立柱頂安裝縱向槽鋼，將立柱連成整體；在立柱頂的外側(槽鋼外側)安裝牛腿，縱向鋪設木板，形成施工平臺，并且設置圍欄；調整槽鋼高程及間距，以保證主桁架能順利、快捷就位。

主桁架采用50 t吊車吊裝，在地面每2片連成一個整體，每2片之間用φ50鋼管連接，φ50鋼管縱向間距為1.0 m，棚架底部角鋼上鋪竹夾板并固定，以便于棚架就位后施工人員施工安全和行走方便。在立柱頂的槽鋼上焊接V形導向鋼筋卡槽(固定每組棚架)。吊裝時采用四吊點(如圖2所示)。

圖2　防護棚架吊裝示意(單位：m)

第一組桁架到位后，將桁架支點的下鋼板與縱向槽鋼焊接成一體，兩邊采用三腳架固定。其余桁架到位后，除與縱向槽鋼焊接成一體外，還要及時將其與相鄰的桁架用φ50鋼管縱向聯接成整體(如圖3所示)。

圖3　防護棚架現場吊裝

3.3　防護棚頂棚及防電板安裝

棚架吊裝前，在地面將方木和竹膠板安裝固定于棚架頂部，采用短鋼筋焊接卡住及鐵線捆扎，固定牢固，按吊裝順序編好號，按次序據垂直天窗時間吊裝，就位后根據后期臨時天窗時間人工對接縫(寬1.6 m)進行處理。為保證安全及方便施工，防止散水掉到接觸網高壓線上引起安全事故。頂棚從兩邊(底部)往中間(頂部)搭設，竹膠板上打眼與頂棚架聯成整體，竹膠板接縫用方木加固并用不干膠填補。頂棚(遮雨棚)搭設完畢后，在頂棚兩側安裝方木擋水槽，集中將水引至水溝[5]。

防護棚主桁架底部離既有線接觸網距離1.8 m，為保證施工及既有線運營安全，在接觸網上方的主桁架底部順高壓線方向安設防電板。安裝過程中需注意以下兩點：

①防電板安裝前先在每塊防電板背后等距安裝3根方木，將防電板與方木牢固聯接成整體。

②每組桁架吊裝前將防電板和方木固定在桁架底部規定區域，防電板和桁架一起吊裝就位(如圖4所示)。

圖4　施工完畢的輕型防護棚架

4　輕型防護棚架的拆除

梁部施工完畢后，按照廣鐵集團既有鐵路施工要求，需提前1個月遞交要點封閉線路申請，確定鐵路天窗封閉時間。棚架拆除的順序是從兩端向中間、由上而下進行，吊車配合拆除工作[6]。拆除分兩種情況：

①棚架兩端一定長度范圍內，橋梁未完全覆蓋，可直接吊裝拆除。

在既有線天窗封閉時間內先順序解開棚架與立柱連接螺桿，隔行拆除頂部竹膠板后，采用吊車吊離既有線范圍。

②棚架中間部分因橋梁覆蓋，不能直接吊裝拆除。

在既有線天窗封閉時間，先順序解開棚架與立柱連接螺桿，隔行拆除頂部竹膠板后，再用撬棍將棚架沿立柱頂部槽鋼滑道均勻撬至梁體范圍以外，利用梁頂部的吊車吊離既有線范圍。移動棚架的過程中，利用預埋在梁底的吊桿對棚架進行保護，防止傾覆。

5　申請封鎖線路計劃

防護棚主桁架吊裝時需向廣鐵集團申請要點封鎖線路及接觸網斷電。主桁架24榀，每兩榀連接成一個整體起吊，共12組，采用2臺50 t吊車作業。經過現場試吊情況分析，主要起吊時間節點如下。

準備時間(吊車就位)：不進入單組循環時間內；

桁架套繩：1 min；

初步起吊到位：3 min；

焊接(桁架跟槽鋼)：3 min；

松吊繩：2 min；

吊車收臂(離開既有線區域)：1 min。

每天封鎖線路(停電)70 min，按每吊一組桁架所需時間為10 min計，每天吊裝6組，10 min預留，共需2 d時間。考慮不良天氣等客觀因素，加上防電板的安裝及頂部竹膠板補缺計劃，3 d時間完成防護棚安裝。

在實際施工中，防護棚架的安裝申請了3 d線路封鎖時間(每天70 min)，在規定時間內順利完成；防護棚架的拆除申請了3個天窗作業點(每個45 min)，只使用了2個天窗點就順利完成。

6　結論

海壟口1號大橋跨京廣鐵路施工是施工安全防護的重點，基于低山丘陵地形的特殊條件，防護棚架的施工成為工程施工的難點。在總結常規防護棚架施工的基礎上，根據現場地形的實際情況，大膽提出了輕型防護棚架理論，并制定出相應的設計施工方案。實踐證明，該方案不僅安全可行，而且施工時間短，成本低，為復雜地形下跨既有線工程積累了一套成功的施工經驗。

[1]王紀然，黃學文.跨既有線施工技術及施工防護[J].低溫建筑技術，2011(11):73

[2]陳強，王輝.跨既有線架梁施工技術[J].中國西部科技，2009(7):10

[3]中華人民共和國國家標準編寫組.GB50017—2003鋼結構設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2003

[4]張建民，陳寶良，李達.高速鐵路棚護支架空氣動力效應分析[J].鐵道標準設計，2010(2):91-93

[5]李皓，高晶晶.新建鐵路既有線施工的安全管理與控制[J].鐵道建筑，2010(9):116

[6]吳曉霞.掛籃施工上跨城際鐵路防護棚架設計[J].交通科技，2011(1):12