跨既有鐵路斜交式公路拱橋施工方案研究

潘吉洪

（中鐵四局集團機電設備安裝有限公司，江西南昌330200）

跨既有鐵路斜交式公路拱橋施工方案研究

潘吉洪

（中鐵四局集團機電設備安裝有限公司，江西南昌330200）

摘要：公跨鐵立交橋上跨既有鐵路線橋梁安裝，施工難度大，安全性要求高，時效性要求強，而公路與鐵路斜交時難度更大。以某公鐵立交橋為背景，系統介紹施工方案比選，無防護棚架防護跨線制梁與安裝方案的具體工藝技術和安全措施，方案安全而高效，可為同類工程提供經驗參考。

關鍵詞：公跨鐵立交橋；提籃式拱橋；滿堂支撐；跨越方案；安全措施；

鐵路行車安全是工程施工的重點，相關安全措施要求更高。新建公路在上跨鐵路立交時，為防止發生跨線橋上車輛沖逸、建筑物垮塌以及掉落物體等危害鐵路行車安全事故，凡上跨鐵路的構造物施工均需有嚴格的安全保障，施工方案需要進行反復論證與比選。

1　工程概況

某公路工程需要斜交跨越某鐵路道岔咽喉區，設計采用937.24 m橋梁通過，其中上跨鐵路部分采用1～80 m鋼管混凝土提籃拱橋斜置結構，拱肋矢跨比1/4，拱軸線自身面內理論計算方程為Zn=-0.0125 （Xn-40）+20 m。拱肋向橋中心線傾斜成提籃式，傾斜角度為82°，拱肋平面內高度20 m，橋面全寬32 m。主梁采用預應力混凝土箱梁，橫斷面為單箱五室變截面箱形，跨中梁高2.5 m、根部3 m；跨中中腹板厚0.4 m，根部1 m；跨中邊腹板厚1.5 m、根部3 m。主橋橋墩為4個獨立式C35鋼筋混凝土矩形橋墩，采用C30鋼筋混凝土群樁基礎（如圖1）。

2　方案比選

圖1　公路鐵橋示意圖Fig.1 Schematic diagram of a road across the railway

2.1方案設計原則

因橋梁跨越既有鐵路，為確保安全，施工方案要求安全第一，合理可靠，操作性強，同時質量目標明確，管理體系健全，保證措施完善，確保營業線施工、行車、人員及設備安全。加強與鐵路運營管理部門聯系，協調各專業間的配合，保證工程順利實施［1-2］。

2.2方案綜合比選

方案1：異位拼裝頂推方案

采用異橋位拼裝鋼管拱，然后利用梁面的設置的軌道，采用頂推方法，將鋼管拱整體縱移就位。根據該橋位現場情況，考慮橋梁為斜置及斜交方式，可操作性差，且安全不能得到保證，故此方案不予考慮。

方案2：豎向轉體方案

該方案只能解決拱部施工相關問題，且斜交橋梁采用此方案在技術上存在較多不確定因素，難度及安全風險偏大，此方案也不予考慮［3］。

方案3：支架搭設方案

根據現場情況，在鐵路限界外部采用滿堂腳手架，跨鐵路處修建臨時橋墩，采用貝雷梁結構跨越（圖2，圖中單位為m）。本方案操作性強，合理可行，計劃采用該方案施工［4］。

3　工藝流程

1）支架搭設與硬化。

（1）橋基施工。先進行21#、22#橋墩基礎施工。在21#、22#墩位處，修建施工便道，筑島構建樁基鉆孔平臺，樁基完成后施工承臺。

（2）地基硬化。兩橋墩承臺施工完成后，在滿堂支架段地基進行混凝土硬化施工，硬化厚度與結構滿足受力要求；

2）跨越支架搭設。支架搭設時，高度根據橋面高度確定，架體上永久與可變荷載（不含風荷載）總和標準值不應超過7.5 kN·m-2，均布荷載不應大于7 kN·m-2。通過計算，搭設方案如下：

（1）立柱結構：跨越支架立柱與鐵路中心線平行距離左右各6 m，跨度12 m。立柱采用鋼管柱，支于擴大基礎上，鋼管柱采用800×12 mm鋼管，間距為4.5 m［5］，共計30根（圖3）。

圖2　支架搭設方案（單位：m）Fig.2 The scheme of scaffold erection

圖3　跨越支架構造示意Fig.3 Span support design

（2）跨越結構：采用貝雷梁結構，貝雷架上設置工字鋼分配梁，分配梁設置方木及模板系統。從下往上依次為：鋼管柱、調節砂箱、分配梁、貝雷梁、方木、底模。貝雷梁上鋪設5 mm厚鋼板，防止雜物墜落，并派專人防護，確保鐵路行車安全［6］。

①立柱基礎：施工前需進行原地面處理，使其達到支架要求的地基承載力以上，然后在處理好的地基上進行硬化，擴大基礎的尺寸為2 m寬×1.3 m高，長度為65 m，C25混凝土一次澆筑完成。

②立柱支立：在鋼管柱底部焊接20 mm厚鋼板并使用膨脹螺栓與擴大基礎連接。鋼管樁之間縱橫向聯系使用20a#槽鋼焊接于鋼管柱上，并設置2道剪刀撐加強支架的穩定性。鋼管柱縱橋向布置與現澆箱梁下擴大混凝土基礎對應。

③工字鋼橫梁：沿每跨鋼管柱頂面橫橋向通布長置I32b工字鋼3根，合焊在一起共同承受荷載。其主要荷載為貝雷梁的集中力及其上荷載所產生的彎矩和撓度。為防止貝雷梁的側移，工字鋼上焊接貝雷縱梁橫向限位鋼擋塊。

④貝雷片縱梁：工字鋼上搭設以貝雷片連接所組成的縱向承重梁，貝雷梁采用標準國3 000 mm×1 500 mm工具式貝雷片，單片長3 m，高1.5 m。縱橋向兩節貝雷片之間使用銷子相連，與鋼管柱對應布置。橫橋向按箱梁具體結構布置，中腹板及底板下采用單層多排貝雷梁。兩貝雷梁縱向每3 m使用廠家配套生產的支撐架，把貝雷片連接成整體，使每排貝雷片受力較為均衡。貝雷架上橋梁范圍內縱橋向布設15 cm×15 cm的方木為下層，上層為間距20 cm的6 cm×8 cm的方木，組成底板下背肋，即可安裝箱梁底板［7］。

3）支架預壓。支架搭設完成且梁體底模鋪好后，對支架體系按1.2倍設計荷載（包括荷載）進行超載預壓。荷載包括：梁體混凝土重量、梁體鋼筋、預應力體系重量、內外模板重量、施工機具重量、施工人員荷載、混凝土施工動載、風載等。預壓可消除支架（支墩）及地基的非彈性變形，同時得到支架（支墩）的彈性變形值作為施工預留拱度的依據，還可測出地基沉降，為采用同類型的橋梁施工提供經驗數據。預壓時間預計3～7 d，預壓過程隨時測量和記錄，根據預壓測量確定施工預拱度［6］。

4）梁體澆筑。支架預壓完成后，澆注梁體混凝土，待混凝土強度與彈性模量達到設計值得100%以后且混凝土齡期不小于7 d，張拉第一批縱向預應力鋼束（見圖4）。

5）搭腳澆筑。吊裝拱腳段鋼管拱肋，重點觀測定位尺寸和傾斜度，確保滿足規范要求。同時澆注拱腳混凝土。

6）拼裝拱肋支架。在橋上搭設用于拼裝拱肋的支架系統，在滿足為拱肋吊裝焊接提供必要工作空間的基礎上，設置縱橫向聯接系使橋上支架形成整體以增加其穩定性。按規范分級、分次對支架系統進行堆載預壓以消除支架系統的非彈性變形以及獲取支架彈性壓縮量；預壓重量為拱肋荷載（包括鋼管、鋼管內混凝土）的120%。支架與拱肋鋼管采用面接觸，避免拱肋鋼管局部產生過大的集中應力（見圖5）。

圖4　梁體澆筑（單位：m）Fig.4 Pouring the upper bridge

圖5　拱肋支架拼裝（單位：m）Fig.5 Arch bracket assembly

7）拱肋吊裝與灌注。將拱肋各分段吊裝就位，臨時固定。調整拱軸線線形，焊接拱肋接頭以及4#吊桿處拱肋K撐。調整拱軸線線形，焊接拱肋合攏段以及6#吊桿處拱肋K撐。按順序灌注拱肋下弦管、上弦管、腹腔內混凝土，需要防腹板外鼓。在吊裝過程中，必須在吊車的支腿下墊放枕木和鋼板，以免橋面壓應力過于集中而對梁體造成損傷。待拱肋內最后一批灌注混凝土達到設計強度80%，且齡期14天后，拱肋支架落架。

上述工序完成后張拉第二批縱向預應力鋼絞線。

8）拱肋支架拆除。待拱肋內全部混凝土達到100%設計強度及彈性模量后拆除支架。完成后張拉第三批縱向預應力鋼絞線及第一批橫向預應力鋼絞線。

9）吊桿安裝與張拉。拱肋支架拆除后，在拱肋上方按順序對稱進行第一次吊桿張拉，完成后張拉第四批縱向預應力鋼絞線及第二批橫向預應力鋼絞線。然后在拱肋上方按順序對稱進行第二次吊桿張拉，張拉第三批端橫梁橫向預應力鋼絞線。現澆梁體支架落架，并張拉第五批次縱向預應力鋼絞線（見圖7）。

10）滿堂支架拆除。拆除現澆梁體支架中滿堂支架部分。防腐涂裝檢查補強。防拋網、人行道欄桿、橋面鋪裝等附屬設施施工。

11）跨越支架拆除。拆除支架系統中門式鋼架部分。調整承重砂箱，通過砂箱分段下落分配梁、貝雷架及底模；拆除現澆梁底模系統；在現澆梁兩側拆除貝雷架；拆除承重分配梁；拆除鋼管樁縱向連接槽鋼；拆除鋼管樁。最后恢復施工場地［2］。

圖6　拱肋吊裝與灌注（單位：m）Fig.6 The arch rib hoisting and perfusion

圖7　吊桿安裝與張拉（單位：m）Fig.7 Installation and tension

4　注意事項

1）基坑施工防護措施。

（1）基坑采用間隔開挖，開挖前與設備管理單位共同做好管線探溝開挖及管線的防護、遷改方案。

（2）做好原地面及基坑內的截、排水系統，將水引至便道的排水溝內。

（3）開挖過程中除在遠離基坑及既有線存放基坑回填的土石方外，其余的土石方通過遠離既有線的便道及時運出施工場地。

（4）由營業線方向向外分層開挖，每層開挖深度不宜超過1.5 m，盡量避開下雨天開挖作業。

（5）基坑開挖成形后在基坑四周距基坑邊1 m處用鋼管設置1.5 m高防護欄桿并掛密目防護網及警示標志牌，當有列車通過時，承臺基坑內的作業人員上到地面安全位置。

（6）在開挖過程中設測量人員對路基的沉降、變形進行觀測，與鐵路工務部門現場配合人員對線路狀況進行監控，確保營業線行車的安全。開挖過程中出現變形量超標時，首先停止施工，及時對基坑進行回填和邊坡加固，待變形穩定并相關檢查同意后，方可繼續施工。

（7）承臺施工完成后應及時進行夯實回填，盡量縮短承臺開挖至回填施工的作業時間，保證既有線路基穩定。

2）鄰近鐵路線施工安全。

（1）嚴格按照批準的施工方案組織施工。遵守鐵路界限規定，不可擴大施工范圍。

（2）既有線施工期間，在施工地點兩端設置防護員和中間設置防護員、駐站聯絡員。

（3）機械作業嚴格按“一機一人、專人指揮、專人防護、人隨機走”制度。

（4）防止機械、材料侵限，防止挖斷管線設備［8］。

參考文獻：

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[2]李明華.施工方案與專項施工方案的異同性分析與編制[J],華東交通大學學報,2014,139(5):112-116

[3]胡迎新,徐占軍.公路跨鐵路既有立交橋改建工程淺析[J].企業技術開發,l999,(8):9-11

[3]孫忠帥.公跨鐵橋梁安裝及拱橋拆除施工技術及防護[J].山西建筑,2008,34(19):301-302

[4]李智杰.公跨鐵滿堂支架現澆箱梁施工技術[J].山西建筑,2007,33(2):165-166

[6]唐文峰,趙剛,等.公路橋梁跨越高速鐵路最優方案探索[J].交通科技,2011,246(3):14-17

[7]張益多,鮑麗麗,等.京滬高鐵跨錫北運河系桿拱橋施工監控[J].江蘇科技大學學報:自然科學版, 2011,25(3):214-216

[8]李明華.道路與鐵道工程施工技術[M].長沙:中南大學出版社, 2012.

（責任編輯王建華）

Study on Construction Scheme of X-type Highway Arch Bridge on Existing Railways

Pan Jihong
(Electromechanical Device Installation Co.,Ltd., CTCE Group, Nanchang 330200, China )

Abstract:It is difficult to install highway- railway overpass on existing railway lines due to the high requirement in construction, security and timeliness, especially for X-type highway arch bridges. This paper, taking highwayrailway overpass as the research object, systematically introduces the comparison and selection of construction schemes and the specific technology and safety measures of installation scheme of beaming across lines without protective scaffolding. It then finds out the secure and efficient scheme , which can provide a reference for the simi?lar engineering.

Key words:highway and railway overpass; X-style arch bridge; full framing support; crossing scheme; safety mea?sures

作者簡介：潘吉洪（1971—），男，高級工程師，研究方向為鐵路橋梁。

收稿日期：2015-03-15

文章編號：1005-0523（2015）03-0032-04

中圖分類號：U445.4

文獻標志碼：A