跨既有線路鋼桁架天橋安裝施工技術及工程應用

施旭光　殷倩倩　李洪霞

摘 要：隨著近年來鐵路的迅速發展，沿線火車站陸續改建，舊火車站的旅客進站平交道嚴重制約著線路提速，急需在既有運營線上增建人行天橋。在既有線上進行天橋安裝，既要考慮行車安全，又要考慮供電接觸網的影響。菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，客貨運輸量大。車站改造新增天橋施工場地作業空間狹小，構筑物復雜，且受帶電接觸網影響，吊裝機械需要限高、限位，不具備直接吊裝條件；施工垂停天窗短，滑動拖拉施工的走行速度慢，且滑道磨損率高、糾偏困難、施工工藝繁瑣、施工風險高。提出了鋼桁架天橋安裝采用“滾動拖拉”的施工方法，該方法基于滑動拖拉施工方法改進創新，施工的走行速度快，解決了封鎖點時間短、工期緊的難題；導向性好，安全可控；精準就位，不需糾偏；投入機械設備少，成本低。不僅適用于上跨運營鐵路鋼結構天橋施工，也適用于跨繁忙公路、市政道路及江河的鋼梁施工。

關鍵詞：鋼桁架；天橋施工；鐵路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.095

1 工程概況

菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，是魯西南地區較大的集客、貨運業務的綜合站。既有正線4條，到發線9條，客運站臺4座。每日接發客運列車88列。接發旅客9179人，年發送貨物50.46萬噸，到達523.41萬噸，日均裝卸車288車、通過貨車186列。車站改造新建旅客天橋寬11.5m、高6.2m，長91.75m，橫跨1～12股道連接站房二層候車廳，在二、三、四站臺設上下橋梯。既有線為已掛網電氣化鐵路，底弦桿底標高為61.98m，距離站線軌頂8.98m，距離正線軌頂8.73m。天橋主要結構形式包括基礎、立柱和鋼桁架結構天橋主體，鋼桁架按拼接點分為三跨， 第一跨跨度38.2m，重100.6噸；第二跨跨度19.7m，重52噸；第三跨跨度24m，重61.2噸。天橋立面圖，見圖1。

2 天橋滾動拖拉施工技術原理

在橋墩處搭設臨時支墩；采用貝雷梁作為下滑道主梁，在地面拼裝完成后應進行預壓，確保撓度符合要求后進行安裝并設置走行軌；搭設拼裝平臺，分跨拼裝鋼桁架天橋；鋼桁架天橋與走行軌之間設置滑車（每個桁架節點處均設置滑車），利用卷揚機分跨滾動拖拉桁架就位；將天橋桁架主弦桿作為上滑道，利用“地坦克”反拖拉抽出貝雷梁；用千斤頂落梁就位。

形成施工工藝流程圖見圖2。

其中包括鋼桁架天橋拖拉、貝雷梁拆除和鋼桁架落梁三項關鍵技術。

2.1 鋼桁架天橋拖拉

（1）在鋼桁架天橋拖拉終點設置卷揚機，卷揚機鋼絲繩另端栓在構筑物上，通過卷揚機牽引構筑物就位，為確保拖拉速度可控，在構筑物前端設動滑輪。在鋼絲繩走行區段每個2.5米橫向設置一道尼龍繩防止鋼絲繩下垂影響接觸網，在構筑物后端設置卷揚機防止拖拉過位。

（2）點前調試卷揚機，并進行全面檢查。清理鋼桁架內施工料具及雜物，確保拖拉過程中無墜物。

（3）拖拉前在鋼軌上間隔1.5米劃好等距線，拖拉過程中，構筑物上設專職監控人員及時觀測構筑物兩側位移是否統一。

（4）拖拉速度不超過3米/分鐘，距終點10米時應減慢速度，使鋼桁架緩慢地停止在終點。

（5）拖拉到位后，應根據支座的對應位置進行糾偏，用千斤頂和手拉葫蘆將其軸線和標高調整到位，確保落位正確無誤。

如圖3所示為拖拉裝置示意圖。

2.2 貝雷梁拆除

（1）拆除預留短軌節，搭設橫擔梁支墩，插入橫擔梁，用千斤頂將橫擔梁頂起，拆除滑車。

（2）安裝地坦克，將天橋主構筑物落在橫擔梁上后，在構筑物兩端安放千斤頂，將滑道梁升高，與支墩脫離。然后安放地坦克，地坦克與貝雷梁栓接完畢后回落千斤頂，讓貝雷梁和地坦克栓接在一起。

（3）人工推動地坦克帶動滑道梁向支撐平臺移動，在平臺上將滑道梁分片拆除。

如圖4所示為貝雷梁滑移拆除示意圖。

2.3 鋼桁架落梁

利用千斤頂將鋼桁架一側頂起，抽調一層木枕，回落千斤頂，讓構筑物落在支撐架上；然后將構筑物另一側頂起，抽調一層枕木；如此循環反復，直至鋼桁架落至設計標高。落梁時必須按兩端循環落，嚴禁兩端同時起頂。

3 結構穩定性驗算

應用MIDAS數值計算軟件進行貝雷梁桁架結構穩定性驗算，對貝雷梁弦桿及豎桿應力、斜撐應力、結構位移、一階屈曲模態、二階屈曲模態及三階屈曲模態進行分析；應用MIDAS數值計算軟件對臨時支墩結構穩定性驗算，分析立柱及縱橫梁應力、橫撐及斜撐應力、結構位移及一階屈曲模態；采用傳統力學理論進行拖拉結構驗算，計算貝雷梁最大彎矩和最大剪力。

3.1 貝雷梁桁架驗算

（1）計算模型。分析得計算簡圖如圖5所示，建立計算模型如圖6所示。

（2）主要技術參數。設計貝雷梁采用16Mn鋼，其抗拉、抗壓及抗彎設計強度為310MPa，彈性模量為206GPa，密度為7850Kg/m3；貝雷梁、滑道及枕木自重的荷載動力系數取為1.2；天橋鋼桁架重作為可變荷載施加，分項系數取為1.4。

（3）結構驗算。對貝雷梁弦桿及豎桿應力、斜撐應力、結構位移、一階屈曲模態、二階屈曲模態及三階屈曲模態進行分析，弦桿及豎桿應力見圖7，斜撐應力見圖8，結構位移見圖9，一階屈曲模態見圖10，二階屈曲模態見圖11，三階屈曲模態見圖12。

其中，最大拉應力為184.9MPa，最大壓應力為-180.8MPa，均位于靠近5#墩下弦桿處。拉壓最大應力小于設計強度，滿足規范要求。

其中，最大拉應力為90.4MPa，位于5#墩處斜桿；最大壓應力-108.9MPa，均位于靠近6#墩處斜桿。拉壓最大應力小于設計強度，滿足規范要求。

其中，最大位移25.42mm。滿足《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）中有重軌軌道的工作平臺梁的撓度容許值。

由上可得，穩定性滿足要求。

3.2 臨時支墩驗算

（1）計算模型。

（2）結構驗算。對臨時支墩進行立柱及縱橫梁應力、橫撐及斜撐應力、結構位移及一階屈曲模態分析，立柱及縱橫梁應力見圖14，橫撐及斜撐應力見圖15，結構位移見圖16，一階屈曲模態見圖17。

其中，最大壓應力為6.0MPa，位于受拖拉南側支座處橫梁，小于設計強度，滿足規范要求。

其中，最大壓應力為21.3MPa，位于受拖拉南側支座處上部斜撐，小于設計強度，滿足規范要求。

其中，結構最大位移5mm，滿足規范設計要求。

其中，一階穩定系數為0.914，結構失穩。失穩點位于南側第三榀縱向桁架上部斜撐交點，但不影響正常施工。

3.3 拖拉驗算

本方案從最不利方面進行簡單驗算，驗算過程如下：

取跨度最大的3#和4#墩驗算，跨度取22.5m，滑道自重的荷載動力系數取為1.2；天橋鋼桁架重作為可變荷載施加，分項系數取為1.4，總荷載31.88KN/m。

計算得，三排單層加強貝雷梁最大彎矩為2017KN/m，最大剪力值為358.65KN。查貝雷梁參數表1，可得，三排單層加強貝雷梁最大允許彎矩值為4809.4KN，最大允許剪力值為698.9KN，則彎矩安全系數為2.4，剪力安全系數為1.95，符合規范要求。撓度計算值為29.2mm，滿足要求。

4 工程應用

運用該工法施工，每節天橋在一個天窗點內拖拉完畢，避免天橋在既有線上臨時停放，即保證了施工及運輸安全、又減小了對運輸影響；該工法使用僅拖拉一項就節約了44天工期，即保證了節點工期，又為后續施工項目創造條件，所帶來間接經濟效益和社會效益巨大。

5 結論

通過分析滾動拖拉技術原理，運用數值計算方法進行貝雷梁和臨時支墩結構穩定性驗算以及拖拉驗算，形成了一種適用于施工場地作業空間狹小、構筑物復雜，不具備直接吊裝條件且施工垂停天窗短的天橋施工新技術，不僅解決了既有線封鎖點時間短的難題，而且提高了安全性能，消除了安全隱患，提高了施工效率，經濟及社會效益顯著。并通過深入研究天橋支墩及基礎、天橋滑道吊裝、天橋拖拉、天橋滑道拆除及落梁等施工技術，形成了一套不僅適用于上跨運營鐵路鋼結構天橋施工，也適用于跨繁忙公路、市政道路及江河的鋼梁施工的天橋滾動拖拉施工技術。

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