鋼盒新技術在跨鐵路連續梁中跨合攏中的應用

燕秋

摘要：新建大張高速鐵路溫家窯特大橋主跨轉體連續梁上跨鐵路中跨合攏施工時，采用了鋼盒進行合攏段的施工新技術，合攏段的所有施工均在鋼盒內進行，對鐵路行車基本無干擾，不僅完全確保了鐵路行車安全，且不需搭設鐵路安全防護棚，減少鐵路封鎖要點的時間及次數，大幅降低了施工成本。

Abstract： In the closure for midspan bridges of the swing construction of a continuous beam across the railway of the new constructed Datong-Zhangjiakou high-speed railway Wenjiayao super major bridge， all the construction of closure sections is taken in the steel boxes， which has no disturbance to the railway traffic， not only ensures the safe running of railway， but also has no railway safety protection shed， so as to reduce time and the number of the railway points blockade， greatly reducing the construction cost.

關鍵詞：上跨鐵路；中跨合攏；鋼盒；設計；檢算

Key words： railroad overbridge；closure for midspan bridges；steel box；design；calculation

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0104-04

0 引言

當連續梁中跨合攏段位于既有鐵路上，施工時將對鐵路安全運營造成較大影響，存在如下施工安全隱患：采用常規鋼模板及支撐時，模板及支撐與既有線接觸網距離比較近，電流很容易將接觸網與模板結構之間的空氣擊穿，模板鋼結構上又有許多尖角和鋼鐵毛刺。即使距離較遠的情況下，也容易發生電氣尖端放電，這樣勢必會造成模板結構帶電和電力線路短路；模板鋼結構距離鐵路既有線距離比較近，接觸網周圍存在很強的電磁場，可能在模板鋼結構上產生感應電壓，當感應電壓超過安全電壓（50伏）時，對施工人員的生命安全造成威脅；合攏段砼澆筑及預應力壓漿時，可能對接觸網和通行列車造成污染；鋼筋、砼塊及施工工具等不慎跌落造成接觸網斷電或威脅行車安全；砼養生用水和自然降水的水流可能流到接觸網和回流線上，造成模板結構帶電。

根據上述存在的安全隱患，鐵路營業線施工安全管理辦法（鐵運〔2012〕280號）及《太原鐵路局鐵路營業線施工安全管理實施細則》（太鐵施[2012]512號）相關文件要求，在施工需要采用相應防護措施。按照以往施工辦法，需在鐵路上方搭設防護棚，對接觸網采用屏蔽措施，上述措施及施工期間的營業線施工配合費、安全監督檢查費等費用很大，施工成本巨大，且在上述防護棚施工及拆除時，本身也對鐵路行車安全造成很大安全隱患。

為了確保鐵路運營安全，降低施工成本，在本項目施工中改變思路，創造性地提出了預埋鋼盒澆筑合攏段的方法，不僅將大部分施工安全風險轉移至既有線外，同時，三面封閉的鋼盒結構可替代防護棚的安全防護作用，不需搭設防護棚而大大降低了施工成本。

1 工程概況

新建大張高速鐵路溫家窯特大橋連續梁位于DK73+693.3～DK73+870.80處，采用（48+80+48）m懸臂現澆+轉體預應力混凝土連續梁跨越京包鐵路上下行線，主跨與既有京包雙線鐵路上行線（K274+877.84）相交，下行線（K274+902.19）相交，呈42°夾角。

上部結構采用（48+80+48）m預應力混凝土連續梁，梁體截面為單箱單室、變高度、變截面結構，箱梁頂寬12.2m，底寬6.4m，頂板厚度34～69cm，腹板厚度50～70～100cm，底板厚度50～100cm。

2 合攏段施工方案的研究及選定

轉體箱梁合攏段位于京包鐵路上方，合攏段如按常規的采用掛籃改造成合攏段模板及支架的方法進行施工，轉體進入既有線上空及合攏段施工期間對既有線行車安全造成隱患。列為鄰近營業線A類施工，且需采取搭設防護棚及其它防護措施，施工成本高。

為此，在本項目施工時，我們創造性地提出了采用預埋鋼盒進行合攏段施工的方法，將大部分施工安全風險轉移至既有線外。即在澆筑合攏段梁段B10#塊混凝土時，在B10#梁段預埋1.3m鋼盒，其中錨固于梁體0.8m，外伸0.5m，以保證在轉體過程中兩段鋼盒不會碰擦，保證轉體順利。轉體完成后，在中間安裝中塊鋼盒，兩端鋼盒在底板設有縱肋，通過縱肋搭接焊接，同時鋼盒底板搭接長度5cm。在箱梁頂板布置勁性骨架，骨架上設有橫擔梁，橫擔梁下吊螺紋鋼，以保證鋼盒的受力安全。經相關部門評估后將合攏段的施工由鄰近營業線A類施工降為B類。

3 鋼盒設計

中跨合攏段長度2m，分三段加工鋼盒（130+110+130）cm，每段分三部分制造，分別為底板、腹板和翼緣板，鋼盒面板厚度為12mm厚鋼板，加勁肋厚10mm。為確保合攏后能形成封閉空間及鋼盒之間有足夠的搭接長度，中間110cm部分外徑與130cm部分內徑相同尺寸，同時保證每端搭接長度5cm。鋼盒構造見圖1及圖2。

根據梁體合攏段預應力管道布置，鋼盒底板設置縱橫肋，縱肋高度20cm，橫肋高度5cm，避免對縱向預應力管道及鋼筋的干擾。為加強鋼盒與混凝土連接性，在鋼盒板面內側焊接？準20栓釘，栓釘長20cm。

加勁肋上每隔50cm預留一個2cm孔穿鋼絲繩，將鋼絲繩穿過肋板后屌于扁擔梁上采用專用鎖扣鎖緊，通過緊線器調松緊。加勁肋上的吊點集中在腹板下部，加密布置，間距25cm。合攏段中隔板承重采用在臨時鎖定鋼梁上增加橫向吊梁來實現，統一在底部肋板上按50cm間距布置吊點，并用鋼絲繩懸吊，見圖3。

在中間段鋼板與兩端鋼板間涂耐候結構膠密封，防止水及水泥漿流入線路。

4 計算工況

4.1 驗算指標

①Q235鋼：

fy=215MPa，fv=125MPa

②ФT32精軋螺紋鋼：

fy=650MPa

③變形值小于L/400。

4.2 計算模型

計算模型見圖4。

4.3 荷載計算

合攏段長2.0m，合攏斷面頂板厚43cm，底板厚50cm，腹板厚50cm，合攏段中間有1.0m厚橫隔板，中間留人孔。

①由于邊塊鋼盒腹板已錨入B10#塊混凝土梁體，其自重有一部分由已澆筑梁段承擔，鋼盒自重取一塊邊盒和一塊中盒的組合：GZ=56.35kN。

②橫隔板（長度1.0m，扣除人孔）。

面積A1=24.11m2，則得自重G1=24.11×26=626.86kN

③直線段（長度1.0m）。

面積A2=11.73m2，則得自重G2=305.0kN

④內模重。

內模采用竹膠板加方木的組合模板，取q=1kN/m2

箱室內壁周長：S1=15.54m2；

人孔內壁周長：S2=6.42m2；

隔板側壁面積：A3=9.11m2；

則：G3=（S1+S2）×q×1.0+A3×q=31.05kN。

⑤人員、施工料具運輸及材料堆放荷載。

查《路橋施工計算手冊》：取2.5kN/m2，按作用于底板計：N=2.5×6.4×2=32kN。

⑥澆筑混凝土時沖擊荷載：取沖擊系數1.05。

GS1=0.05×（G1+G2）=0.5×（626.86+304.98）=46.59kN。

⑦澆筑混凝土時振搗荷載。

查《路橋施工計算手冊》：取2.0kN/m2，按作用于底板計：GS2=2.0×6.4×2=25.6kN。

4.4 荷載組合

查《路橋施工計算手冊》：按表1進行荷載組合。

5 鋼盒承載計算

5.1 橫擔梁

假定所有荷載通過螺紋鋼吊桿傳遞于橫擔梁上，則：

S=1.2×GZ+1.2×（G1+G2）+1.2×G3+1.4×N+1.4×（GS1+GS2）

=1.2×56.35+1.2×（626.86+304.98）+1.2×31.05+1.4×32+1.4×（46.59+25.6）

=1368.95kN

ФT32精軋螺紋鋼最大承載力：F=A×fy=804.2×650=522.73kN

則需要ФT32精軋螺紋鋼數目：n=S/F=2.61，取n=4，即在勁性骨架上設置2根橫擔梁，每根橫擔梁上設置2顆扁擔梁懸吊ФT32精軋螺紋鋼吊桿，每根吊桿承受拉力：

F=1368.95/4=342.24kN

橫擔梁以簡支梁計算，采用雙I25#b工字鋼組合截面，橫擔梁自重：1.31kN/m，截面積：A=107cm2，慣性矩：I=10560cm4，W=845cm3。

橫擔梁計算簡圖見圖5，應力計算結果見圖6，圖7，位移計算結果見圖8。

計算得橫擔梁：

最大應力：154.1MPa

最大剪應力：41.3MPa

最大豎向變形發生在懸臂端：4.96mm<1500/200=7.5mm，滿足！

支點間最大豎向變形：2.73mm<1538/400=3.85mm，滿足！

5.2 勁性骨架

勁性骨架采用雙[32b槽鋼組合截面，截面積A=110cm2，慣性矩：I=16288cm4，W=1018cm3，SX=605cm3。

橫擔梁置于勁性骨架上，取中支點最大反力處：373.3kN。

勁性骨架錨固于箱梁頂板，按簡支梁計算：跨徑取2.0m。

最大彎矩：M=PL/4=373.3×2/4=186.65kN·m

σ=M/W=186.65×103/1018=183.35MPa

最大位移：

y=Pl3/144EI

=373.3×103×23×/（144×210×109×16288×10-8）

=0.6mm<2000/400=5mm，滿足！

5.3 計算結果

轉體鋼盒強度及變形都滿足施工要求。

6 結束語

①連續梁合攏段預埋鋼盒施工新型施工工藝及方法，鋼盒作為合攏段的模板，合攏完成后成為橋梁結構的一部分，不用拆除，減少了施工的工作量。

②鋼盒在在轉體前安裝，對既有線運營無干擾。鋼盒封閉的結構形式起到了防止施工時高空墜物，保障了既有線的安全運營，不需搭設鐵路防護棚。同時本項目合攏段施工由鄰近營業線A類施工降為B類，大幅降低了既有線防護方面的費用。

③合攏段預埋鋼盒法施工具有安全性能好，施工簡便，施工速度快，工程造價低等優點，同樣適用于其它連續梁合攏段的施工，在今后的預應力連續梁施工中具有較強的推廣價值。

參考文獻：

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