運營鐵路疊代法更換鋼梁施工技術

王 建 成

(通號(鄭州)電氣化局，河南 鄭州 450000)

隴海線下行K766+843為1-31.5 m上承鋼梁，輥軸支座，位于澠池—英豪區間的丘陵地段，上、下行分離，線間距約為28.8 m；橋位處為電氣化無縫線路，位于直線段，軌面坡度為7.9‰(行車方向為上坡)；橋下為季節性河道，河道與軌頂之間的高差為16 m。

該橋修建于1919年，運營時間久，橋臺為料石鑲面，內填筑三合土，原橋修建等級低。在該橋運營過程中，西側橋臺活動支座內輥軸螺栓銹斷，造成輥軸向西安方向傾斜；鋼梁部分已龜裂、老化；部分鉚釘失效，導致橋梁病害嚴重，危及行車安全(見圖1)。

針對該鋼梁的嚴重病害，以及原橋臺基礎承載等級偏低等情況，制定的改造方案是：移出鋼梁，在原址處新建兩個并列的雙層框架橋。

該橋鋼梁頂為明橋面木橋枕結構，采用傳統的在鋼梁頂部穿設Ⅰ20架空橫梁來實施架空作業，現場施工條件極其困難，沒有可供架空作業的操作空間，對既有線行車干擾也較大；在架空之后，還需對既有鋼梁實施移除，頂進雙層框架橋，如何順利實現荷載受力結構的轉換都是需要解決的問題。

經過前期細致的調查、勘測與分析，最終確定采用“疊代法”的施工方法，來進行該鋼梁橋病害的換梁施工。即：在箱涵頂預先拼裝架空結構，在封鎖點內將鋼梁整體下降后，將架空設備橫移到鋼梁頂部重疊，繼而下沉架空設備讓其承受線路荷載來替代鋼梁。

施工主體單位查閱技術資料總結和以往換梁經驗，同時，結合本單位自身設備、周轉材料以及現場地形等條件，制定細化了詳細的施工方案。最終在現場得到應用，圓滿完成路局下達的換梁計劃，獲得路局領導好評。

1 技術難點

傳統架空結構是在列車慢行期間在線路兩側先安設縱梁，自線路一側往軌枕間穿設Ⅰ20型工字鋼橫梁，與之前制立到位的Ⅰ122工字鋼縱梁連接，繼而形成對施工范圍內線路的架空。但在對該橋現場條件進行實際勘測及分析后，采用傳統架空方法存在以下問題：

1)該橋為鋼梁明橋面，基本軌下為木橋枕，木橋枕是以刻槽及鉤螺栓和鋼梁連接(見圖2)，其凈距一般在15 cm左右，軌底至鋼梁上翼緣鉚釘凈距為22 cm；鋼梁設置有上拱度，在鋼梁上的橋枕刻槽厚度不一，在此情況下實施架空，對鋼枕的安設增加了難度，只能在封鎖點內分次逐段施工，作業效率低下，而每個封鎖點最多只有150 min。同時，在分次施工期間，線路長期慢行，橋面處在鋼橫梁和木枕交替受力的狀態，軌道受力不均，線路幾何狀態也不易控制，會對行車帶來安全威脅。

2)傳統架空方法在穿設鋼橫梁之前縱梁必須先安放到位，木橋枕不能從側面抽出，只能在封鎖點內將橋枕先抬起順至道心，再沿線路方向人力抬出，作業場地狹小，在明橋面上無法展開多個工作面，工效很低，因此施工期間需要增加封鎖點，增大了對鐵路運輸的影響。

3)在抽換木橋枕期間，還必須將橋枕護木解除，這將會對橋面線路的幾何尺寸造成極為不利的影響。

4)該橋上、下游空曠，橋高16 m，施工時鋼梁兩側需搭設大量的施工平臺來滿足施工人員作業及材料機具堆放的需要，這不僅會帶來高空作業的安全隱患，同時還增加了工程成本。

針對以上技術難點，考慮如果能將架空結構以及基本的線路設施先行拼裝好，直接架設到位以替代鋼梁，可以很好的解決上述困難。

2 方案設計和關鍵技術

2.1 總體思路

鋼梁橋南側預制好的2-11.4 m×14.1 m雙層矩形框架橋，在其頂部預拼Ⅰ122工字鋼架空設備，將新基本軌及軌枕一并安裝完成。整體下沉鋼梁，而后橫移架空設備至既有鋼梁橋的上部，使架空設備和鋼梁疊加，從而以架空設備替代原鋼梁承受線路荷載，最后橫移出鋼梁解體，頂進框架橋，恢復正常行車。

具體施工順序如下：

架空支點樁施工、同時預制框架橋→搭設排架、鋪設滑道→拼裝Ⅰ122工字鋼架空設備、安裝新基本軌及軌枕→鋼梁支座轉換→下沉鋼梁、橫移架空設備、連接軌道、開通線路→橫移、解體鋼梁→頂進框架橋、恢復正常行車。

2.2 架空設備選取

1)架空縱梁：施工單位既有的架空縱梁目前分為兩種，一種是Ⅰ100(即高度為1.0 m的工字型鋼梁)，規格有L=16 m與L=8 m兩種；另一種為Ⅰ122(即高度為1.22 m的工字型鋼梁)，L=22 m。

該橋鋼梁長達31.5 m，架空跨度較大，這就需要采用架空支點樁在頂進過程中進行減跨以滿足架空縱梁的受力要求。通過對架空后橫移鋼梁與頂進雙層框架橋的空間需求核算，以及跨度的受力檢算，將架空跨度設計為Lp=19 m與Lp=16.5m，采取兩孔連續架空模式。

針對上述該工程特點，結合架空跨度、工程現場條件、設計架空結構形式以及運輸的便利性等情況綜合考慮，架空縱梁采用Ⅰ122工字鋼。

2)架空橫抬梁：架空橫抬梁采用的是Ⅰ20配套特制鋼枕(即高度為0.20 m的工字型鋼梁)。Ⅰ20鋼枕滿足Ⅰ122工字鋼架空設備設計要求。該鋼枕規格共分為三種：L=4.42 m,L=4.94 m,L=5.1 m，可根據不同的限界要求來進行選配，該工程架空結構滿足直線段的限界要求即可，因而選用L=4.42 m的Ⅰ20鋼枕。

3)架空設備橫移滑道：架空設備橫移滑道共設置三道，東、西橋臺處各設置一道，中部架空支點樁頂設置一道，橫移滑道采用2根P50鋼軌組成。

2.3 關鍵技術

1)拼裝Ⅰ122架空結構及新的軌道結構時，一定要提前使縱梁支點位置標高一致，然后再復核軌道線路幾何尺寸，避免在封鎖點內進行調整而耽誤時間。

2)下沉Ⅰ122架空結構時，須保證中線不發生大的偏移，否則在無砟的情況下調整線路方向會十分困難。

3)工字鋼與工字鋼以及鋼枕之間用φ22高強螺栓連接。采用性能等級為10.9s,高強螺栓終擰扭矩值為600 N·m。

4)穿橫抬鋼軌時，鋼枕與基本軌之間要墊絕緣膠墊，防止聯電。

3 換梁施工

為了避開汛期，工程于2012年11月中旬進場施工，前期平整場地，改移河道，預制框架橋等，對行車無干擾。2013年1月開始預制框架橋。

3.1 框架橋預制

1)框架橋灌注混凝土分三次，即底板、邊墻→橫梁、邊墻→頂板。

2)冬季施工時，灌注混凝土前搭設暖棚，框架全部封閉，并提前打入蒸汽蓄熱，以提高模板及鄰接混凝土溫度，使之與新灌混凝土間溫差小于15 ℃。

3)混凝土灌注高度為7.6 m，混凝土坍落度大，凝固時間較長，邊墻模板側壓力大，為保證模板強度，采用10號槽鋼與φ22對拉螺栓對邊墻模板進行加固處理。保證模板抗變形能力，提高了混凝土的灌注速度。

3.2 架空支點樁施工

1)兩橋臺處支點樁采用人工挖孔，挖孔時采用鋼筋混凝土護壁。

2)中間架空支點樁地面以下樁基礎部分采用直徑1.5 m的沖擊鉆鉆孔施工，灌注水下混凝土，高于地面墩柱部分則采用直徑1.5 m的圓柱鋼模板立模后灌注C20鋼筋混凝土。兩墩柱中心距為4.64 m，墩柱間設置一道系梁。

3.3 搭設排架、鋪設滑道

1)采用鋼管排架搭設，用鋼管聯結牢固。

2)橫移架空設備時采用三組P50鋼軌滑道。

3)橫移鋼梁時采用四組P50鋼軌滑道，頂面要平順，接頭用夾板聯結。

4)每組滑道為2根P50鋼軌，中距0.27 m。滑道的固定方式：每1.2 m置放一根普枕，與P50短軌間隔布置，釘設道釘固定。

3.4 拼裝工字鋼架空設備、安裝新基本軌及軌枕

1)工字鋼架空設備及預鋪線路在已預制好的框架頂上提前拼裝。

2)在架空設備范圍內鋪設新基本軌，長度38 m，中間接頭采用現場鋁熱焊焊接，兩端接頭提前鉆好連接孔。

3)基本軌與工字鋼之間每2 m設一道橫木支撐。

3.5 鋼梁支座轉換施工

2013年5月7日，利用維修天窗封鎖120 min，進行了鋼梁支座轉換成自制鋼支墩工作。

1)利用下行維修天窗封鎖點，將臨時支點上方鋼梁按設計要求在腹板鉆孔用角鋼和高強螺栓予以加固；點前，臺帽頂用砂漿找平，放置H=50 cm鋼支墩，鋼支墩間用角鋼焊連。

2)封鎖點內，松開鋼梁兩側各5 m線路扣件，割除支座連接螺栓，頂起一端鋼梁，設好鋼支墩臨時支座，落梁，再進行另一端支座轉換施工。檢查線路幾何尺寸，符合標準后開通線路。

3)慢行期間拆除既有支座及割除支座上方的部分鋼梁，割除部分應保證鋼梁能下沉0.65 m。

3.6 下沉鋼梁、橫移架空設備

2013年5月8日，利用維修天窗封鎖180 min，進行了鋼梁支座轉換成自制鋼支墩工作。

1)設置封鎖防護，連接好軌道電路銅線，在橋臺胸墻處切斷鋼軌，分別頂起鋼梁東西端，拆除鋼支墩，同步下沉鋼梁至臺帽頂并支墊穩固。

2)接通東、西側以及架空支點墩柱上的P50鋼軌橫移滑道。

3)橫移架空設備至線路上方，架空設備與鋼梁的疊加：a.松開橋臺兩側各50 m范圍線路扣件螺栓，同時切割距橋臺胸墻2 m處的鋼軌(距橋臺胸墻2 m內的基本軌按規定不得設置軌縫)，然后橫移架空設備。b.架空結構下沉，中線與既有線路中線的對位，架空設備與鋼梁疊加(見圖3)。

4)切割既有線鋼軌，接通線路鋼軌。a.切割與架空設備預鋪鋼軌連接處的既有線鋼軌，將預鋪鋼軌與既有線路鋼軌用夾板連接，電務配合固定好鋼軌接頭處的連接線。b.架空支點墩柱頂的小車及橫移滑道抽移后，支墊鋼支墩。c.復緊線路扣件螺栓。

5)開通線路：檢查架空設備及線路幾何尺寸，達到開通線路的要求之后，撤除防護，開通線路。

3.7 頂進框架梁

將架空設備橫移到位后可進行常規的框架橋頂進施工。

4 結語

隴海線下行K766+843中橋1-31.7 m鋼梁病害改造工程，成功實施了架空設備與鋼梁的疊代法施工，鋼梁被橫移出限界之外安全解體，雙層框架橋順利頂進就位，及時恢復了正常行車，顯著減少了慢行施工對鐵路運輸的影響。施工總工期約7個月，共慢行40 d，要點封鎖施工3次，其中僅用了一次180 min封鎖點就順利完成了落梁和架空設備橫移到位施工。

在架空換梁以及雙層框架橋頂進施工期間，架空設備狀態良好，線路穩定，減少了封鎖施工要點的次數，施工方案有效、合理，安全狀況良好。框架橋就位的技術參數均符合TB 10415—2003鐵路橋涵工程施工質量驗收標準的要求，達到了預期目標。換梁后，兩個雙層框架橋頂進就位的狀態見圖4。

建議：既有線的鋼梁橋多處于河道、丘陵或者交通要道處，對于此類鋼梁在實施改造施工中，傳統的架空方案會導致工期長、成本高、對行車安全產生長時的不利影響。在此情況下，則要針對不同的地段、不同的鋼梁替換結構，因地制宜的研制和采用一些最有利于行車安全，同時操作性強的架空方案。

[1] 經審批的該工程施工方案[R].鄭州：鄭州鐵路局鄭州工務機械段，2013.