淺談新建跨線鐵路橋梁T構(gòu)設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)體施工

謝軍輝

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

1 工程概況

某鐵路專用線位于新疆維吾爾自治區(qū)石河子市境內(nèi)，線路全長(zhǎng)37.15 km，為國(guó)鐵Ⅱ級(jí)單線電氣化貨運(yùn)鐵路。線路由疏解線、下行線、上行聯(lián)絡(luò)線、電廠支線、鋁廠支線組成。疏解線特大橋上跨既有蘭新鐵路。

疏解線特大橋橋址處地勢(shì)平坦，多為旱地，橋墩墩高普遍在10 m左右，孔跨為(8×32+1×24+1×32+2×34+13×32) m，全橋均位于半徑R=500 m的圓曲線上。橋梁在跨越既有蘭新鐵路處，經(jīng)過(guò)方案比選論證，并經(jīng)業(yè)主單位同意，采用(2×34) m T構(gòu)跨越，總體布置圖如圖1所示[1]。為減小施工對(duì)既有蘭新鐵路正常運(yùn)營(yíng)的影響，T構(gòu)采用先平行于既有蘭新鐵路現(xiàn)澆施工，再轉(zhuǎn)體就位的施工方法。

圖1 主橋(2×34) m T構(gòu)總體布置示意圖(cm)

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 專用線標(biāo)準(zhǔn)

(1)鐵路等級(jí)：Ⅱ級(jí)。

(2)正線數(shù)目：?jiǎn)尉€。

(3)軌道結(jié)構(gòu)：有砟軌道， 50 kg/m鋼軌。

(4)設(shè)計(jì)速度：貨車80 km/h。

(5)設(shè)計(jì)活載：中-活載。

(6)牽引類型：電力。

2.2 蘭新鐵路標(biāo)準(zhǔn)

(1)鐵路等級(jí)：Ⅰ級(jí)。

(2)正線數(shù)目：雙線。

(3)凈空要求：雙層集裝箱。

(4)設(shè)計(jì)速度：客貨共線120 km/h。

(5)設(shè)計(jì)活載：中-活載。

(6)牽引類型：電力。

3 (2×34) m T構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 (2×34) m T構(gòu)構(gòu)造

本橋主橋位于半徑R=500 m的圓曲線上，T構(gòu)梁體采用曲線曲做。T構(gòu)梁為單箱單室箱梁，梁長(zhǎng)69.2 m，支座到梁端縱向長(zhǎng)0.6 m，橫向支座間距3.2 m。梁體頂面寬7.4 m，底面寬4.0 m。在設(shè)置接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)和避車臺(tái)的位置局部加寬。梁體端部高2.5 m，主墩處梁體高4.0 m，在主墩前后設(shè)7.5 m×1.5 m梗斜。箱梁頂板厚0.4 m，底板厚0.4 m，腹板厚0.4 m，在梁端橫梁處局部分別加厚至0.6 m、0.9 m、0.6 m。T構(gòu)梁體橫截面構(gòu)造，如圖2所示[1]。

圖2 主橋(2×34) m T構(gòu)梁橫斷面示意圖(cm)

T構(gòu)梁分5個(gè)梁段，施工時(shí)先澆筑0號(hào)梁段，長(zhǎng)度為24 m，然后對(duì)稱澆筑1號(hào)、1′號(hào)梁段，長(zhǎng)度為12 m，最后對(duì)稱澆筑2號(hào)、2′號(hào)梁段，長(zhǎng)度為10.6 m。為保證每個(gè)梁段的灌注質(zhì)量，施工采用泵送混凝土連續(xù)灌筑，一次成型。梁段劃分如圖3所示。

圖3 主橋(2×34) m T構(gòu)單元及梁段劃分示意圖(cm)

梁體混凝土等級(jí)為C55，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。縱向預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑15.24 mm的鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 1 860 MPa。梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，張拉控制應(yīng)力分別為 1 302 MPa和 1 339 MPa。梁體內(nèi)鋼絞線的張拉順序?yàn)椋合葟埨敯迨龢蛄恨D(zhuǎn)體就位支座安裝后，再?gòu)埨拱迨偷装迨?/p>

3.2 (2×34) m T構(gòu)施工階段分析及計(jì)算成果

(2×34) m T構(gòu)梁部縱向計(jì)算采用Midas Civil三維有限元軟件，通過(guò)建立全橋有限元模型，按照實(shí)際情況劃分施工階段，計(jì)算分析梁體的強(qiáng)度、應(yīng)力和位移等。全橋劃分為24個(gè)單元，25個(gè)節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)有限元模型，如圖4所示。

圖4 主橋(2×34) m T構(gòu)有限元模型

主橋分為14個(gè)施工階段，如表1所示。

表1 施工階段劃分表

通過(guò)空間模型分析發(fā)現(xiàn)T構(gòu)跨中截面曲線外側(cè)底板應(yīng)力比曲線內(nèi)側(cè)底板應(yīng)力小0.65 MPa左右。這是因?yàn)榍€梁橋腹板內(nèi)側(cè)短外側(cè)長(zhǎng)，梁體外側(cè)腹板受力比內(nèi)側(cè)腹板大，因而曲線外側(cè)應(yīng)力比內(nèi)側(cè)應(yīng)力小[2]。為使曲線梁內(nèi)外側(cè)腹板受力均勻，通過(guò)分析計(jì)算，將內(nèi)側(cè)腹板鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整為0.70fpk，即1 302 MPa，將外側(cè)腹板鋼束張拉控制應(yīng)力調(diào)整為0.72fpk，即1 339 Mpa。調(diào)整后，T構(gòu)跨中截面應(yīng)力趨于均勻。

通過(guò)計(jì)算，轉(zhuǎn)體階段為最不利的施工階段，該階段頂板最大壓應(yīng)力8.61 MPa，最大拉應(yīng)力-0.52 MPa，底板最大壓應(yīng)力 14.5 MPa，最大拉應(yīng)力-1.14 MPa；運(yùn)營(yíng)階段頂板最大壓應(yīng)力9.12 MPa，最小壓應(yīng)力1.90 MPa，底板最大壓應(yīng)力13.06 MPa，最小壓應(yīng)力3.02 MPa，梁體各截面均不出現(xiàn)拉應(yīng)力。主梁強(qiáng)度安全系數(shù)為3.30，抗裂安全系數(shù)為1.66。在中-活載作用下，最大撓度6.3 mm，靜活載作用下梁端最大轉(zhuǎn)角0.09%[3-4]。以上各設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

4 轉(zhuǎn)體施工

4.1 轉(zhuǎn)體施工簡(jiǎn)介

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指在橋梁偏離設(shè)計(jì)橋位軸線或與設(shè)計(jì)橋位設(shè)計(jì)軸線在空間上呈一定的夾角時(shí)，預(yù)先澆筑或拼裝橋體，待梁體形成整體且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，借助球鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)使橋梁與設(shè)計(jì)橋位軸線重合的施工方法[5]。轉(zhuǎn)體施工從橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)分，可分為：平轉(zhuǎn)施工法、豎轉(zhuǎn)施工法及平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合施工法3種，其中應(yīng)用較為廣泛的是平轉(zhuǎn)施工法[6]。

與傳統(tǒng)的施工方法相比，橋梁轉(zhuǎn)體施工具有施工干擾小、工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、采用設(shè)備較少、工程造價(jià)低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，最適宜在跨越深谷、急流及公路、鐵路立交情況下采用，是當(dāng)前較為成熟的一種橋梁施工技術(shù)，在橋梁工程施工中得到了較為廣泛的應(yīng)用[5]。

4.2 轉(zhuǎn)體施工應(yīng)用

4.2.1 施工方案簡(jiǎn)介

專用線疏解線特大橋主橋T構(gòu)，轉(zhuǎn)體梁長(zhǎng)度69.2 m，逆時(shí)針轉(zhuǎn)體角度49°，轉(zhuǎn)體重 2 016 t。10號(hào)主墩采用C40混凝土，墩身截面為矩形截面，尺寸為4.0 m×4.0 m。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的上盤采用C50混凝土，尺寸為7.0 m×7.2 m×1.5 m，下盤采用C35混凝土，尺寸為7.0 m×10.4 m×2.5 m。主墩基礎(chǔ)為11根φ1.0 m的端承樁基礎(chǔ)。

本橋?yàn)樾】鐝絋構(gòu)，10號(hào)主墩和11號(hào)邊墩基本與蘭新鐵路等距離布置。為減少基坑開(kāi)挖對(duì)蘭新鐵路的影響，10號(hào)主墩和11號(hào)邊墩承臺(tái)采用斜向布置。T構(gòu)施工時(shí)，先沿平行于蘭新鐵路走向一側(cè)搭設(shè)滿堂支架，然后對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，分段澆筑梁體。待整個(gè)梁體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除支架，完成T構(gòu)體系轉(zhuǎn)化，再利用轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，將T構(gòu)平轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)橋位軸線位置,如圖5所示。

圖5 主橋(2×34) m T構(gòu)轉(zhuǎn)體平面示意圖(cm)

4.2.2 施工工藝流程

轉(zhuǎn)體施工實(shí)施前，應(yīng)先申請(qǐng)要點(diǎn)計(jì)劃。在得到運(yùn)營(yíng)單位批復(fù)，確定轉(zhuǎn)體施工日期和時(shí)間后，合理安排施工順序，加強(qiáng)配合協(xié)調(diào)工作，合理組織勞力，在封閉時(shí)間內(nèi)完成施工。施工過(guò)程中積極與設(shè)備部門配合，做好現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)工作，確保蘭新線鐵路安全正點(diǎn)運(yùn)營(yíng)。轉(zhuǎn)體施工工藝流程，如圖6所示。

圖6 施工工藝流程圖

施工準(zhǔn)備完成后，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)進(jìn)行試轉(zhuǎn)體。試轉(zhuǎn)體的過(guò)程，應(yīng)對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查，及時(shí)消除障礙[7-8]。試轉(zhuǎn)體后，應(yīng)及時(shí)分析采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并協(xié)調(diào)鐵路相關(guān)部門，確定轉(zhuǎn)體方案，封閉鐵路，進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體施工。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)接近設(shè)計(jì)位置時(shí)，為防止結(jié)構(gòu)超轉(zhuǎn)，應(yīng)停止自動(dòng)牽引操作,采用點(diǎn)動(dòng)控制，點(diǎn)動(dòng)時(shí)間為0.2 s/次，每次點(diǎn)動(dòng)千斤頂行程為1 mm,換算梁端行程[9]。

整個(gè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中，用全站儀加強(qiáng)對(duì)T構(gòu)兩端高程的監(jiān)測(cè)和對(duì)下轉(zhuǎn)盤滑道及撐角的觀察。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位后，應(yīng)對(duì)T構(gòu)的線性、標(biāo)高和縱坡進(jìn)行測(cè)量，采取有效措施使其滿足設(shè)計(jì)要求[7]。最后，進(jìn)行封盤混凝土澆筑施工，以最短的時(shí)間完成上、下盤結(jié)構(gòu)固結(jié)。

4.2.3 施工關(guān)鍵控制因素

(1)天氣條件

新疆地區(qū)風(fēng)力資源相對(duì)比較豐富，應(yīng)充分考慮風(fēng)力對(duì)轉(zhuǎn)體過(guò)程的影響。轉(zhuǎn)體前應(yīng)及時(shí)與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T溝通獲取轉(zhuǎn)體當(dāng)天的天氣條件，避免可能出現(xiàn)的大風(fēng)對(duì)轉(zhuǎn)體施工帶來(lái)危害。轉(zhuǎn)體過(guò)程中風(fēng)力不宜超過(guò)3級(jí)，同時(shí)還應(yīng)制定有效的防范措施。

(2)T構(gòu)縱、橫向不平衡

T構(gòu)轉(zhuǎn)體前應(yīng)由專門檢測(cè)單位對(duì)梁體進(jìn)行檢測(cè)，確保轉(zhuǎn)體系統(tǒng)以球鉸為中心縱、橫向的平衡。若梁體縱向不平衡，可采取現(xiàn)場(chǎng)加沙袋配重法或者水箱加注水法調(diào)整T構(gòu)梁端的重量。由于本T構(gòu)位于R=500 m圓曲線上，梁整體重心偏向于曲線內(nèi)側(cè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)時(shí)在球鉸位置設(shè)置0.2 m的預(yù)偏心，使T構(gòu)在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，縱、橫向整體保持平衡。

(3)梁體現(xiàn)澆安全保障措施

梁體平行于蘭新鐵路施工，最近僅有6.6 m左右。為確保安全，施工中：(1)拆除現(xiàn)澆梁體外側(cè)的既有鐵路封閉護(hù)欄，在現(xiàn)澆梁體與既有鐵路之間和梁端新建封閉護(hù)欄，新建封閉護(hù)欄與既有鐵路護(hù)欄順接。(2)在現(xiàn)澆支架靠近既有蘭新鐵路一側(cè)設(shè)絕緣板和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，防止施工雜物飛入既有鐵路范圍。(3)在現(xiàn)澆支架靠近既有蘭新鐵路一側(cè)2 m寬范圍內(nèi)采取加強(qiáng)措施，確保現(xiàn)澆支架穩(wěn)定。(4)在轉(zhuǎn)體實(shí)施前，降低既有蘭新線兩側(cè)的接觸網(wǎng)回流線高度，保證接觸網(wǎng)回流線距軌面標(biāo)高不小于6 m。并在接觸網(wǎng)回流線上加設(shè)絕緣套管。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)新建鐵路跨越既有鐵路，當(dāng)?shù)貏?shì)較為平坦且墩高不高時(shí)，可采用小跨徑T構(gòu)跨越；本橋主橋采用的(2×34) m T構(gòu)，經(jīng)濟(jì)合理，整體性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為較優(yōu)的孔跨梁型方案。T構(gòu)采用轉(zhuǎn)體施工，施工方法比較成熟，可減少對(duì)既有鐵路的干擾，加快施工進(jìn)度，節(jié)省項(xiàng)目投資。

(2)T構(gòu)分3段現(xiàn)澆，既能夠降低水化熱對(duì)大體混凝土的影響，保證混凝土的澆筑質(zhì)量；又便于控制曲線梁線性、標(biāo)高、縱坡等。

(3)本橋主橋位于小半徑曲線上，曲線梁外側(cè)腹板受力比內(nèi)側(cè)腹板大，可通過(guò)調(diào)整內(nèi)外側(cè)腹板鋼束的張拉控制應(yīng)力，使曲線梁截面內(nèi)外側(cè)應(yīng)力趨于均勻。

(4)靠近既有鐵路施工時(shí)，應(yīng)采取切實(shí)可行的安全措施，保障既有線的安全。