鐵路營(yíng)業(yè)線跨河多孔橋梁改建施工技術(shù)研究

袁子文

(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200000)

1 引言

水利工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在防洪排澇、水資源利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用。國(guó)家正加大投資，對(duì)部分既有河道進(jìn)行拓浚，增加過(guò)水面積。由于早期規(guī)劃設(shè)計(jì)限制，與拓浚河道相互交叉的原有鐵路橋梁結(jié)構(gòu)不能滿足受力需要。采取中斷鐵路行車(chē)原位改建或者改移鐵路線路等方式，工程投資都會(huì)比較高。如何既滿足河道拓浚和鐵路運(yùn)輸?shù)男枰直M可能降低工程投資，成為當(dāng)前乃至將來(lái)都面臨的難題。本文通過(guò)新長(zhǎng)鐵路丁溪河中橋改建項(xiàng)目，介紹鐵路營(yíng)業(yè)線跨河多孔橋梁改建的施工技術(shù)[1-3]。

2 工程背景

既有新長(zhǎng)鐵路丁溪河中橋地處蘇北濱海平原區(qū)，橋長(zhǎng)81.40 m、寬6 m。上部結(jié)構(gòu)為3-24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋墩為1.1 m×3.4 m的鋼筋混凝土圓端形橋墩，橋臺(tái)為耳墻式橋臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)均采用φ0.55 m預(yù)應(yīng)力管樁，持力層位于粉砂層。橋臺(tái)承臺(tái)底標(biāo)高為0.51 m，橋墩承臺(tái)底標(biāo)高為-2.68 m。

因淮河流域重點(diǎn)水利治理工程——川東港工程建設(shè)需要，丁溪河流域整體拓浚加寬，需將原有新長(zhǎng)鐵路橋梁進(jìn)行改建。改建后橋梁形式為(15.75＋18＋15.75)m框架橋，結(jié)構(gòu)總高度11.2 m，頂部標(biāo)高6.01 m，底部標(biāo)高為-5.19 m。改建后的框架橋如圖1所示。

圖1 改建框架橋立面及平面(單位:cm)

3 施工難點(diǎn)

(1)為保證丁溪河正常泄洪，施工周期為兩個(gè)汛期之間的枯水期，即11月至次年5月，并且鐵路局規(guī)定春運(yùn)期間不得進(jìn)行(鄰近)營(yíng)業(yè)線施工，實(shí)際工期僅為6個(gè)月，時(shí)間非常緊張。

(2)一般鐵路營(yíng)業(yè)線頂進(jìn)框架橋涵在陸地上進(jìn)行，而本工程全部在濱海地區(qū)河道內(nèi)施工[4-6]，地下水位高，河床以下6 m范圍為富水流沙層。工作坑基坑深度超過(guò)9 m，底板面積為2 100 m2。

(3)為控制工程投資，本工程采取原位改建的方式，并且在不中斷鐵路行車(chē)的情況下進(jìn)行。利用非常有限的夜間封鎖作業(yè)時(shí)間，在原有墩臺(tái)上，架設(shè)連續(xù)五組D型便梁替換簡(jiǎn)支T梁作為臨時(shí)過(guò)渡。這在鐵路施工歷史上比較罕見(jiàn)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

(4)施工場(chǎng)地緊鄰運(yùn)營(yíng)中的新長(zhǎng)鐵路，大型機(jī)械作業(yè)較多，對(duì)既有結(jié)構(gòu)影響較大，為保證行車(chē)安全和人身安全，需要采取多種監(jiān)測(cè)手段和安全防護(hù)措施。同時(shí)需要鐵路相關(guān)設(shè)備管理單位和行車(chē)組織單位共同協(xié)助，調(diào)整相關(guān)鐵路設(shè)備位置和列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表。

4 施工方案

4.1 填筑圍堰

在新長(zhǎng)鐵路丁溪河中橋上下游各80 m處填筑圍堰，頂面高程按照“50年一遇”洪水位設(shè)置。在圍堰上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)觀測(cè)情況對(duì)圍堰進(jìn)行加高加寬。

4.2 深基坑施工及箱涵預(yù)制

預(yù)制框架箱涵的工作坑位于河道內(nèi)，實(shí)際開(kāi)挖深度為9.5 m，河岸南北兩側(cè)圍護(hù)樁采用雙排φ100 cm鉆孔灌注樁，高壓旋噴樁作為止水帷幕；河道內(nèi)圍護(hù)樁采用單排φ100 cm鉆孔灌注樁?；铀闹芫鶆蚍植嫉?根鉆孔樁內(nèi)預(yù)埋觀測(cè)管，用于對(duì)基坑變形進(jìn)行觀測(cè)。鉆孔樁施工完成后，破除樁頭、澆筑整體圈梁，并設(shè)置角撐和對(duì)撐。

基坑內(nèi)預(yù)先布設(shè)管井降水，地下水位降至基坑底板以下1 m時(shí)，再分層分區(qū)進(jìn)行土方開(kāi)挖、地基加固，及時(shí)澆筑后背及底板混凝土。

在已澆筑的工作底板上鋪設(shè)滑動(dòng)層，同時(shí)進(jìn)行三孔框架箱涵的預(yù)制。

4.3 墩臺(tái)加固及便梁支墩施工

對(duì)原有橋墩橋臺(tái)進(jìn)行加固后，鉆孔植筋，澆筑抱箍混凝土以擴(kuò)大橋墩橋臺(tái)尺寸；在橋墩、橋臺(tái)上現(xiàn)澆混凝土便梁支墩。兩側(cè)橋臺(tái)后24 m處，分別在路基內(nèi)開(kāi)挖施作便梁支墩。

4.4 線路應(yīng)力放散

為配合拆梁需要，在T梁兩端梁縫處切割鋼軌，以橋梁中心線為基準(zhǔn)，中孔切割成非標(biāo)準(zhǔn)軌，長(zhǎng)度為24.7 m。兩側(cè)均按25 m標(biāo)準(zhǔn)軌切割，具體布置為25 m＋25 m＋24.7 m＋25 m＋25 m，5軌6縫。

4.5 原T梁拆除及架設(shè)便梁

在封鎖點(diǎn)內(nèi)，預(yù)先穿入橋臺(tái)臺(tái)后兩組24 m便梁的鋼枕，再用軌道車(chē)架設(shè)臺(tái)后兩組便梁，作為拖梁。中間三跨便梁預(yù)先組裝，在封鎖點(diǎn)內(nèi)依次拆除T梁、架設(shè)便梁、恢復(fù)線路。

4.6 箱涵頂進(jìn)

為提高地基承載力，對(duì)既有鐵路橋下土體進(jìn)行壓密注漿處理。頂進(jìn)前先進(jìn)行降水，再破除前排圍護(hù)樁，澆筑接長(zhǎng)滑床板。先頂進(jìn)南側(cè)孔框架箱身，再依次頂進(jìn)中孔、北側(cè)孔。兩個(gè)邊孔箱涵在頂進(jìn)時(shí)，靠近橋臺(tái)側(cè)為帶土頂進(jìn)[7-8]。

4.7 空隙填充密封及線路恢復(fù)

框架橋頂進(jìn)就位后，施作分水尖。橋臺(tái)與框架橋之間的空隙、框架橋之間的空隙用混凝土填充。補(bǔ)充橋上道砟、拆除便梁后線路整道達(dá)標(biāo)，取消慢行限制，恢復(fù)線路正常運(yùn)營(yíng)。

工程驗(yàn)收通過(guò)后，拆除圍堰、恢復(fù)通水。

5 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

5.1 橋墩橋臺(tái)加固

之所以需要對(duì)橋墩橋臺(tái)進(jìn)行加固，基于以下三方面原因:

(1)為保證過(guò)水?dāng)嗝鏉M足泄洪需要，原有橋墩又無(wú)法拆除，按照老橋竣工圖尺寸計(jì)算，頂進(jìn)后的框架橋外墻距離橋墩承臺(tái)邊緣僅10 cm。實(shí)際開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)橋墩承臺(tái)實(shí)際尺寸比竣工圖上還要大，同時(shí)為避免框架橋頂進(jìn)時(shí)方向偏移碰到原有承臺(tái)，因此需沿垂直線路方向?qū)⒃谐信_(tái)進(jìn)行切割，切除斷面厚度為60 cm，原有管樁基礎(chǔ)同樣被破壞。

(2)施工時(shí)新長(zhǎng)鐵路無(wú)法中斷行車(chē)，需架設(shè)便梁過(guò)渡。原有橋墩橋臺(tái)需要抱箍加寬，并且在其頂部澆筑便梁支墩。經(jīng)過(guò)計(jì)算，原有橋墩橋臺(tái)的管樁摩阻力不足以承擔(dān)額外增加的荷載，不利于便梁的穩(wěn)定。

(3)頂進(jìn)時(shí)，框架橋底板底比橋墩承臺(tái)底低2.51 m、比橋臺(tái)承臺(tái)底低5.70 m，開(kāi)挖深度較深。原有橋墩橋臺(tái)管樁基礎(chǔ)將全部暴露，摩阻力大大降低；同時(shí)橋臺(tái)臺(tái)后的側(cè)向土壓力變大，橋臺(tái)將會(huì)向河道方向傾覆，臺(tái)后路基隨之垮塌。

綜上所述，采用樁基托換的方式對(duì)橋墩橋臺(tái)進(jìn)行加固，按照原有管樁基礎(chǔ)完全失效的最不利工況進(jìn)行檢算。橋墩采用2根直徑1.5 m鉆孔樁托換，橋臺(tái)采用4根直徑1.2 m鉆孔樁托換，樁長(zhǎng)35 m。因距離既有橋基礎(chǔ)太近，地質(zhì)情況也較差，為防止鉆孔樁在鉆進(jìn)過(guò)程中塌孔影響管樁基礎(chǔ)，采用全護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行施工。鉆孔樁施工完畢后，破除樁頭，在原有橋墩、橋臺(tái)上植筋后，澆筑新承臺(tái)，與墩臺(tái)連成整體，構(gòu)建新的受力體系。

5.2 墩臺(tái)便梁支墩設(shè)置

由于原有T梁尚未拆除，只能先澆筑分離式便梁支墩，位于原有橋墩蓋梁端部、橋臺(tái)托帽端部。澆筑時(shí)在頂部預(yù)埋鋼軌作為限位樁，內(nèi)側(cè)緊貼模板預(yù)埋鋼板。待T梁拆除完畢后，立即在便梁支墩內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板上焊接工字鋼，上下兩道間距1.0 m，將兩個(gè)分離式便梁支墩連接成整體。橋墩處便梁支墩如圖2所示。為確保便梁穩(wěn)定性，還需在便梁支墩四周預(yù)埋的鋼筋上綁扎鋼筋網(wǎng)片，整體澆筑C30混凝土進(jìn)行填充。

圖2 橋墩處便梁支墩(單位:cm)

5.3 T梁拆除及便梁架設(shè)

既有三跨橋梁為6片標(biāo)準(zhǔn)T梁，單片梁重78 t，長(zhǎng)24.6 m、高2.4 m。每組D24 m鐵路鋼便梁全部組裝完總重48.9 t(未包括鋼軌扣件重量)，寬4.94 m、長(zhǎng)24.5 m。主要施工機(jī)械為兩臺(tái)220 t汽車(chē)吊及兩臺(tái)挖掘機(jī)。主要分為以下幾個(gè)步驟:

(1)便梁預(yù)先組裝。利用軌道車(chē)在封鎖點(diǎn)內(nèi)將三組D24 m便梁主梁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用220 t吊機(jī)將主梁依次吊運(yùn)至橋下預(yù)先搭設(shè)好的平臺(tái)上，按照D型便梁組裝圖組裝便梁，斜桿必須全部安裝。

(2)T梁預(yù)頂。T梁拆除前一天，利用封鎖點(diǎn)將T梁頂升，觀察T梁頂升過(guò)程中支座(高度13.5 cm)是否已與梁體脫離，若未脫離則需割除上下連接件以利于吊梁。T梁頂升前，將支座位置正上方線路20 m范圍內(nèi)的鋼軌扣件松開(kāi)，防止T梁頂升時(shí)破壞鋼軌、扣件等，待落梁后再將鋼軌扣件上緊。T梁每端各采用兩臺(tái)100 t液壓油頂頂升，頂升高度以脫離原支座頂面1～2 cm為宜。

(3)吊裝孔鉆孔。在封鎖點(diǎn)內(nèi)，在兩片T梁之間的翼緣板上鉆兩個(gè)吊裝孔，孔洞直徑為50 cm，用于穿鋼絲繩。

(4)吊機(jī)平臺(tái)地基處理及試吊。吊機(jī)平臺(tái)在框架橋頂進(jìn)方向前端，選用的每臺(tái)吊機(jī)自重加配重約150 t，對(duì)場(chǎng)地承載力要求非常高。首先將河底淤泥清理干凈，換填2 m厚的灰土，分層碾壓；再填筑50 cm厚的級(jí)配碎石，碾壓密實(shí)后澆筑30 cm厚的C30鋼筋混凝土；最后在吊機(jī)支腿位置放置8塊2 m×2 m×0.2 m雙層鋼墊板。在封鎖點(diǎn)內(nèi)，兩臺(tái)吊機(jī)模擬試吊一組鋼便梁，對(duì)正式吊裝方案進(jìn)行驗(yàn)證。

(5)拆除T梁、架設(shè)便梁。利用3個(gè)封鎖點(diǎn)分別完成三跨橋梁的臨時(shí)過(guò)渡。每個(gè)封鎖點(diǎn)(210 min)內(nèi)，先切割分離兩片T梁之間的橫梁連接，兩臺(tái)220 t汽車(chē)吊再依次吊離整體軌排、兩片T梁，將組裝好的便梁吊運(yùn)至便梁支墩之上，將方枕后的軌排吊運(yùn)至便梁上。與工務(wù)部門(mén)共同檢查便梁中心線，確認(rèn)線路幾何數(shù)據(jù)后方可開(kāi)通線路。

6 施工監(jiān)測(cè)

連續(xù)五組D24 m便梁架設(shè)完畢后，經(jīng)鐵路局運(yùn)輸部門(mén)同意，通過(guò)列車(chē)限速35 km/h。由于正值高溫時(shí)節(jié)，早晚溫差大，為避免鋼便梁產(chǎn)生熱脹效應(yīng)，在便梁暴露位置全部覆蓋防曬布、設(shè)置噴淋水管用于降溫，每2 h安排專(zhuān)人檢查便梁螺栓緊固度、限位裝置等。

同時(shí)對(duì)五組D型便梁應(yīng)力及位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)[9-10]。應(yīng)變計(jì)采用JMZX-212型表面智能數(shù)碼弦式應(yīng)變計(jì)，分別布置于便梁主梁跨中位置，用于監(jiān)測(cè)列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)便梁的影響；位移計(jì)分別布置于相鄰便梁的主梁連接處，對(duì)列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)相鄰便梁主梁間橫向錯(cuò)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

6.1 便梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)

應(yīng)變計(jì)編號(hào)為240105、247398、247390、247391、247392、247397，布置形式見(jiàn)圖 3。

圖3 應(yīng)變計(jì)布置

多趟列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，采集到四組有效應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)分析圖

6.2 便梁位移監(jiān)測(cè)

位移計(jì)編號(hào)為630714、630715、630716、630717，布置形式見(jiàn)圖5。

圖5 位移計(jì)布置圖

多趟列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，采集有效的位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖6 列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)位移計(jì)數(shù)據(jù)分析圖

以上應(yīng)變計(jì)和位移計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，當(dāng)列車(chē)以35 km/h的速度勻速經(jīng)過(guò)便梁時(shí)，便梁跨中應(yīng)力在35 MPa以內(nèi)，遠(yuǎn)小于鐵路鋼便梁的容許應(yīng)力；主梁間相對(duì)位移量在0附近呈波動(dòng)狀，相對(duì)位移幅度為±0.6 mm，二者間錯(cuò)動(dòng)保持在安全范圍以內(nèi)，未對(duì)行車(chē)安全產(chǎn)生影響。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)新長(zhǎng)鐵路丁溪河中橋拓浚改建成功的施工經(jīng)驗(yàn)，就鐵路營(yíng)業(yè)線既有T梁改頂進(jìn)式框架橋涵施工得出如下結(jié)論:

(1)結(jié)合鐵路營(yíng)業(yè)線特點(diǎn)，提出了拆除既有橋T梁、架設(shè)多組D型便梁、頂進(jìn)框架橋涵的整體技術(shù)方案。

(2)便梁的穩(wěn)定性是保證行車(chē)安全的關(guān)鍵，需采取必要的技術(shù)措施進(jìn)行監(jiān)測(cè)。