天橋頂推在高鐵車站改造中的應用

劉 青 （上海樞紐指揮部，上海 200071）

1 引言

近年來，國家經濟高速發展，鐵路建設進入全面發展階段，建設時間跨度較長鐵路車站在耐久性和功能上很難適應旅客出行的需求，改造建設有其充分的必要性。本工程在運營的鐵路站內新建鋼結構人行天橋，同時跨越普速鐵路和高速鐵路兩個場區，施工環境復雜、站內客流密集、鐵路既有設備多、場地狹小、無施工便道可供大型機械進出場，頂推過程期間只能利用滬寧城際高速場固定天窗點，不能影響次日滬寧城際的正常運營，建設風險高，施工難度大。工程實施以頂推工法為技術核心，充分征求了鐵路設備管理單位的建議，在上海局集團公司運輸、工務、供電等部門的支持下，以嚴謹的方案指導施工，保證了鐵路的行車和既有設備安全、站內旅客和作業人員的人身安全，控制了工期，降低了建設成本。對類似鐵路站改有技術指導意義。

2 工程概況

本文以新建京滬鐵路常州站改造工程中非付費聯絡天橋為例，天橋主體為鋼桁架結構（材質為Q235），其中一端連接既有城際站房，另一端連接普速站房，工程實施完成后,可實現常州站城際候車室和普速候車室雙向通行。天橋整體同時跨越普速站場（含2條正線）和高速站場（含2條正線），下穿城際場和普速場大雨棚，在上海局范圍內尚屬首例。

天橋長114m，寬6.0m，高4.25m，軌面到梁底8.9m。天橋立柱設在站臺上依次排布，跨徑（23.15+18.95+24.4+26.4+18.05+2.9）m。（如圖 1）

圖1 全橋斷面圖

2.1 與既有設備關系

2.1.1 城際場無柱大雨棚

天橋下穿城際場大雨棚，鋼桁架距雨棚立柱最小距離270mm，距城際大雨棚下弦桿最小距離490mm。

圖2 天橋與城際雨棚位置關系

2.1.2 接觸網

普速場接觸網導線距梁底距離均大于2m，城際場接觸網導線距梁底距離最小距離0.8m。

2.2 施工環境

本改造工程為營業線及鄰近營業線施工，站場改造由普速場站房向城際場站房逐步過渡，分步實施，期間為配合施工，雖然適當停用部分線路，但緊鄰營業線施工，安全風險較大。施工區域在常州車站普速站場和城際站場，站場區域狹長，多為營業線（鄰近）施工作業，且施工期間多與旅客進出站流線交叉重疊，站場區域難以集中施工用機具材料的擺（停）放，往往形成人員和機具設備排布不開，各施工班組平面交叉嚴重甚至相互干擾，影響施工作業效率的發揮；加之由于既有車站位置處于市中心，廣場人流交織，多為客運服務設施，施工材料及拆除棄料運輸困難。

3 總體施工方案

根據現場實際施工條件和運輸條件，結合常州站改造總體施工過渡方案，以施工運輸二者兼顧為原則，本工程按照兩個階段分段實施。鋼構件在工廠內加工試拼成型，分節運輸至現場，采用吊裝和頂推法安裝就位的施工方法。

工程實施搭設6組頂推輔助支撐架和30m拼裝、頂推工作平臺，臨時支架基礎設置盡量永臨結合，支架與平臺采用鋼結構形式。

普速場由南向北線路依次為京滬線2、IV、6道，I、3、5 道，第一階段停用京滬線 2、IV、6 道，吊裝封鎖區域內的天橋節段。第二階段停用京滬線I、3、5道，天橋在封鎖范圍分節段拼裝，由普速場向城際場方向分節段依次頂推。

4 頂推作業控制要點

在對工況和鐵路設備設施的安全作業要求掌握后，本文重點對天橋城際場部分頂推作業的頂推系統設計和監控量測兩方面進行講述分析，通過嚴謹的設計和嚴密的過程控制確保頂推作業的順利實施。

4.1 頂推系統設計

本工程按照設計方案結合現場施工條件，采用液壓同步頂推技術，頂推系統由液壓頂推設備、滑軌、限位裝置等組成。頂推由計算機全程控制，將頂推速率和精度控制在可控范圍內，滑移速度約為12m/h，全程勻速推進。

圖3 頂推作業示意圖

4.1.1 滑移梁設計

滑移梁設置在拼裝胎架上，材質同鋼桁架，下翼緣與拼裝平臺鋼梁焊接連接，截面尺寸H300×300×10×15，頂推設備需在不小于2m的空間安裝。如圖4～ 圖5。

圖4 滑移梁平面示意圖

4.1.2 滑軌設計

頂推作業實施過程中，頂推器所施加的推力與滾輪和滑軌間的摩擦力保持平衡。

滑移總摩擦力大小為：F=300×1.2×0.15=54t。（摩擦力的不均勻系數取1.2，滾輪與滑軌之間的摩擦系數為0.13～0.15，出于安全考慮取0.15）,因此總推力約為54t。

圖5 滑移梁立面示意圖滑移梁側面示意圖

本次頂推施工設置2個頂推點，液壓頂推器型號為YS-PJ-50，分別于兩側對稱布置。單一設備額定驅動力為50t，所以總頂推力設計值,滿足設計要求。

為確保頂推的精確度，滑移軌道中心線必須與滑移梁中心線重合。滑軌由槽鋼及側擋板組成，槽鋼與滑移梁焊接固定，頂推時起到抵抗滑移推力以及水平力作用。

側擋板規格為20×40×150mm（材質同鋼桁架），與槽鋼軌道及滑移梁采用雙面焊接，單塊側擋板焊縫設計強度 （高度 hf=10mm）：N=σ×0.7hf×lw=160×0.7×10×150-2×10=146kN，單塊側擋板焊縫所承受的最大頂推反力為500÷4=125kN＜146kN，滿足設計要求。滑移軌道設計如圖6～圖7。

圖6 滑移軌道立面圖

圖7 滑移軌道平面圖

4.1.3 限位裝置設計

通過設置側向限位措施，可有效確保鋼結構在滑移中，不發生偏移，主要由H300×300×10×15型鋼及滾輪組成，設計圖如圖8～圖9。

4.1.4 導梁

本次頂推作業，結構抗傾覆系數按照不低于1.5進行設計，導梁長9m截面尺寸同結構下弦桿設計。采用φ180×6鋼管支撐，構件平面節點鉸接，立面節點焊接。

4.1.5 頂推細部設計

圖8 側向限位布置圖

圖9 側向限位示意圖

圖10 導梁立面圖

圖11 導梁平面圖

頂推設備安裝在結構尾部的橫梁上，頂推器前端通過銷軸與安裝在被鋼桁架的耳板連接固定，用以傳遞水平滑移頂推力，頂推耳板采用Q235鋼20mm厚鋼板，如圖12～圖13。

圖12 頂推節點立面圖

圖13 頂推耳板詳圖

4.1.6 防傾覆設計

滑移中為進一步降低鋼結構傾覆風險，在設置頂推耳板的桁架橫梁下翼緣設置卡板，卡板位置圖如14。

4.2 監控量測

為了最大限度降低施工風險，對橋梁頂推全過程進行監控量測。監測內容為橋梁在頂推過程空間位置的變化和鋼結構桿件的應力變化。

圖14 卡板示意圖

4.2.1 監測目的

①確保鋼桁架梁在頂推過程中姿態穩定，實時顯示頂推行進偏差，指導頂推施工。

②監測鋼桁架梁在頂推過程中的橫向位移與垂直位移偏差，預防桁架與滬寧城際大雨棚等設備發生碰撞；監測桁架前端撓度變形與尾端翹起，確保桁架推進到指定位置。

③實時監測桁架推進里程。

4.2.2 監測內容

①鋼桁架頂推過程中，桁架前端撓度實時變化量。

②桁架頂推過程中，桁架尾端翹起實時變化量。

③桁架推進過程中，桁架實測中心線與設計中心線的三維實時動態偏差。

④監測桁架推進實時進程。

4.2.3 監測點布置

①基準點布設

監測網使用常州站改工程坐標系統，并進行一次布網，所有監測基準點滿足兩臺全站儀同時觀測的通視要求。布網時，應充分顧及網的精度、可靠性和靈敏度等指標。由于跨度大，施工等級高，故而本次監測共采用8個基準點，互相校核確保監測數據準確可靠。

②監測點布設

為確保通視條件，預先在該桁架的兩端布設兩根立柱，棱鏡及預埋件焊接在立柱側面上，朝向全站儀方向，同時在下部支撐結構布置監測點，監測頂推作業過程支撐結構的變化。

圖15 頂推桁架監測點布設示意圖

4.2.4 桁架頂推實時動態監測實施

①硬件配備

根據本監測項目的需求，現場配備兩臺具有自動跟蹤、自動照準，自動馬達驅動功能的LEICA TS 30型全站儀分別對待頂推桁架首尾兩端的棱鏡進行實時觀測，采用PANASONIC CF-19堅固型筆記本做為工控機，內置實時動態跟蹤監測程序，將動態監測結果實時顯示在筆記本終端。

儀器主要技術指標

TS30全站儀主要技術指標參數

測角精度0.5”測距精度0.6mm+1ppm×D

Lock模式馬達最大切向速度20m處9m/s，100米處45m/s

Lock模式馬達最大切向速度5m/s

②實時動態監測系統軟件設計

為了實現實時動態監測頂推行進過程中桁架的中線高程偏差、橫向偏差、前后端撓度和推進里程，特開發實時動態監測系統一套，可將實時動態監測結果傳送至計算機，并在界面以圖形和數字的形式實時顯示，并提供限差報警功能。

系統主要有以下功能模塊：

①數據記錄及計算

監測數據實時動態記錄處理，并傳輸至計算機，監測完成后形成電子原始監測文件。

②動態監測結果實時顯示

兩臺全站儀得到的實測數據分別傳送至計算機，經軟件處理后，轉化為桁架頂推實時橫向偏差、高程偏差和里程，并將結果實時顯示在計算機屏幕上，實時指導頂推施工。對于偏差較大的結果，以紅色報警的形式表示，提示作業人員關注。

5 結論

隨著我國高速鐵路的快速發展，高速鐵路站房和站場改造的需求日益增多，工況趨于多樣化、復雜化，實施期間對安全控制要求高，實施時間短多為天窗點內，為確保工程安全質量可控，同時最大程度降低對運輸的干擾，利用頂推法在高鐵車站架設鋼結構，可滿足安全、質量、投資等要求，具有一定的推廣應用價值。