下穿鐵路橋受限空間內(nèi)箱梁架設(shè)技術(shù)研究

劉志鑫

(中土集團福州勘察設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350013)

1 引言

隨著我國橋梁工程技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，各類高、精、尖技術(shù)被應(yīng)用到橋梁設(shè)計和施工中，在橋梁工程建設(shè)上取得了令世界矚目的成績[1]。常規(guī)的橋梁工程施工技術(shù)也得到了大范圍推廣應(yīng)用，當(dāng)面對特殊場區(qū)和復(fù)雜的環(huán)境條件時，場地規(guī)劃布置、設(shè)備選型、靈活有效的施工方案設(shè)計能夠及時解決施工中遇到的具體問題。本文以工程實例，分析研究下穿鐵路橋受限空間內(nèi)箱梁制架的技術(shù)問題。

2 工程概況

三明市國道205臺江連接線起于臺江大橋西側(cè)橋頭，由東往西依次下穿南三龍鐵路、上跨三明長安路、上跨鷹廈鐵路，左側(cè)緊鄰蕉溪，穿過蕉溪坂，終點與國道205平交。該道路等級為城市主干路，設(shè)計速度60 km/h，道路為左右分離式，雙向四車道，全長2.615 km，跨鐵路段線路縱坡4.95%。

臺江連接線下穿南三龍鐵路三明南站大橋(孔跨布置為8－21 m剛構(gòu)橋)，連接線在鐵路影響范圍內(nèi)設(shè)計為橋梁形式，平面布置見圖1。其中左幅0＃臺～2＃墩設(shè)計為先簡支后連續(xù)的2×30 m小箱梁，2＃墩 ～5＃墩為1－(34.5＋55＋34.5)m 連續(xù)梁，從南三龍鐵路三明南站大橋第3孔下穿過，鐵路橋梁底距公路橋橋面的凈高為5.18 m。右幅0＃臺～2＃墩設(shè)計為先簡支后連續(xù)的2×25 m小箱梁，2＃墩～5＃墩為1－(40＋55＋40)m連續(xù)梁，從南三龍鐵路三明南站大橋第2孔下穿過，鐵路橋梁底距公路橋橋面的凈高為5.42 m。以右幅橋為例，下穿南三龍鐵路部分橋型見圖2。

圖1 下穿南三龍鐵路橋部分平面

圖2 右幅橋型布置(單位：cm)

3 公路橋梁與鐵路橋空間位置關(guān)系

下穿南三龍鐵路部分第1聯(lián)采用2×25 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，梁高1.4 m，梁間距3.075 m，其中內(nèi)梁預(yù)制寬度2.4 m、邊梁預(yù)制寬度2.85 m，翼緣板中間濕接縫寬度0.675 m。橫向布置3片梁，橋?qū)?.45 m，公路橋邊緣距南三龍鐵路既有橋墩最小距離為3.126 m。公路橋梁與鐵路位置關(guān)系見圖3。

圖3 公路橋梁與鐵路位置關(guān)系(單位：cm)

4 箱梁制架可行性分析

該項目設(shè)計初期橋址區(qū)內(nèi)南三龍鐵路、長安路、工業(yè)路為在建項目，多項目同時施工。原市區(qū)干道交通不可中斷，而由于受地形、橋址區(qū)規(guī)劃、經(jīng)濟合理性、工程建設(shè)進度、跨鐵路線優(yōu)選預(yù)制梁等條件限制，在橋梁上部結(jié)構(gòu)選擇時不宜采用多種梁型。最終設(shè)計上跨長安路采用連續(xù)箱梁，下穿南三龍鐵路、上跨鷹廈鐵路部分采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁[2]，在梁部結(jié)構(gòu)上基本做到了統(tǒng)一。

本橋共有連續(xù)梁2聯(lián)，采用支架法現(xiàn)澆施工。有箱梁68片，其中30 m箱梁53片、25 m箱梁15片，采用后張法預(yù)制。梁場布置在11＃橋臺后路基段。5＃墩～11＃號臺箱梁54片，全部采用架橋機架設(shè)。南三龍鐵路橋下箱梁14片，其中右幅為6片25 m箱梁、左幅為8片30 m箱梁。箱梁從梁場運出經(jīng)右幅橋面(大里程往小里程方向)通過。全部完成右幅箱梁架設(shè)后，左幅橋從0＃臺開始正向架設(shè)。至此需要解決的主要問題就是南三龍鐵路橋下14片箱梁的架設(shè)問題。

5 箱梁架設(shè)方案比選

箱梁施工可采用原位現(xiàn)澆或預(yù)制架設(shè)方式[3]，施工方案選擇主要受工期、成本、技術(shù)難度、周邊環(huán)境等影響。該項目預(yù)制箱梁架設(shè)除了需解決箱梁運輸、提升、縱橫向移動外[4]，還要重點考慮鐵路橋下有限空間內(nèi)作業(yè)以及施工過程對既有鐵路安全的影響。

(1)原位現(xiàn)澆

橋位地面壓實、硬化并搭設(shè)支架，在支架上安裝模板澆筑箱梁混凝土[5]。該方案相當(dāng)于設(shè)置了14個制梁臺座，臨時措施投入很大；模板安裝、混凝土澆筑等均需要吊車或其它起重設(shè)備配合且受空間限制，機械臺班增加，作業(yè)效率低；兩跨箱梁先簡支后連續(xù)，后澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉空間小[6]，需要修改設(shè)計圖；關(guān)鍵是施工地點處于既有鐵路橋下，汽車吊吊裝存在極大安全風(fēng)險，現(xiàn)澆施工過程均需在鐵路封鎖天窗內(nèi)作業(yè)，工期影響大、協(xié)調(diào)難度高。

(2)架橋機架設(shè)

架橋機架設(shè)箱梁效率高、安全穩(wěn)定[7]，應(yīng)是首選方案。本橋選用JQ160－40A3架橋機架設(shè)其它箱梁，最高作業(yè)效率為35 min完成一片中梁架設(shè)。但因該架橋機高7.6 m，在南三龍鐵路橋下無法作業(yè)，聯(lián)系多個廠家咨詢，常規(guī)型號架橋機高度無法滿足要求。訂制新的架橋機，其設(shè)計、加工由專業(yè)廠家完成，設(shè)備使用性能和施工安全性均可得到保障[8]。該方案可行性高，在鐵路影響范圍內(nèi)作業(yè)效率也較高，正常架設(shè)尾部喂梁、天車提梁、馱梁行走、落梁就位即可完成[9]。但異型架橋機應(yīng)用范圍小，加工訂制一次性投入大、成本高。

(3)吊車吊裝

采用兩臺130 t以上吊車配合吊裝箱梁。箱梁從梁場炮車運送至2＃～3＃墩間，首先用吊車吊放在右側(cè)橋下路面炮車上，轉(zhuǎn)運至1＃～2＃墩左側(cè)后進行吊裝作業(yè)。由于此時大里程端上部結(jié)構(gòu)已施工，吊車只能停放于1＃～2＃墩間左側(cè)作業(yè)，受空間限制，左右幅最小有效距離約為4 m，經(jīng)計算在吊裝時吊臂沒有足夠的安全作業(yè)空間。

(4)人字扒桿吊裝

人字扒桿法是采用立在墩臺上的兩副人字扒桿配合運梁設(shè)備懸吊橫移的架梁方法[10]。本項目30 m箱梁邊梁自重約95 t，采用人字扒桿吊裝設(shè)備，雖然整體設(shè)備投資少、重量輕[11]，但準備時間長、占地面積大、影響范圍大、兩端需要做錨固設(shè)施、吊桿安裝需用吊車配合，且吊裝高度受限，全過程需申請鐵路封鎖天窗作業(yè)，整體上費時費力。

(5)龍門吊吊裝

采用吊機在0＃臺～3＃墩處組裝兩臺跨墩龍門吊，預(yù)制場內(nèi)箱梁采用炮車運梁到龍門吊下方后控制龍門吊縱橫向移動架設(shè)[12]。龍門吊整體設(shè)備安裝場地經(jīng)由軌道外移后可脫離空間限制，且吊裝過程通過遙控控制，在鐵路影響范圍內(nèi)作業(yè)效率能夠保證，跨墩龍門吊在0＃臺～2＃墩吊裝箱梁沒有問題。但在2＃墩處(南三龍鐵路框架橋邊)連續(xù)梁橋面距離鐵路框架橋凈高5.42 m(右幅)，考慮龍門吊主梁、天車、下滑車及吊裝安全高度等問題，龍門吊工作高度受限，無法在2＃～3＃墩間接吊炮車運送的箱梁，龍門吊支腿需要定制，且需要同時考慮箱梁轉(zhuǎn)運吊裝問題。

6 架設(shè)方案選擇

6.1 方案構(gòu)想

通過對箱梁架設(shè)方案的對比分析，若選擇原位現(xiàn)澆或異型架橋機均為無奈之舉。在進行多次現(xiàn)場調(diào)查后，結(jié)合線路縱坡4.95%提出從0＃臺向2＃墩方向采用定制跨墩龍門吊吊裝方案的構(gòu)想。

6.2 方案可行性分析

6.2.1 空間條件

通過對下穿鐵路橋下空間內(nèi)各方向、多角度有效距離重新精測且在確保2＃墩位置有足夠的安全吊裝高度基礎(chǔ)上，邀請廠家設(shè)計人員現(xiàn)場查勘后在極限空間內(nèi)設(shè)計適合尺寸的龍門吊并通過安全檢算(見圖4)。

圖4 龍門吊相關(guān)參數(shù)(單位：mm)

6.2.2 設(shè)備安裝、架設(shè)方案

結(jié)合現(xiàn)場地形實際情況整修0＃臺后路基平臺，從0＃臺后路基平臺至2＃墩位兩側(cè)布設(shè)軌道、組裝跨墩龍門吊，采用吊機＋炮車將箱梁轉(zhuǎn)運至0＃臺路基平臺，然后跨墩龍門吊架設(shè)箱梁。

6.2.3 涉鐵影響

龍門吊鐵路橋下架設(shè)梁箱過程申請鐵路封鎖天窗時間進行施工。箱梁轉(zhuǎn)運及龍門吊組裝可在營業(yè)線鄰近位置作業(yè)，所造成的涉鐵影響均在施工組織計劃內(nèi)。

6.2.4 投入成本

龍門吊主梁為通用設(shè)備，采用標準節(jié)設(shè)計，跨度根據(jù)現(xiàn)場條件通過定制非標節(jié)確定，其余支腿、天車等均可以通用。相較于異型架橋機應(yīng)用范圍小的不足，定制龍門吊應(yīng)用范圍基本與常規(guī)型號一樣，一次性投入成本不大。

6.2.5 其他條件

(1)現(xiàn)場環(huán)境滿足轉(zhuǎn)運便道及路基平臺場地建設(shè)。

(2)箱梁轉(zhuǎn)運及吊裝施工均可采用常規(guī)作業(yè)，施工效率高。

(3)龍門吊軌道布設(shè)及安拆過程均可采用交叉作業(yè)，對項目工期影響甚微。

(4)右幅箱梁架設(shè)完畢后，龍門吊轉(zhuǎn)至左幅并通過主梁標準節(jié)調(diào)整龍門吊跨度，設(shè)備轉(zhuǎn)場快，箱梁架設(shè)步驟相似。

6.3 確定架設(shè)方案

綜合分析后最終確定箱梁架設(shè)方案為:右幅南三龍鐵路橋下箱梁架設(shè)時，首先通過炮車將預(yù)制箱梁從梁場運至3＃～4＃墩之間，采用2臺130 t汽車吊將25 m箱梁卸至橋下；然后用炮車將箱梁轉(zhuǎn)運至右幅0＃臺后路基上；最后通過跨墩龍門吊架設(shè)0＃臺～2＃墩箱梁。

龍門吊轉(zhuǎn)場至左幅后，左幅箱梁通過已經(jīng)架設(shè)完成的右幅橋面轉(zhuǎn)運至左幅0＃臺位置，再采用龍門吊進行箱梁架設(shè)。

7 結(jié)束語

本文以項目實例為背景，通過對特殊條件下箱梁的制架方案研究，特別是結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境選取適宜的架設(shè)方案，有效地減少涉鐵影響、提高施工進度，最終以較低的成本解決了下穿鐵路橋受限空間內(nèi)箱梁施工的實際問題，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。通過該工程的實施，可為在受限空間內(nèi)橋梁制架方案施工設(shè)計積累寶貴經(jīng)驗。