鋼桁梁跨繁忙四線鐵路拖拉式頂推施工技術

劉運澤

(中鐵十二局集團第一工程有限公司 陜西西安 710038）

1 前言

近年來，隨著國家戰略京津冀協同發展步伐的加快，以北京為中心的基礎設施建設進入快速發展階段。其中，以京雄城際鐵路為標志的重大建設工程自北京西站出發，沿途跨越城市道路、高速公路、鐵路等多個障礙物。目前，跨越障礙物多采用大跨徑特殊橋梁結構，其施工方法主要有現澆、懸澆、轉體、頂推及拖拉等。但對于跨越交通流量大的高速公路、列車運行密集的繁忙干線鐵路適用的方法就比較有限，且需針對實際情況研究采用科學合理的施工方法，以保證施工及運營安全、實現快速施工，減少對既有線的影響[1]。

2 工程簡介及難點

2.1 工程概況

新建北京至雄安城際鐵路JXCJSG-1標黃村特大橋為單線橋梁，其中18#～19#墩采用1-64 m鋼桁梁上跨既有京滬鐵路四股道(對應既有京滬線里程為 K30+776 處），與既有鐵路成122°51′00″交角，既有鐵路兩側限界間寬度為46.5 m。同時，新建1-64 m鋼桁梁在該處與既有京九鐵路并行，距離既有京九線路回流線僅5.2 m(見圖1）。鋼桁梁采用無豎桿三角桁結構，桁高11.0 m，節間長為12 m、10 m，主桁中心距8.0 m，主體結構重約454 t，設計采用頂推法施工。

圖1 線路平面示意

2.2 工程難點

2.2.1 鄰營鐵路施工安全風險大

(1）19#墩身靠既有鐵路側距離鐵路限界(柵欄）僅3.2 m。

(2）既有京九鐵路位于新建鋼桁梁左側，電力回流線距離新建鋼桁梁僅5.2 m。

(3）在18#～19#墩間位置同時有接觸網硬橫梁上跨既有京滬鐵路四條線，且硬橫梁頂面距離新建鋼桁梁下緣僅82 cm。

2.2.2 臨時支墩設立位置受限

(1）根據常規的頂推法施工，一般在跨中位置設立臨時支墩且支墩數量宜多不宜少，以降低頂推施工難度[2]。但既有京滬鐵路為進出北京樞紐的繁忙干線，且19#墩身靠既有鐵路側距離鐵路限界(柵欄）僅3.2 m，既無法在既有鐵路限界內設立支墩，也無法在該側墩身與鐵路限界間設立臨時支墩。

(2）能夠滿足鋼桁梁現場拼裝的19#墩至大里程側23#墩處為既有城市道路，施工干擾大，所以頂推時主梁+導梁的拼裝長度受限，無法在頂推起始方向設立更多的臨時支墩。

2.2.3 跨既有鐵路頂推天窗要點時間要求嚴格

根據鐵路部門有關規定:在上跨繁忙干線天窗內施工時間大于(含）120 min時為Ⅰ級施工，因使用次數受限、不確定性極大，難以實現；在上跨繁忙干線天窗內施工時間小于120 min時屬于Ⅱ級施工，易于實現。所以，確定本工程頂推施工時間要求為:垂停天窗90 min，V停天窗120 min，施工等級Ⅱ級[3]。

3 總體技術方案

鋼桁梁原設計方案為頂推施工，因僅有19#～23#墩側滿足鋼桁梁拼裝需要，且23#墩大里程方向既有道路施工干擾大，無法占用。針對工程難點，經綜合考慮及方案計算比選，采用拖拉式頂推施工方案，即:選擇在具備拼裝條件的19#～23#墩側進行鋼桁梁拼裝，在19#～23#墩間、18#墩靠鐵路側設立拼裝及頂推臨時支墩，同時在臨時支墩頂布置滑道；在19#墩頂設拖拉式頂推反力支點、連續千斤頂，并通過鋼絞線與鋼桁梁另一端尾部牽引點相連，通過千斤頂牽引鋼絞線拉動鋼桁梁前進；鋼桁梁頂推平衡采用前方安裝導梁、后端配重；頂推步驟按照天窗點時間及安全要求進行分次頂推、落梁[4]。

4 拖拉式頂推關鍵技術

4.1 臨時支墩的設置

4.1.1 縮小18#～19#墩間距臨時支墩

因在19#墩靠鐵路側和鐵路限界范圍內無法設立臨時支墩，故選擇在18#墩靠鐵路方向側設立兩排臨時支墩，將最大拖拉頂推跨度由64 m縮小為46 m。

4.1.2 拼裝、試滑移臨時支墩

為滿足64 m鋼桁梁拼裝、32 m前導梁拼裝及32 m鋼桁梁試拖拉頂推需要，在19#～23#墩間總計128 m長度范圍設立臨時支墩。

4.1.3 臨時支墩設計

每排臨時支墩包含左右側共兩個支墩，每個支墩基礎為4 m×4 m×1.5 m鋼筋混凝土擴大基礎，立柱為4φ529 mm鋼管并采用型材聯結。

4.1.4 主體墩及臨時支墩頂橫梁

為滿足鋼桁梁拼裝及縱向滑移軌道鋪設要求，在18#～23#墩及每個臨時墩頂設置橫梁，橫梁采用H型鋼組合[5]，臨時支墩結構見圖2。

4.1.5 主體墩及臨時支墩高度

為滿足拖拉頂推過程梁底到硬橫跨的安全距離，在考慮線路坡度、鋼梁撓度、滑塊高度及落梁高度等因素，根據梁底最大標高對支架高度進行統一設計[6]。

圖2 臨時支墩示意

4.2 滑移系統設計

4.2.1 滑道設計

在墩頂及臨時支墩頂、鋼桁梁縱梁下方位置設置縱向滑道，滑道采用三拼HM588×300×12×20 H型鋼焊接形成，頂面設置寬為660 mm，鋪設4 mm不銹鋼板。

4.2.2 滑塊設計

滑塊采用20 mm鋼板焊接成盒狀，高度為500 mm、寬度為600 mm，下方安裝MGE工程合金板，用沉頭螺栓連接。滑塊布置在每個鋼桁梁、導梁拼裝節點位置[7]。

4.2.3 拖拉牽引系統

根據拖拉頂推速度需求及拖拉重量的計算，選擇采用兩臺TLJ-600型液壓穿心千斤頂進行連續拖拉，千斤頂單臺額定拉力為60 t，合計120 t。液壓千斤頂頂升運動控制由可編程控制系統(PLC）結合手動觸屏指令進行控制調控[8]。

4.3 導梁及配重

4.3.1 導梁及配重設計

(1）前導梁

在鋼桁梁前端設置總長32 m(14 m+18 m）導梁，其中:14 m導梁上下弦、腹桿為箱形截面，平聯采用H型截面，與鋼桁梁采用栓接聯結；導梁前端的18 m導梁為帶加強弦桿的雙層雙拼貝雷片，底面高度比滑道梁頂面高500 mm，便于過跨時方便上臨時墩頂滑道[9]。

(2）配重

配重放置在鋼桁梁最后端[10]，配重塊選用長900 mm、寬900 mm、高1 000 mm的混凝土塊，單塊重量1.8 t；縱向布置9排，橫向布置7排，設置1層，共計63塊總重量123 t。

4.3.2 最不利工況驗算

根據拖拉頂推的實施過程，將整個拖拉頂推過程劃分為11個工況，采用有限元建模，選擇最不利工況進行驗算。

(1）抗傾覆

根據建模驗算，前導梁跨過既有鐵路接觸對面臨時支墩工況為最不利工況(見圖3），其順橋向抗傾覆系數為3.8，橫橋向抗傾覆系數為59，滿足規范要求。

圖3 最不利工況抗傾覆有限元模型

(2）剛度

前導梁跨過既有鐵路、接觸對面臨時支墩時，鋼桁架最大撓度為19.2 mm，此時，支點計算跨度46 m，允許最大撓度L/400=115 mm；導梁最大撓度31.9 mm，最大懸臂長度32 m，允許最大撓度L/400=80 mm。綜上，鋼桁梁、導梁剛度滿足要求[11]。

5 拖拉式頂推時間控制及工況劃分

5.1 拖拉式頂推試驗

為確保跨鐵路拖拉頂推時順利進行，提前檢查發現過程中存在異常問題及實際檢測拖拉頂推速度，在支架前端設計32 m拖拉頂推試驗段，提前將鋼桁梁前移至鐵路限界位置驗證理論拖拉速度[12]。

5.2 跨既有鐵路工況劃分

為確保安全施工及在規定的天窗時間內完成施工任務，按照先穩后快頂推、盡早完成頂推的原則對每次天窗點內作業內容及工況進行了劃分，并根據施工工況進行天窗點計劃申報。施工工況劃分及具體順序、內容如下:

(1）點前拖拉10 m，使導梁前端距離Ⅳ線2.44 m。

(2）封鎖Ⅱ、Ⅳ線35 min，拖拉10 m使導梁前端距離Ⅰ線3.4 m。

(3）封鎖Ⅰ～Ⅳ線90 min，拖拉26.5 m使導梁前端到達對面L6臨時墩并形成簡支結構。

(4）封鎖Ⅰ至Ⅳ線90 min，拖拉32 m使鋼桁梁E0點至既有線另一側L6臨時支墩上。

(5）封鎖Ⅰ至Ⅳ線90 min，拖拉17.6 m使鋼桁梁E0點至永久墩18#墩上，見圖4。

(6）封鎖Ⅰ至Ⅳ線 80 min，18#、19#墩兩端順次進行落梁，落梁總高度524 mm。

(7）點外18#、19#墩兩端順次進行落梁，落梁總高度920 mm。

(8）點外18#墩落梁高度221 mm，19#墩落梁高度165 mm，落梁完成。

圖4 既有鐵路橫斷面示意

5.3 其他控制時間措施

在拖拉頂推過程中，除了拖拉占用時間外，滑塊的安裝割除、糾偏也會占用并影響是否能在天窗點內完成工作任務，施工中采取如下措施:

(1）優化天窗點內滑塊割除的數量，減少滑塊割除次數及占用時間。

(2）對于必須割除的滑塊，在滑塊即將滑出滑道前1 m時，提前對滑塊與鋼桁梁的聯結進行解除，確保滑塊在滑出滑道后及時脫落。

(3）為減少拖拉頂推過程中鋼桁梁軸線偏差增加點內糾偏難度及糾偏占用時間，保證拖拉過程中整體施工安全，采用以動態糾偏為主、靜態糾偏為輔的糾偏方案，同時在鋼桁梁大小里程側各安排一臺測量機器人動態監控軸線偏差，并及時預警[13]。

6 安全管理措施

(1）為準確及時掌握頂推施工狀態，制定監測監控方案，實時監測主要構件應力、撓度。

(2）建立嚴密的現場指揮系統:現場總指揮全面協調駐站安全員、現場副經理及各應急處置小組，現場副經理負責協調技術組、糾偏組及測量組。

(3）成立以項目經理為組織的應急預案機構，配備技術保障、應力監測、安全防護、物質設備及后勤保障等專業小組。

7 結束語

在跨繁忙四線鐵路鋼桁梁拖拉實施工程中共使用5個天窗點，天窗點內拖拉行程64 m，拖拉總行程96 m，準點、安全地完成了各項作業內容，驗證了技術安全措施的可行性，對其他跨越繁忙干線拖拉或頂推施工具有借鑒參考意義。