臨近鐵路并跨越高速公路系桿拱橋施工的縱移橫移關鍵技術(shù)

任會川

(中鐵十六局集團 路橋工程有限公司， 北京 101500)

隨著路網(wǎng)建設的迅猛發(fā)展，越來越多的橋梁工程上跨既有建筑物(構(gòu)造物)，其上部結(jié)構(gòu)一般采取現(xiàn)澆、預制架設施工。但對于因受地形、架空線纜等因素影響而無法在設計線路軸線上直接拼裝的上跨高速公路或鐵路的系桿拱橋，只能在新建線路側(cè)后方平臺上完成拼裝，再通過擬跨越道路上搭設臨時支墩及縱移、橫移滑道安裝就位，解決空間、時間受限的問題。

1 工程概況

某鐵路增二線工程為新建上跨高速公路的雙線鐵路橋，鐵路等級為Ⅰ級，客貨混行，設計行車速度160 km/h。孔跨布置為1-80 m下承式簡支系桿拱，矢跨比1/4.71，橋梁全長92.7 m。吊桿間距5.2 m，全橋共設26根吊桿，拱肋中心采用二次拋物線。為減小橋梁的沖擊作用、降低噪音，采用道砟橋面，橋面上設現(xiàn)澆砼道砟槽板。采用雙T形橋臺。拱肋及系桿均為箱形截面，且每個截面的上下翼板、豎板上均設水平加勁肋。橫撐采用箱形截面，且每個截面的上下翼板、豎板上均設水平加勁肋。每個支點處設2個起頂點，位于端橫梁上，靠近系桿的內(nèi)側(cè)。系桿節(jié)段、吊桿與拱肋、吊桿與系桿、橋面板的U肋、橫梁采用高強度螺栓連接，拱肋節(jié)段、橫撐與拱肋、橋面板與系桿頂板采用焊接連接。系桿節(jié)段、吊桿與拱肋、吊桿與系桿采用M30高強度螺栓，φ33孔，設計有效預緊力350 kN，設計抗滑系數(shù)不小于0.45；橫梁腹板及底板、U肋采用M22高強度螺栓，φ24孔，設計有效預緊力200 N，設計抗滑系數(shù)不小于0.45。拱肋節(jié)段、橫撐與拱肋、橋面板與系桿頂板采用焊接連接，相鄰板件焊縫錯開一定距離。

該工程的主要特點：1) 臨近營業(yè)線施工，施工受既有鐵路影響較大。該橋臨近既有鐵路，鋼橋吊裝作業(yè)需選擇合理、安全性能高的吊裝設備，并對鋼橋桿件采取有效的防傾倒措施，確保既有鐵路運營及設備安全。2) 存在立體交叉。該橋上跨西北環(huán)高速公路，鋼橋拖拉施工中需搭設臨時過渡支架占用西北環(huán)高速公路，施工前需制訂相應交通導改方案，確保施工安全和質(zhì)量的同時將對公路交通運營的干擾降到最低。

2 施工方案

2.1 總體施工方案

該橋跨越高速公路，高速公路為挖方，兩邊新建鐵路線在路基上，由于在高速公路上方禁止長時間吊裝、拼裝作業(yè)，原位拼裝方案不可行。拱橋上部結(jié)構(gòu)采用縱移拖拉方案，可避免在高速公路上方吊裝作業(yè)，保證高速公路運營安全。又由于新建線路距離既有鐵路線最近處僅7.82 m，必須使拱橋上部結(jié)構(gòu)遠離設計軸線8.7 m，吊裝拼裝作業(yè)才能在既有鐵路的安全距離以外，這就決定了縱移到位后必須橫移才能使橋梁就位。因此，采用縱移橫移拖拉施工方案，施工方案總體布置見圖1。縱移橫移滑道轉(zhuǎn)換是其中重點、難點之一。頂推從0#臺向1#臺方向進行。

圖1 拱橋縱移橫移拖拉施工總體布置(單位：mm)

2.2 拼裝平臺

拱橋系梁每10 m一個節(jié)段，共設置9個拼裝基礎PT1～PT9，采用砼擴展基礎，在地基承載力較小的條件下有效擴散上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，并作為后續(xù)縱移拖拉作業(yè)的滑道。

2.3 臨時墩

根據(jù)計算結(jié)果，拱橋上部結(jié)構(gòu)的最大懸臂應在15 m以內(nèi)，需在高速公路上設置臨時墩。高速公路兩個方向行車道中間的綠化帶內(nèi)埋設有電纜，不能施作臨時墩基礎。因此，臨時墩占用一個行車方向的行車道和另一方向的超車道，共占據(jù)4條車道中的2條，留2條車道供行車使用。臨時墩順公路方向布置，同一個臨時墩兩側(cè)的基礎正好跨越高速公路，并與新建鐵路正交，可解決新建鐵路與所跨越高速公路平面交角45°的問題。只是同一側(cè)系梁下的2根鋼管沿新建鐵路方向上相差1 100 mm，通過設置短的不等長的導梁使拱橋上部結(jié)構(gòu)可同時上墩。根據(jù)以上原則設置L1～L6共計6個臨時墩，跨度分別為8、9.8、3×15、2×8.6 m。

2.4 導梁

計算結(jié)果表明，如果采用導梁方案跨越高速公路或僅在中間設置一個臨時墩，導梁根部的強度不能滿足要求，要對導梁與拱肋結(jié)構(gòu)作特殊加強處理，代價太高。因此，采用無導梁方案。

2.5 縱移水平力克服

在0#臺的后方設置頂推千斤頂?shù)闹亓κ椒戳ψ戳ψ蚉T1合二為一，既是拼裝平臺的一部分，也是承擔千斤頂反力的基礎。

為保護高速公路路面，臨時墩采用在高速公路原地面上澆筑砼擴大基礎，在基礎上立鋼管立柱。這樣的臨時墩僅能承擔豎向力，不能克服水平力，故需把水平力傳遞到縱移系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)上。

在1#臺的前方和0#臺的后方設置重力式反力座，1#臺前方反力座通過1#臺后與臨時墩L6通過水平精軋螺紋鋼拉桿相連接。L6的上端與L5的上端相連接，在L6的兩側(cè)錨固端高差與整個橋梁的縱坡相適應。依次類推，一直連接到0#臺后方的反力座上。這樣，臨時墩鋼管的上部通過精軋螺紋鋼串聯(lián)在一起，并固定在兩端的反力座上，可克服縱移過程中的水平力(見圖2)。預張力的大小根據(jù)計算確定。

圖2 拉桿錨固方式(單位：mm)

水平精軋螺紋鋼張拉順序：1) 使用扳手預緊各錨固端；2) 同時從兩端對稱向中央依次施加第一級預應力，直到每跨都施加同樣的預應力(需統(tǒng)一指揮，保證對稱跨同時施加預應力)；3) 重復第二步，施加第二級、第三級等批次的預應力(保證施加預應力后每個臨時墩的垂直度不大于1%)；4) 拉桿內(nèi)力達到設計值后，張拉完成；5) 施工完成后，按照上述順序的逆序放松各臨時墩之間的預應力(禁止一次性放松到位，確保施工安全)。

通過采取上述措施，整個臨時墩體系可滿足頂推施工的需要，抵抗頂推過程中產(chǎn)生的水平力，保證頂推施工安全。

精軋螺紋鋼的剛度比鋼絲繩的剛度大，可保證臨時墩身不產(chǎn)生較大變形，安全性高，操作簡便；精軋螺紋鋼接長方便，使用完成后可回收再利用；精軋螺紋鋼使用量大，在市場上易于采購，造價適中，是一種值得推廣的拉桿體系。

2.6 縱移滑道

縱移滑道設置在兩側(cè)系梁共4條腹板處，每側(cè)的2條腹板相距1 100 mm，分別對應1根臨時墩的鋼管柱。縱移滑道設置見圖3。

圖3 縱移滑道設置(單位：mm)

2.7 縱向頂推設備

采用2臺1 000 kN連續(xù)千斤頂作為頂推動力。反力座設置在1#橋臺的前方，一側(cè)通過八三墩桿件安放在臺背上，另一側(cè)安裝在反力臺座上，拉錨器固定于系梁箱梁的側(cè)面，二者通過鋼絞線連接，千斤頂連續(xù)不斷地將頂推力傳遞給系梁，使系桿拱前行。

2.8 橫移方案

原始縱移軸線距離設計軸線8.7 m，橋臺需橫橋向延伸一定長度，2個橋臺分別向線路左側(cè)延伸8.38 m。

為使頂推過程中支墊鋼板厚度較小，厚度8 cm支座墊板在縱移開始前不施焊，橫移前才施焊，導致縱移滑道比橫移滑道表面高出8 cm。

待縱移拖拉到設計位置前1.7 m處時停止拖拉，1#橋臺不需縱移滑道直接安裝橫移滑道，0#橋臺拆除縱移滑道，安裝橫移滑道，然后縱移拖拉到設計里程位置。

拆除縱移千斤頂，在兩端橋臺的橫向擴展部分上，梁體側(cè)面安裝橫移千斤頂，開始橫移頂推，邊頂邊在千斤頂后支墊墊塊，直至橋梁橫向到達設計位置，然后落梁，橋梁到達設計標高。

2.9 橫移滑道

橫移前拆除所有中間臨時支墩，橋梁簡支于兩端橋臺上，由于受力集中，橫移滑道順橋向?qū)挾炔捎? 500 mm、橫橋向通長布置的方式。支座墊板1 600 mm×1 500 mm范圍內(nèi)墊滿滑塊，滑塊周圍采用適當?shù)姆绞焦潭ǎ乐够瑝K滑出。

2.10 落梁

橋梁上部結(jié)構(gòu)到達設計平面位置后，落梁到設計標高，施工完成。落梁時兩端橋臺上的千斤頂輪流下落，每次下落不超過2 cm，禁止橋梁兩端的千斤頂同起同落。

3 鋼橋拖拉頂推施工的控制措施

(1) 頂推過程的標高控制。為保證拖拉過程中鋼橋按1.1%上坡行走，鋼橋系桿前端可順利過渡臨時支墩的滑道，通過對鋼橋頂推過程中的撓度計算，鋼橋最大撓度為6.7 mm。按設計標高進行頂推沒有問題，為確保順利通過，避免發(fā)生異常情況，在兩系桿頭部加焊2根2 m長變截面導梁，頂推到支墩的最后一跨時，拆除導梁，進行最后一跨頂推。

(2) 頂推過程的軸線控制。頂推前計算各施工段各點標高及軸線數(shù)值，頂推過程中用全站儀實時監(jiān)測各點及軸線的數(shù)據(jù)，并與理論值對比，若偏差較大，則及時采取糾編措施。將經(jīng)緯儀架設在1#橋墩的橋軸線上，觀測鋼橋端梁的中心線，每前進1 m，檢查鋼橋縱向軸線的偏移量，當軸線偏差超過20 mm時調(diào)整千斤頂頂出力使系桿拱正位。

(3) 橫向頂推措施。背靠墻面積設計為3 m×1 m，高度為1.5 m，強度為C30。滑道采用雙支32號工字鋼，滑塊為四氟乙烯板，頂推力采用2臺150 t千斤頂。頂推過程中，用全站儀實時檢測軸線的偏移，偏移一定距離后馬上進行糾編，糾編后方可繼續(xù)頂推。頂推前清除橋面及下方的雜物，以防掉落到公路上。

4 結(jié)語

該系桿拱橋臨近既有鐵路，上跨高速公路，通過縱移、橫移和落梁相結(jié)合的綜合施工技術(shù)，可使橋梁從三維方向上分別就位。其主要技術(shù)特點：1)順橋向設置可靠的反力座，臨時墩采用精軋螺紋鋼串聯(lián)，使千斤頂和臨時墩的水平力可靠地傳遞到反力座上，有效解決拖拉過程中抵抗水平力的關鍵問題。2)縱移滑道和橫移滑道的合理轉(zhuǎn)換是其關鍵施工技術(shù)之一。3)不設導梁是其特點之一。