鐵路跨度132 m簡支鋼桁梁跨越既有鐵路轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

姚 杰

(中國鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司，烏魯木齊 830001)

引言

近年來，隨著我國鐵路建設(shè)的快速推進(jìn)，新建鐵路跨越既有運(yùn)營線路的情況越來越多，新建鐵路橋梁的施工會(huì)對既有鐵路運(yùn)營產(chǎn)生干擾，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決既有線運(yùn)營和新建橋梁施工之間的矛盾沖突，大量的跨線橋采用了轉(zhuǎn)體法施工。對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，采用在線路兩側(cè)平行搭設(shè)施工平臺(tái)，現(xiàn)澆施工梁體混凝土，采用墩頂[1]或墩底轉(zhuǎn)體[2]，轉(zhuǎn)體就位后現(xiàn)澆跨中合龍段，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，實(shí)現(xiàn)梁體整體跨越。目前國內(nèi)對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的轉(zhuǎn)體施工積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，但對于單孔大跨度簡支鋼桁梁橋的轉(zhuǎn)體施工技術(shù)和應(yīng)用，國內(nèi)工程實(shí)例較少。現(xiàn)結(jié)合集包鐵路增建第二雙線古城灣特大橋1孔132 m簡支鋼桁梁橋的無平衡重墩頂平轉(zhuǎn)施工方法，闡述該橋的關(guān)鍵技術(shù)，為其他類似橋梁的轉(zhuǎn)體施工提供借鑒。

1 工程概況

集包鐵路增建第二雙線古城灣特大橋位于包頭市東河區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，于DK796+030處與既有鐵路京包線相交，斜交角度13°。橋梁位于R=4 000 m的平面曲線上，主橋采用平分中矢布置[3]。既有京包線集寧至包頭段，屬于電氣化復(fù)線鐵路，是內(nèi)蒙古地區(qū)煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃煌ǚ泵Γ熊嚸芏却螅┕^(qū)間每天開行客、貨列車120對，列車過車頻率平均為6 min/列。施工過程中應(yīng)盡量減小對既有營業(yè)線正常運(yùn)營的影響。

新建橋梁與既有線夾角僅13°，若采用混凝土連續(xù)梁方案，線路高程需抬升較高，且轉(zhuǎn)體噸位大，施工風(fēng)險(xiǎn)高。通過對工程造價(jià)及施工風(fēng)險(xiǎn)等方案的綜合比較，設(shè)計(jì)推薦采用1孔132 m簡支鋼桁梁跨越[3-4]。

橋梁主桁采用無豎桿平行弦三角桁架下承式道砟橋面鋼桁梁，桁高16 m，節(jié)間長度12 m，主桁中心距13 m，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量2 460 t；橋面采用鋼混疊合結(jié)構(gòu)，橋面板采用RPC預(yù)制板，通過濕接縫、剪力釘固定[5]。

鋼桁梁24號、25號主墩采用矩形橋墩，橫向14 m，縱向4 m。承臺(tái)縱向11 m，橫向14.6 m，厚3 m。基礎(chǔ)采用12根φ1.5 m的鉆孔樁，樁長均為83 m。承臺(tái)邊緣與既有京包線鋼軌最近距離僅3.2 m。

2 施工方案比選

上跨鐵路營運(yùn)線橋梁設(shè)計(jì)及施工方案的確定應(yīng)根據(jù)造價(jià)、工期、安全、環(huán)境等多方面因素綜合確定，尤其充分考慮對鐵路運(yùn)營的影響[6]。具體施工方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件結(jié)合橋式方案、工程造價(jià)等因素綜合確定。常見跨線橋施工方案如表1所示。

表1 常見上跨鐵路營運(yùn)線施工方案

結(jié)合本橋橋跨布置及橋式特點(diǎn)，可采用的施工工法有原位支架拼裝、拖拉或頂推架設(shè)以及無平衡重平面轉(zhuǎn)體3種方法，具體比較如下。

方案1：原位支架法拼裝方案

原位支架法拼裝方案需在京包線上下行間及線路兩側(cè)安裝支架，在支架上拼裝鋼桁梁，影響范圍長度約100 m。該方案不僅對京包鐵路行車干擾大，而且施工安全風(fēng)險(xiǎn)及隱患也很大。

方案2：拖拉法或頂推法架設(shè)方案[7]

現(xiàn)場場地受限，無法在既有線間設(shè)置臨時(shí)支墩。且需設(shè)置前后導(dǎo)梁。拖拉或頂推距離為導(dǎo)梁和主梁的總長度，頂推時(shí)間超過20 h，施工過程對既有線運(yùn)營影響大、時(shí)間長。

方案3：無平衡重平面轉(zhuǎn)體就位方案

在鐵路營業(yè)線一側(cè)先架設(shè)臨時(shí)支墩，拼裝鋼桁梁，后在營業(yè)鐵路上先期搭設(shè)轉(zhuǎn)體走行滑道梁，再由多組液壓設(shè)備頂推平轉(zhuǎn)就位[8]。

基于工程特點(diǎn)，經(jīng)過參建各方與橋梁專家多次對施工方案進(jìn)行論證、研討和評審，最終確定采用“旋轉(zhuǎn)橋軸線沿鐵路線支架法高位拼裝鋼桁梁，無平衡重平面轉(zhuǎn)體就位”的施工方案。該法相對于其他方案對鐵路的影響最小，施工風(fēng)險(xiǎn)較低。

3 轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究

古城灣特大橋采用1孔132 m簡支鋼桁梁跨越既有京包鐵路，為當(dāng)時(shí)國內(nèi)鐵路簡支鋼桁梁跨度之最，同時(shí)也是無平衡重平轉(zhuǎn)施工的最大規(guī)模鋼結(jié)構(gòu)橋梁，施工技術(shù)難度大，施工控制精度高。

在整個(gè)平面轉(zhuǎn)體的過程中，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)與安裝至關(guān)重要。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要包括臨時(shí)定位轉(zhuǎn)軸、滑道梁、撐腳、頂推走行機(jī)構(gòu)等，其中頂推走行機(jī)構(gòu)由滑船、滑槽、頂推液壓油缸、頂推反力裝置等組成[9-11]。見圖1。

圖1 鋼桁梁轉(zhuǎn)體平面布置

3.1 定位轉(zhuǎn)軸

定位轉(zhuǎn)軸由芯管和套管組成，布置于24號墩頂。芯管采用φ74 cm的鋼管填芯混凝土圓柱。套管外徑φ80 cm，壁厚2 cm。二者間隙2 cm，填塞黃油。

3.2 滑道梁

跨既有鐵路轉(zhuǎn)體走行滑道梁采用簡支鋼箱梁，因受施工條件和空間的影響，滑道梁設(shè)計(jì)為單箱雙室一跨整體式結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨徑18.35 m，鋼梁全長19.4 m，梁高2 m，采用整體吊裝施工。滑道梁一端支在25號墩上，一端支在鋼桁梁預(yù)拼臨時(shí)墩蓋梁上，并在既有鐵路兩側(cè)布置兩個(gè)臨時(shí)墩支撐鋼滑道梁。見圖2。

圖2 滑道梁布置

3.3 滑船

滑船安裝于鋼梁支座位置，由鋼墊塊和MGE滑板組成。鋼墊塊采用7榀I32b型鋼拖梁和鋼板焊接而成。滑板采用MGE高分子材料，允許承壓強(qiáng)度15 MPa，摩擦系數(shù)0.06。

3.4 滑槽及滑道

滑船在滑道內(nèi)走行，滑道按走行軌跡制作成弧形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)置側(cè)擋限位，焊接于滑道梁上。滑槽采用不銹鋼復(fù)合板作為滑道面，滑道寬1 260 mm；每隔300 mm設(shè)置1道加勁板，每隔900 mm設(shè)置1道反力牛腿。

3.5 頂推液壓油缸

轉(zhuǎn)體采用水平頂推機(jī)構(gòu)頂推走行，根據(jù)計(jì)算完成轉(zhuǎn)體頂推的千斤頂頂推力為1 196 kN，為保證頂推工作的順利進(jìn)行，故選用2 000 kN單作用液壓油缸施加頂推力。

3.6 頂推反力裝置

頂推反力裝置由1道2I40型鋼分配梁和反力牛腿組成。反力牛腿每90 cm設(shè)置1對，焊接固定在滑道兩側(cè)。反力裝置焊接在滑槽基座鋼板上。滑道布置見圖3。

圖3 滑道布置

4 轉(zhuǎn)體施工步驟

鋼梁拼裝完畢，轉(zhuǎn)盤、千斤頂、落梁設(shè)施等經(jīng)安裝和調(diào)試滿足施工要求后，在相關(guān)部門批準(zhǔn)的時(shí)間內(nèi)實(shí)施本橋鋼梁轉(zhuǎn)體架設(shè)施工。

(1)轉(zhuǎn)體施工步驟1：鋼梁靠近滑道梁

根據(jù)計(jì)算所需的頂推力，安裝千斤頂。利用千斤頂使鋼梁慢慢靠近下滑道。

(2)轉(zhuǎn)體施工步驟2：鋼梁頂推上滑道梁

在千斤頂作用下鋼梁在滑道上緩慢行走，滑道糾偏小組根據(jù)測量監(jiān)控小組對鋼梁偏移情況的不間斷實(shí)時(shí)通報(bào)，通過千斤頂來調(diào)整拖船及鋼梁行走方向，緩慢將鋼梁頂推上滑道梁。

(3)轉(zhuǎn)體施工步驟3：鋼梁轉(zhuǎn)體就位

鋼梁走上25號主墩下滑道后，千斤頂應(yīng)間斷性地“點(diǎn)動(dòng)”頂推，以使鋼梁準(zhǔn)確到位。鋼梁就位后，在梁體兩側(cè)采用鋼楔子楔緊鋼桁，防止鋼梁移位。

(4)轉(zhuǎn)體施工步驟4：落梁施工

落梁采用鋼支墩配合大噸位千斤頂(采用4臺(tái)10 000 kN預(yù)應(yīng)力施工用千斤頂)進(jìn)行。每個(gè)墩頂上設(shè)置4個(gè)支墩，兩個(gè)支座上各設(shè)置1個(gè)，橫梁底面靠近支座頂梁處各設(shè)置1個(gè)。支座上鋼支墩稱為主支墩，橫梁下的鋼支墩稱為副支墩，千斤頂放置在副支墩上。

落梁時(shí)兩端交替進(jìn)行，即一端落下一段，然后落另一端，不能兩端同時(shí)落梁。為保證落梁安全，每次落梁不超過20 cm。

5 安全防護(hù)措施及現(xiàn)場施工組織

考慮到鋼桁梁緊鄰既有線拼裝，拼裝高度高，在鋼桁梁靠近鐵路側(cè)設(shè)置φ480 mm×10 mm鋼管立柱并掛設(shè)密目安全網(wǎng)封閉防護(hù)，吊裝設(shè)備均位于外側(cè)。為防止滑道梁上設(shè)備及施工人員掉落，滑道梁側(cè)面設(shè)置鋼管立柱并掛設(shè)密目安全網(wǎng)防護(hù)。見圖4。

圖4 鋼桁梁高位拼裝

為加強(qiáng)施工生產(chǎn)安全管理，施工前成立專門的安全組織機(jī)構(gòu)，責(zé)任到人。制定詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)和

安全組織方案，并提前給鐵路相關(guān)部門上報(bào)各工序的施工計(jì)劃及安全保障措施，經(jīng)批準(zhǔn)后才能施工[12]。

古城灣特大橋鋼桁梁于2010年9月16日開始進(jìn)行拼裝，于2010年12月7日成功完成轉(zhuǎn)體施工。轉(zhuǎn)體總工期不到3個(gè)月。施工中，僅封鎖既有鐵路6次，分別為：①吊裝跨線的轉(zhuǎn)體走行軌道梁1次，封鎖時(shí)間為60 min；②安裝軌道梁上滑道2次，每次封鎖時(shí)間為45 min；③轉(zhuǎn)體封鎖2次，每次封鎖時(shí)間為120 min，比計(jì)劃時(shí)間節(jié)省120 min；④拆除滑道梁1次，封鎖時(shí)間為90 min；合計(jì)鐵路停運(yùn)時(shí)間為6.0 h。轉(zhuǎn)體走行長度約36 m，轉(zhuǎn)體過程中轉(zhuǎn)軸、滑道梁、頂推走行機(jī)構(gòu)、鋼桁梁等各構(gòu)件受力指標(biāo)正常。

6 結(jié)語

作為全線控制性工程之一的古城灣大橋主橋順利貫通，為全線提前竣工創(chuàng)造了有利條件。該橋采用的無平衡重平面轉(zhuǎn)體法，無需稱重配重，施工技術(shù)要求明晰，施工步驟便捷。其轉(zhuǎn)體成功證明大跨度簡支鋼桁梁小角度跨越既有鐵路營業(yè)線采用無平衡重平面轉(zhuǎn)體法，能夠加快施工工期，有效縮減封鎖線路的次數(shù)與封鎖時(shí)長，最大限度地降低施工對營業(yè)線運(yùn)營的影響，有利于行車組織，可充分發(fā)揮運(yùn)營效益，直接、間接經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益明顯。