大跨度曲線鋼箱梁上跨鐵路拖拉施工及安全管控研究

李華健

（中鐵二十四局集團江蘇工程有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著城市的發展，城市道路不斷擴展更新，交通路網日漸密集，跨鐵路鋼箱梁施工也逐漸增多。鋼箱梁拖拉施工因其拖拉施工速度相對較快，對營業線運營影響較小，被更廣泛地應用到施工中[1]。該文結合南京市寧馬高速改擴建工程上跨寧蕪、梅山鐵路施工，重點介紹拖拉施工工藝以及施工過程中的安全風險及控制措施。

1 工程概況

南京市寧馬高速52 m鋼箱梁上跨鐵路路基段，鋼箱梁與鐵路法線交角122.8°，橋下最小凈空7.9 m，鋼箱梁平面位于半徑1 000 m的曲線上，橋面總寬13 m，橋面設4%超高橫坡、2.8‰縱坡。采用拖拉法施工，在鐵路北側L13#墩作為接收端，在鐵路南側L17#~L14#橋墩間場地對應位置設置鋼箱梁拼裝及拖拉平臺。在平臺上拼裝和焊接鋼梁段及導梁，并進行拖拉設備安裝和調試拖拉施工。

2 施工工藝及實施情況

2.1 鋼箱梁與導梁結構

鋼箱梁總長52 m，頂板總寬13 m，采用單箱雙室結構，箱體底板寬9 m，梁高2.7 m。箱體兩側分別設置2 m寬的懸臂板，鋼箱梁總重量約382.2 t。

在拖拉過程中，鋼箱梁會出現懸臂工況，為了減少鋼箱梁自身懸臂長度，最優化地滿足拖拉施工的要求，該案在與滑道梁對應位置設置長度35 m的雙片鋼導梁。兩片導梁之間采用鋼管連接系連接成整體。導梁連接系共設置4組，導梁總重量約35 t。導梁腹板焊接于鋼箱梁端橫隔板上，導梁頂底板分別焊接于鋼箱梁頂底板上，同時沿導梁腹板在箱室內采用16 mm的腹板進行2.9 m延伸加固，增加導梁根部受力的安全系數。

2.2 支架體系及下滑道結構

如圖1所示，支架體系分為兩部分：L14#~L17#墩之間作為鋼箱梁主體拼裝及滑移體系支架，L13#作為鋼箱梁接收端支架，下部結構都是采用鉆孔灌注樁、橫向連接基礎、鋼管柱、橫向連接鋼管、分配梁和滑道梁結構。按照設計圖紙要求，支架按1.2倍恒載預壓消除非彈性變形。

圖1 鋼箱梁拼裝、拖拉施工平臺結構示意圖

2.2.1 主梁拼裝支架及滑移體系結構

主梁拼裝支架共計9組，每組均由6根?630 mm×10 mm螺旋鋼管立柱組成一個受力組合體系，組合間距縱向為3.0 m，橫向為4.5×2 m。受力組合鋼管立柱縱向之間采用圓鋼管P140×3 mm進行水平和斜向加強連接，鋼管底部與基礎預埋鋼板進行滿焊連接。

鋼管立柱上方設置雙拼HN588型鋼作為橫向分配梁，分配梁上順橋向設置雙拼HN800型鋼滑道結構，雙拼型鋼每間隔1 m設置1組加勁肋板。滑道梁頂面滿鋪3 mm厚不銹鋼板，不銹鋼板與雙拼HN800型鋼采用間斷焊接連接，鋼板上滿鋪黃油，以減少摩擦力，并平衡兩側滑道梁摩阻力。

2.2.2 接收端支架

接收端支架由2排?630 mm×10 mm鋼管立柱，每排5根組成一個受力組合，組合間距縱向為3.0 m，橫向為2.05×4 m，另設置單排3根鋼管立柱于支架組前側作為導梁上墩過渡支撐平臺，間距為縱向與接收端支架間距10 cm，橫向4.5×2 m。支架、分配梁和滑道梁采用的材料尺寸、連接布置方式與主梁拼裝及滑移體系支架一致。

2.3 拖拉體系

2.3.1 牽引系統

牽引系統由兩臺連續千斤頂、前后錨點、鋼絞線、液壓泵站、PLC控制系統及錨具夾片等組成。導梁及鋼箱梁縱向拖拉移動總長85.8 m，千斤頂理論牽引速度為20 m/h。每臺千斤頂配置4根Φ17.8 mm的鋼絞線。為保證鋼絞線的伸長率一致，現場采取使用同一廠家、同一批次的鋼絞線并取樣檢測，確保合格伸長率一致的情況下再投入使用，有效保證了兩臺連續千斤頂對鋼箱梁拖拉的同步性。

2.3.2 滑塊設置

拖拉共計設置12組移動滑塊，其中滑塊3~12組設置于鋼箱梁下方，另外滑塊1~2組設置于導梁桿件下方（見圖1），第3組及第12組通過焊接固定在梁底，其他滑塊組使用M20（第11組為M27）螺栓固定于鋼梁上（見圖2），在拖拉過程中隨鋼箱梁移動。另外，在接收平臺滑道梁前端設置一組固定滑塊。移動滑塊高度根據安裝位置鋼箱梁預拱度以及箱梁豎曲線綜合考慮計算確定。

圖2 移動滑塊結構圖

2.3.3 錨固系統

分為前錨點和后錨點。前錨點為千斤頂設置位置，通過雙拼HN588型鋼與滑道梁連接形成后背梁，再將連續千斤頂固定于后背梁上，千斤頂鋼絞線穿過后背梁雙拼H型鋼空隙后至后錨點。后錨點為固定鋼絞線裝置，通過在鋼箱梁尾部設置3 m長“L”型箱型鋼梁，利用箱型梁上的錨夾具固定鋼絞線，前后錨點通過鋼絞線傳遞拖拉所需牽引力。

2.3.4 側向限位系統

在鋼梁拖拉前沿著鋼梁前進路線在鋼梁底板下布置6組限位裝置，兩邊外側腹板處布置5組橫向糾偏千斤頂，保證鋼梁在拖拉過程中按照拖拉路線前進。

3 安全風險分析與管控

該項目為跨鐵路營業線施工，同時跨越梅山、寧蕪鐵路，其中寧蕪鐵路為繁忙干線，拖拉過程中發生的任何細小問題都極有可能給營業線運營帶來較大的安全風險，為此，上跨營業線鋼箱梁拖拉施工安全風險管控研究很有必要。

3.1 營業線施工風險

為保證營業線行車安全，鋼梁拖拉采取封鎖施工，因拖拉行程較長，加之每日的封鎖點時間較短，這將導致拖拉施工不能連續進行，這也要求對每個拖拉周期內鋼箱梁拖拉長度必須進行規劃和控制，不能出現因措施問題導致拖拉過程中斷[5]。

為保證營業線封鎖的安全，在每日施工前編制詳細的施工流程圖，明確每個流程達到的效果，所需時間和具體負責人，確保各流程的順利運轉。同時，在施工前召開了點名會，對現場所有涉及施工的人員進行交底，明確每個人的職責[4]。現場不僅按照路局文件要求設置了駐站聯絡員、現場防護人員和現場封鎖防護標志，還設置了應急作業人員、應急機械、發電機和備用千斤頂等設備，應對突發狀況如高處墜物進入線路、現場停電和千斤頂損壞中斷施工等情況，保證每個封鎖點施工計劃的順利實施。

3.2 勞動安全風險

拖拉過程都是處于高空作業過程，對人員高空作業的安全有著極高的要求。現場在支架搭設過程就開始制作作業平臺，為了保證作業人員高空作業安全，綜合考慮鋼箱梁曲線情況，現場設置了較寬敞兩側作業平臺，通過螺栓將3塊步行板連接成為一個整體。每塊步行板兩端距離支撐點點約40 cm處設置鋼筋壓桿固定（圖3），避免步行板發生位移脫落問題。為保證臨邊圍欄的強度，現場采用剛性材料設置上中下三道橫桿進行加固。圍欄內側綁扎欄片封閉，提升外側圍欄高度，避免人員發生高墜事故。L14#墩作為拖拉設備作業端，采用盤扣支架搭設作業平臺，一方面滿鋪腳手板，平臺四周加上欄片圍擋，另一方面在作業人員需要作業位置設置預埋件便于作業人員有地方系安全帶，并在現場安排專職安全員進行管控，確保作業人員全程系好安全帶，有效保證了作業人員高空作業安全。

圖3 步行板連接壓桿

3.3 鋼箱梁偏位風險

軸線偏位是鋼箱梁拖拉施工普遍存在現象，該項目鋼箱梁橋面設4%超高橫坡且又是曲線梁，自身偏載影響此軸線偏位更加嚴重，使得拖拉精度降低、拖拉時間變長，極限情況下可能造成滑道梁偏載壓垮和鋼箱梁側滑側傾等嚴重安全事故，安全風險十分高，尤其是拖拉過程發生鋼箱梁側傾將嚴重影響營業線運營安全[3]。

該項目通過對牽引系統優化以及鋼箱梁的偏位布置優化大大降低偏位風險。

3.3.1 牽引系統優化

與以往采用單獨液壓泵站分別控制單獨千斤頂從而人為調節平衡兩側拖拉力的施工方法不同，該項目只用一臺液壓泵站，通過分油器，使得兩臺千斤頂同時受油，通過PLC自動控制器調節每個千斤頂的油壓達到不平衡輸出，使得千斤頂的伸縮量同步達到毫米級控制，有效避免了因偏載和摩阻力不同導致的兩側千斤頂伸縮量不同步的問題，從拖拉角度減小了鋼箱梁偏位風險。

3.3.2 偏位布置優化

因鋼箱梁為曲線梁，該項目與以往將滑道梁布置于腹板處的施工方法不同的是，通過計算得到鋼箱梁順橋向的重心軸，通過重心軸與兩根滑道梁對稱中心軸重合的方式布置鋼箱梁，這樣有效消除了因偏載問題導致的偏位情況。

拖拉過程再通過限位以及主動糾偏等方式進一步消除偏位風險，有效保證了整個拖拉過程的順利進行和營業線設備的安全。

3.4 滑道不銹鋼板損壞隆起風險

鋼箱梁主體為分段焊接，在底板拼接誤差、滑塊MGE板固定鋼板的加工誤差、滑道受力部位的豎向位移等因素作用下[2]，使得部分滑塊與滑道接觸面不統一，拖拉過程中極易發生部分滑塊發生脫空，而另一部分滑塊MGE板因受力過大壓縮嚴重，造成固定MGE板的鋼板與下滑道不銹鋼板產生剪切力。下滑道不銹鋼板采用兩條通長不銹鋼焊接，如果不銹鋼板厚度不足，焊接點位數量不夠，不銹鋼板連接處的焊接強度和順橋向焊接長度也不夠，再經受剪切力，極有可能導致不銹鋼板隆起，直接影響后續拖拉滑動的安全。

為保證拖拉施工的正常進行，降低滑道不銹鋼板隆起的風險，該項目對滑道不銹鋼板進行了加強，采用千斤頂支撐起鋼箱梁，將原先3 mm厚的不銹鋼板更換為5 mm厚不銹鋼板，重新進行焊接打磨，確保足夠的焊接高度和強度，并對全部滑道加焊，尤其是對接頭處順橋向延長焊接長度，并打磨平整，同時也對滑塊底部限位鋼板和MGE板打磨成向上的圓弧形避免受力剪切不銹鋼板，提高滑塊通過率。通過此方法，有效解決了不銹鋼板隆起等問題，確保了封鎖施工的順利進行。

3.5 鋼箱梁震動風險

導梁到達接收端前時會因自重產生下撓，因此在接收端設置臨時支墩，利用千斤頂頂升導梁，安裝臨時墊墩，使鋼箱梁導梁能夠順利到達接收端滑道梁，形成簡支結構。但是，因臨時墊墩采用的剛性結構，與導梁直接接觸，拖拉過程剪切導梁底部，摩擦力增大會導致鋼梁發生較大的震動和異響，對鋼箱梁拖拉帶來不可預知的安全風險[6]。此時，應在臨時墊墩上抄墊MPE板，保證不產生剛性摩擦剪切，消除震動和異響。

施工過程中還對限位裝置的構造形式進行了重新設置，由原來的采用鋼板焊接在梁底，通過鋼板與滑道梁硬性擠壓進行限位（圖4），改為采用H型鋼配合無縫鋼管制作出可滾動限位，使限位糾偏時為滾動摩擦（圖5），從而達到既起到限位糾偏又避免了因剛性擠壓造成鋼梁震動和異響的作用。

圖4 鋼板與滑道梁硬性擠壓

圖5 滾動限位

4 結論及建議

結合該項目實際，采用拖拉施工方法進行大跨度曲線鋼箱梁上跨越鐵路營業線架梁施工，通過在施工過程中對防偏、防隆起、人身安全以及營業線防護等采取針對性措施，大大降低上跨鐵路鋼箱梁施工安全風險，保證了施工過程中的安全管控和營業線運營安全，順利完成鋼箱梁架設，為今后類似工程施工提供了實踐經驗。