漢宜鐵路蔡家灣漢江特大橋跨既有漢丹鐵路施工防護關鍵技術

李陸平,王吉連

(中鐵大橋局集團漢宜鐵路項目經理部,武漢 430043)

1 工程概況

新建(武)漢宜(昌)鐵路HYZQ-1標蔡家灣漢江特大橋采用(40+64+40)m連續梁跨越既有漢丹鐵路,該鐵路為雙線電氣化鐵路,線間距5.0 m,共2股車道,正線與既有線交角為27°。連續梁跨鐵路橋墩為87號、88號墩。

原方案每個墩設計為12根φ1.5 m鉆孔樁,樁長59.0 m,承臺尺寸為14.6 m×10.6 m×3.5 m,承臺底高程為18.8 m。但經現場實際測量放線,發現承臺一角已侵入既有線道砟,施工難度非常大。后經設計優化,將每個橋墩樁基變更為6根φ2.0 m鉆孔樁,樁長為76.5 m,承臺尺寸縮小為13.8 m×8.5 m×4.0 m,并將87號、88號墩承臺底高程分別提高3.3、3.0 m,墩身高度分別變為12.85、13.85 m。

設計優化后,承臺尺寸變小,承臺開挖高度變小,施工難度有所降低,但仍緊臨既有線,施工難度尤其是安全風險較大,具體情況為：(1)87號、88號墩承臺已侵入漢丹鐵路護欄,緊靠路肩及道床坡腳處,其中87號墩承臺邊緣與鐵路道床坡腳距離僅137 cm,88號墩承臺邊緣與鐵路道床坡腳距離僅90 cm。(2)87號、88號墩靠漢丹鐵路側地面及路肩高程為26.31 m,而承臺底設計高程分別為22.129、21.821 m,基坑垂直開挖深度分別達4.181、4.489 m。(3)需防護地段線路為曲線,P60-Ⅲ型混凝土枕,且為無縫線路。上行曲線半徑R=4 980 m,實際超高36 mm,上行坡度0.5‰；下行曲線半徑R=4 994 m,實際超高31 mm,下行坡度0.6‰。

2 總體施工方案及施工步驟

針對本工程的實際情況,為確保營業線的絕對安全,傳統的線路防護如挖孔樁、鋼管樁、鋼板樁等無法保證樁基尤其是承臺開挖后,線路幾何尺寸不發生變化。經方案比選,最后采取鐵路工務段I型鋼便梁和H20鋼枕對線路進行加固。樁基施工前申請慢行手續,辦理“天窗”封鎖要點,用I型施工便梁和H20鋼枕對線路進行加固。承臺開挖前,還必須對路基邊坡插打鋼板樁支護,以防路基坍塌。待樁基、下部結構施工完成后拆除架空線路鋼梁,恢復正常通車。上部結構采取掛籃懸臂施工,考慮到漢丹線為電氣化鐵路,沒有采取“封閉式”掛籃方案,而是搭設門式鋼棚架將施工界面與既有線隔離,并能防止小件重物墜落,從而確保連續梁跨既有線施工安全。具體施工步驟如下。

2.1 施工準備

(1)做好現場施工調查,與鐵路部門充分溝通,編制切實可行的施工方案(含應急預案),逐級報監理、業主及鐵路設備管理和路局審批。

(2)分別與鐵路所屬設備管理單位(工務段、電務段、通信段、車務段)簽訂施工安全協議、施工配合協議,明確雙方責任。

(3)提前參加鐵路部門組織的營業線培訓,要求所有參加營業線施工的管理、操作人員取得“鐵路營業線施工管理培訓合格證”后才能上崗。施工前,對所有人員進行全員記名式安全、技術交底。

(4)在設備管理單位的配合下,探明地下既有水管、電線、電纜,聯系有關部門,采取妥善措施遷移、保護。

(5)線路加固。利用“天窗”點進行線路加固,并按要求辦理列車慢行手續。為安全起見,申請列車慢行速度為45 km/h。做好現場安全防護、專人值守和儲備必備的應急物資和設備(如路基坍塌、緊急停車等)。

2.2 鉆孔樁施工

跨鐵路既有線橋梁對鐵路線路加固方案的設計往往沒有在既有鐵路線上進行頂進橋涵施工那么成熟和重視[1]。但由于本工程鉆孔樁很接近鐵路,在列車沖擊作用以及鉆孔樁施工機械本身的作用力下,很容易造成塌孔,從而造成鐵路路基的突然坍塌,嚴重危及列車安全。因此,在鉆孔樁施工前,必須對該地段的鐵路進行線路加固,并采取安全防護措施,確保萬無一失。

線路加固后,采用沖擊鉆機、旋轉鉆機進行鉆孔樁施工,對于靠近既有線的樁基采用旋挖鉆機以便縮短成樁周期。在施工過程中,應特別注意以下事項。

(1)根據每根鉆孔樁的地質情況,將護筒埋設到土質相對穩定的土層中,并至少要埋至路基坡腳以下1.0 m 處。

(2)為了減少鉆孔樁在沖孔過程中塌孔的機會,泥漿的相對密度要保持在1.2以上,黏度保持在26～30 Pa·s。

(3)加強對鐵路線路的檢查和監控,并根據鉆孔樁的樁徑和樁長儲備足夠的片石和黏土,一旦發生大量塌孔立即回填,并采取一些應急措施。

(4)防止泥漿漫流和雨水沖刷路基邊坡,防止路基塌方危及行車安全。

2.3 承臺及墩身施工

本工程承臺基坑實際開挖深度超過4 m,為確保承臺基坑開挖安全,除線路加固措施外,為防止路基坍塌,還采取以下路基防護措施：在87號、88號承臺基坑靠近既有線一側,插打拉森Ⅳ型鋼板樁作為防護樁,防護樁嵌固深度不小于5 m,樁頂露出地面0.3 m；承臺基坑開挖采用機械開挖為主、人工配合的方式施工。路基支護見圖1。

圖1 插打鋼板樁進行路基支護

墩身施工與常規施工一樣,但需要注意模板的吊裝、混凝土灌注時,要特別防止吊機、混凝土泵車等機具設備“侵界”,造成行車安全事故。

2.4 上部結構

為防止雜物、重物墜落影響既有線安全,在上部結構施工前,需要搭設門式防護鋼棚架。0號塊采取墩旁支架法施工,支架搭設好后進行驗收,并按1.2倍最大荷載預壓。其他節段塊采取菱形掛籃懸臂澆筑,掛籃拼裝后按1.2倍最大荷載預壓。為確保成橋線形,根據施工監控指令,預抬底模高程,并及時對節段高程進行復核、確認。

連續梁節段懸臂澆筑時,由于既是高空作業,又是臨近既有線施工,要特別加強臨邊防護,注意掛籃走行、灌注混凝土前的錨固,防止掛籃出現傾覆事故。在具體施工過程中,還應采取以下防墜落、防傾覆措施。

(1)防墜落措施：在掛籃兩側及底部兩側安裝安全網全封閉,以防雜物等墜落,影響線路運營。

(2)防傾覆技術措施:掛籃使用的吊帶接縫處應進行探傷檢測,后短吊桿、錨固點等精軋螺紋鋼筋應用絕緣膠帶防止電焊碰傷,并定期進行更換。掛籃走行前,要加強對滑道錨固、吊掛系統、底側模等進行檢查,確認安全后才能走行。

3 既有線施工關鍵技術

3.1 線路加固技術

(1)加固方案

目前鐵路既有線路加固一般有工字鋼縱橫抬梁扣軌法、D型便梁法和I型便梁法等幾種形式。相對而言,I型便梁最大的好處是不需要調整既有混凝土枕間距,對既有線路的幾何尺寸不產生影響,減少了工作量,而且I型便梁單孔跨度小,跨中撓度小,加固線路穩定,提高了安全系數,降低了安全風險[2]。本工程采取I100型鋼便梁作為線路架空縱梁,采用H20鋼枕作為橫梁。鋼枕與縱梁用高強度螺栓連接。

臨時支墩必須具有一定強度和穩定性。一般有枕木垛、現澆混凝土基礎、挖孔樁等形式。本工程采取現澆混凝土基礎和枕木垛組合方式,先開挖2.0 m×2.0 m擴大基礎,然后碼放枕木垛,兩臨時支墩中心距14 m。當線路位于曲線時,要將臨時支墩設置橫向坡度,滿足超高值[3]。

根據工務部門的要求,在兩側各插入1對25 m短軌作為緩沖區,軌縫按15 mm控制,把無縫線路變為有縫線路。施工過程中要密切注意軌縫寬度和軌溫變化,當軌縫密貼或軌溫超過規定溫度時,要對鋼軌進行灑水降溫處理,防止脹軌跑道事故。

87號墩處既有線路加固方案見圖2。

圖2 87號墩處線路加固示意(單位：cm)

(2)便梁的安裝

利用“天窗”點提前穿入H20鋼枕(臨時支墩處并列穿入2根)。鋼枕在既有混凝土枕的間隙內設,穿鋼枕時按“隔六穿一”的原則,開挖1孔穿1根。

便梁的運輸通常采用鐵路運輸。先將I100型便梁放在2輛60 t平板車上,采用跨裝方式運送到靠近施工地點的車站,架設時采用機車或軌道車牽引平板車方式(要封閉點)運至現場卸梁。

I型便梁卸梁后,先迅速與臨時支墩處的橫梁連接,然后及時用高強螺栓與鋼枕連接,鋼枕與鋼軌接觸面墊好絕緣墊板。因曲線原因導致無法安裝尼龍扣件的,為便于控制軌向,鋼軌底邊外側與縱梁間設橫向支撐,橫向支撐間距不大于1.5 m。架空臨時支墩每天必須用水準儀觀測2次,發現支點下沉,及時加固處理。

線路加固完畢,經安監、工務等鐵路部門檢查簽認確認后,方可重新開通線路。

線路加固每個步驟的施工照片見圖3～圖5。

圖3 鋼枕橫梁提前穿入

圖4 軌道車卸Ⅰ型便梁

圖5 Ⅰ型便梁安裝就位

(3)便梁拆除

待承臺施工完畢后,盡快恢復線路：回填道砟、搗固、撤梁,封鎖線路進行應力放散,焊軌,恢復跨區間無縫線路,進行線路驗交,申請恢復常速。

(4)注意事項

①便梁安設期間,對既有線施工作業人員要進行系統的行車知識和規章制度教育,制定和落實各崗位人員的安全生產責任制,做到分工明確,各行其職、各負其責。架子隊隊長、技術負責人以及五大員(技術、安全、質檢、試驗、材料)、工班長、領工員和施工防護員等關鍵崗位的人員,必須經考核合格后,方準上崗任職。

②施工期間設專人加強對I型便梁及施工區段內既有線路的巡視檢查,及時排除施工問題。安排專職檢查員,每過一躺車都要進行檢測,對有松動的配件及時加固。

③凡在既有線旁施工,作業人員和施工機械有可能侵入限界的處所,均應設置醒目的隔離如警示標志(樁、繩、網),不經施工負責人允許,任何人員、設備不得進入行車限界以內。

3.2 門式防護鋼架

(1)防護鋼架設計

防護鋼架高度為10.676 m,跨度為13 m。鋼架立柱采用φ630 mm×10 mm鋼管,鋼管柱通過預埋件與挖孔樁基礎連接。柱頂架設大縱梁、橫梁,小縱梁、橫梁均采用型鋼HW588×300,橫梁上再布置的I16小縱梁,小縱梁頂部滿鋪4 mm鋼板,上面再滿鋪2 cm厚木板,剛架頂面鋪設薄鐵皮(圖6)。

圖6 防護鋼架結構斷面(單位：mm)

(2)防護鋼架施工

①基礎施工

安全防護鋼架基礎采用φ2.0 m挖孔樁基礎,樁長3.5 m。挖孔樁頂面設有預埋件,以便于和鋼架立柱焊接。

②鋼架安裝

在安裝前,應仔細考慮現場起吊設備性能、吊裝能力和吊距能否滿足要求,在點前作好鋼架吊點并進行試吊,點前應檢查各種材料、機具到位情況,現場人員安排情況是否到位。鋼架安裝采用要點分步安裝的方式施工,從兩側向站場中間逐步安裝,直至最后合龍?？⒐ず蟮姆雷o鋼架見圖7。

圖7 竣工后防護鋼棚架

③鋼棚架拆除

梁體合龍后,先將掛籃拆除,然后拆除防護剛棚架。防護棚架立柱采用氣割方式人工分散拆除,并在駐站聯絡員和防護員的監護下人工分批運送出場。

(3)安全管理措施

①采取接地裝置

采用扁鋼在鋼架底部與大地充分連接,整個鋼架體系共設置12處接地,保證接地電阻小于10 Ω,使整個鋼架與大地充分接觸,降低感應電流的影響。

②防雨水措施

在鋪設木板時,考慮在每股道范圍內設置人字形流水坡,將雨水盡可能沿兩股道接觸網以外位置排除,不致形成水柱,發生較大安全事故。

③加強安全防護,確?？缇€施工安全

在87號、88號每一個主墩上安排一個認真負責的安全防護員負責該梁段的施工,防止施工人員向線路丟棄建筑垃圾等,特別是施工混凝土時向下傾倒多余的混凝土。

4 結語

(1)本工程采用I型鋼便梁和鋼枕進行線路加固,在施工期間,未發生一起人身、行車和施工安全事故,確保了營業線的安全,且工程質量和施工進度處于可控狀態。這對于類似既有線工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

(2)跨既有線連續梁采取掛籃懸臂澆筑時,采用門式鋼棚架是一種較好的選擇,它可以將施工界面與既有線進行隔離,還能防止小型重物墜落,相比“封閉式”掛籃來說,顯得更加安全、可靠。

(3)對于跨既有線施工,應樹立“既有線上無小事”的理念,加強“三全”(全員、全方位、全過程)安全質量監控,尤其是線路加固、防護棚架搭設等。

(4)為確保既有線安全,筆者建議,設計上應更多地考慮施工因素,在可能的情況下,應盡可能加大連續梁的跨度,保證既有線與橋墩有足夠的安全距離。

[1]羅裕明.上跨式公路橋鉆孔樁施工時鐵路線路的加固方法[J].路基工程，2003(1)：10-11．

[2]馬占凱.工便梁加固線路頂進大跨度橋涵技術[J].山西建筑，2009(18)：324-325.

[3]靳銳勇.有線上頂進立交橋采用D型鋼便梁進行線路加固的施工方法[J].鐵道標準設計，2003(12)：17-19.