跨既有鐵路框架式橋墩施工及防護

趙成貴

(中鐵大橋局集團第四工程有限公司，南京 210031)

1 概述

1.1 工程概況

新建津秦鐵路豐南跨津山鐵路特大橋位于河北唐山市境內,于DK115+537處以15°夾角上跨既有津山鐵路,津山鐵路是國家繁忙干線電氣化鐵路,行車密度大,專、特運列車多,相交段津山鐵路為高填土路基。新建鐵路由于受軌頂高程和橋下既有鐵路凈空雙重限制,設計不能采用梁高較大的更大跨度橋梁跨越既有鐵路,773號～777號墩段只能采用梁高較低的小跨度連續梁橋式,受橋墩布置平面位置限制,774號～776號墩3座橋墩設計采用框架墩形式橫跨既有鐵路,框架橋墩與既有鐵路平面位置關系如圖1所示。

1.2 與既有線位置關系

774號～776號墩凈跨度均為14.1 m,墩柱為豎向曲線墩,橫梁為矩形截面鋼筋混凝土結構,既有線軌頂高程為+10.2 m,接觸網承力索距軌頂高度約為7.55 m,各墩橫梁底高程與既有鐵路軌頂凈空如表1所示。

表1 框架墩橫梁下凈空參數

圖1 框架墩與既有線平面位置(單位：cm)

既有津山鐵路電氣化接觸網電壓為2.5 kV,安全距離要求不小于2.0 m,5.0 m之內金屬結構(電力導體)要求做接地設施,框架墩與既有鐵路橫斷面關系如圖2所示。

圖2 框架墩橫梁與既有線位置斷面(單位：m)

2 框架墩橫梁底模平臺設計

2.1 底模結構設計

既有津山鐵路為國家Ⅰ級繁忙干線鐵路,電氣化限界條件預留開通雙層集裝箱貨運列車,導線高度距軌頂為6.45 m,現場測量承力索距軌頂高度為7.55 m,框架墩橫梁完工后橫梁底距承力索最近僅為0.98 m。框架墩橫梁采用支架法現澆施工,底模跨度大,底模高度尺寸嚴重受限,因此,框架墩底模平臺設計及與既有鐵路電力設施距離是本工程施工設計最大難點之一。

津山鐵路為全封閉式,框架墩施工時兩側施工支架不得侵入防護柵欄,考慮既有鐵路路基兩側預埋通訊、信號管線多,橫梁施工支架鋼管柱支承于承臺上,承臺施工時在相應部位設置預埋件,鋼管柱與預埋板焊接連接,鋼管柱頂設置縱向型鋼梁,型鋼梁作為底模平臺支點。

框架墩橫梁截面尺寸為2.2 m×3.0 m,內分3段空心腔,平均自身質量約為12.5 t/m,根據框架墩質量及施工荷載等參數條件計算,底模平臺主梁選用5根HN700×300型鋼。

2.2 承力索絕緣防護

底模平臺跨度大,承受荷載大,下面既有鐵路接觸網等電力設施為高壓帶電體,橫梁施工完成后,底模脫模卸落高度約為15 cm,原有0.98 m凈空高度無法滿足施工要求,經與鐵路局設備單位多方溝通協調,將承力索高度臨時降低到距軌頂高度為6.95 m,即承力索與導線距離降到0.6 m,橫梁底凈空從0.98 m增加到1.58 m,并對承力索安裝絕緣護套,作為第一道安全防護。

2.3 底模絕緣防護

底模平臺5HN700型鋼主梁上設[63 mm槽鋼橫向分配梁和6 mm厚鋼板作為底模面板,底模總高度為769 mm,底模卸落量按150 mm考慮,即落模后底模平臺底面距承力索約0.66 m,距接觸網導線約為1.26 m,小于安全距離2.0 m要求,為保證電氣化鐵路和施工安全,需采取一定絕緣防護措施。

考慮到橫梁施工期間施工人員在鐵路上方操作,鋼筋綁扎、模板安裝及混凝土澆筑、養護均利用底模平臺兼作防護平臺,同時需要考慮雨、霧天氣狀態下,空氣濕度增大時平臺不能因霧汽、雨水形成導電造成事故；另外,根據高壓放電物理原理,平臺底部不宜有銳角尖端。因此,底模平臺底部設置1層厚2 mm鋼板作為圓滑外包面,并以外包面鋼板作為基面,在上面噴涂耐高壓絕緣層。底模平臺絕緣防護布置見圖3。

圖3 底模平臺絕緣防護布置(單位：cm)

2.4 絕緣性能測試

底模平臺底面外包鋼板作鈍化處理,在現場噴涂聚氨酯絕緣層,絕緣層固化1 d后,由具有試驗資質機構現場對地作3.0 kV絕緣測試。測試合格后,出具合格報告,報鐵路局設備單位認可后,再進行底模平臺吊裝就位。

為防止施工期間因意外原因造成放電,現場同時設置放電時聲、光報警裝置,如圖4所示。

圖4 泄漏電流電、光報警器

3 框架墩橫梁施工

3.1 底模平臺滑道梁搭設

因為橫梁施工時,改線后津山鐵路上行線已經投入運營,因此橫梁施工支架搭設、鋼筋綁扎及模板安裝、拆除必須進行要點施工、設防護棚架,框架墩施工影響區段導流線高度不大于6.45 m,接觸網承力索高度臨時調整到不宜大于6.95 m(圖5)。

圖5 臨時改移后接觸網相對高度(單位：m)

框架墩承臺施工時,在承臺上預埋鐵板,作為橫梁支架φ630 mm鋼管支柱基礎的固定連接,鋼管支柱共布置4根,間距均為3 m,鋼管柱間采用型鋼作為連接系,將4根鋼管柱連成整體以增加穩定性。

底模平臺因涉及到鐵路上方吊裝作業,申請給點后,接觸網區間停電進行吊裝作業,底模平臺安裝到位后,固定連接并再次檢查絕緣、報警裝置是否完好,確認后消點開通鐵路運營。

3.2 框架墩橫梁施工

框架墩橫梁截面尺寸為：2.2 m×3.0 m(高×寬),因涉及橫梁與墩柱連接體系轉換的問題,要求墩梁固接處的混凝土分階段灌注,本工程框架墩橫梁均分2次澆筑,一側預留5.89 m與左側框架墩頂的2 m同時澆筑,如圖6所示。

圖6 框架墩橫梁施工縫位置(單位：m)

橫梁側模采用人工可以搬運、安裝的小塊模板,橫梁鋼筋單件質量在50 kg以下,可以由人工從墩柱外側提升到橫梁頂面,再搬運至綁扎的地點,對于長度較大的大件鋼筋需由吊機提升時,吊裝過程中設專人指揮,嚴禁機械侵限,搬運時不得超過防護欄桿高度。

橫梁頂層鋼筋及墊石預埋鐵件、鋼筋均需點焊或綁扎牢靠,不得有松動,橫梁鋼筋及預留管道、預埋板等安裝好后,布置混凝土輸送管道和混凝土地泵,混凝土地泵布置在既有鐵路外側,通過管道水平、垂直輸送到橫梁上。

養護時采用噴養護劑的方法防止混凝土失水。必要時可人工提桶噴霧灑水,不允許使用自吸泵管澆水,灑水以混凝土表面濕潤為限,不允許有流水溢出模板,防止形成水流淋到接觸網上導致放電。

3.3 底模平臺脫模及滑移

框架墩橫梁混凝土強度達到一定強度具備拆模條件時,在不影響鐵路運營安全的情況下松動部分側模與底模螺栓,然后逐塊人工拆除外側模。外側模由兩端向中間逐塊拆除,拆除前,外側模需用安全繩拴好,防止意外掉落。

墩頂部分外側模采用吊機輔助拆除,該部分模板拆除不需要要點,做好機械安全防護。

底模在滑道梁上由穿心式連續千斤頂通過鋼絞線拖移到下一墩位,拖移千斤頂及反力座布置在拖移方向前端,底模落到2I40型鋼滑道梁上后,兩端分別穿入鋼絞線和錨固裝置,通過穿心式連續千斤頂反復張拉將底模平臺向前拖移。拖移過程中注意兩端操作同步,并在底模兩端設置橫向限位裝置,防止模板拖移偏位。框架墩底模拖移布置見圖7。

圖7 框架墩底模拖移布置

4 結語

隨著近年來客運專線建設大發展,尤其是在鐵路網較為密集大城市周邊客運專線的建設,新建鐵路以較小角度上跨既有鐵路時,由于新建鐵路軌頂和橋下凈空、工程造價等條件限制,無法實施大跨度橋梁方案,框架墩橋梁方案成為一種較為常見方式。框架墩跨越方案是在墩柱上設置剛性橫梁,墩柱布置靈活、跨越能力較大,在小角度跨越下方道路上應用較多,一般常見于城市高架橋。

當上跨如電氣化鐵路鋼筋混凝土框架墩下凈空條件限制時,為盡可能減少對既有鐵路運營影響,同時減少既有線上方繁瑣要點作業量,確保操作人員作業和鐵路運營安全,防止出現因導電、漏電造成人員傷亡、列車停運事故,安全、合理的底模平臺結構設計、絕緣防護設計和相關措施尤為重要,本工程考慮到同一工點多座同類型框架墩橫梁施工特點,采用底模平臺首、末次吊裝,其余均采用滑移方案,不僅有效減少對既有線運營影響,也增加了施工單位對工程進度的可控性。

[1]鐵道部經濟規劃研究院.TZ213—2005 客運專線橋涵工程施工技術指南[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[2]鐵道部經濟規劃研究院.TB10203—2002 鐵路橋涵施工規范[S].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2005]160號 客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準[S].北京：中國鐵道出版社,2006.

[4]田萬俊.預應力混凝土框架墩設計研究[J].鐵道標準設計，2003(8).