京承線徐尹路鐵路橋改建設計方案與施工技術

高玉蘭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司城市軌道交通設計研究院,北京 100055)

1 工程概況

1.1 道路及鐵路現狀

本工程位于北京市通州區,為徐尹路改建工程的一部分?，F狀道路為單幅路,主輔路道路全寬為20 m。在京承線K27+321處以1-20 m梁式橋下穿鐵路。橋位處既有京承線為雙線非電氣化鐵路,位于緩和曲線段,曲線半徑為1 140 m,線路坡度為+3.7‰,線間距為4.0 m,無縫線路、混凝土枕、 60 kg/m軌。鐵路兩側有鐵通、聯通電纜等鐵路設施。

1.2 既有12號橋現狀及構造特點

既有12號橋為簡支梁式橋,共有4片梁,與京承線交角為71°,橋臺尺寸按叁橋4018 T形臺標準設置,梁部采用定型圖號《專橋(66)1044》,梁寬為1.95 m(包括翼緣),梁高為1.42 m(不含擋砟墻,防水及保護層),梁長為20.6 m,耳墻式橋臺沿線路方向為5.75 m(圖1)。

圖1 既有橋原貌

1.3 工程地質及水文地質

橋址處地層自上往下概述如下：①人工填土層；②新近沖洪積層：主要為黏質粉土、砂質粉土；③～⑤層為第四系沖洪積層：③為重粉質黏土、黏土,④為粉質黏土、重粉質黏土,⑤為黏質粉土、砂質粉土。本橋底板位于土層③,地基基本承載力為130 kPa。在勘察深度范圍內實測到2層地下水,均為潛水,地下水位位于框架橋底板底面以上,需進行降水作業。

2 方案比選

方案一：既有橋下填筑漿砌片石,利用天窗點將4片梁吊離,隨后恢復線路,采用扣軌縱橫梁體系加固線路[6],一次頂進1座8.5 m-16.5 m-8.5 m 3孔框架橋,邊頂進新橋邊拆除橋下漿砌片石及既有橋臺。

方案二：改造既有線和橋臺,既有橋下填筑漿砌片石,利用天窗點采用D型便梁將線路架空后,水平移出4片梁,再依次頂進3座8.5、16.5、8.5 m單孔框架橋,邊頂進新橋邊拆除橋下漿砌片石及既有橋臺[2]。

由于方案二的施工工藝較成熟,D型施工便梁加固線路穩定性較好,因此目前此種工藝被普遍采用。但由于該工點處京承線線間距僅4.0 m,且位于緩和曲線段,軌底至梁頂距離0.26 m,因此如采用方案二,為滿足D型施工便梁的技術要求[3],必需對該處線路進行改造,并進行撥道、抬道,既有橋臺作為便梁支座,還需對其采取加寬、拉錨等加固措施,以防止其橫移及傾覆。并需架設6組便梁分3次將橋體頂進就位。

顯而易見,方案一的優勢在于工序少、工期短、投資低,故最終選擇方案一。

3 施工技術

3.1 漿砌片石基礎施工

進行吊梁施工前,先在既有橋T梁下方滿砌M10砂漿片石,斷面形狀為梯形。漿砌片石上頂寬為12 m,下底寬為18.81 m,砌筑高度為4.5 m,分層階梯砌筑,形成錯臺。為提高其整體性,各分層間水平方向預埋φ20 mm鋼筋,間距為30 cm×30 cm,長度均為1 m；兩側設1.25 m高,50 cm寬擋砟墻,與漿砌片石基礎間預埋φ25 mm鋼筋,間距為10 cm(垂直線路方向)×30 cm(順線路方向),長度均為3 m,擋砟墻采用C25混凝土澆筑,以提高整體承載力及其穩定性,順線路方向長為20.6 m,在各梁吊點處預留寬1 m進出口,方便施工人員穿繩作業,擋砟墻外兩側均預留50 cm寬作業平臺。漿砌片石層間設隔離層方便后期橋體頂進時破除,砌筑片石頂面與既有梁底間預留10 cm空隙(用于吊梁時穿鋼絲繩),既有梁兩端順現有耳墻向上砌筑,砌筑高度至兩端軌底以下80 cm。為防止回填石砟滑落,于擋砟墻頂面修筑20 cm高,10 cm寬擋砟板,為防止橋體頂進時道砟滑坡,相鄰兩片梁間修筑擋砟墻(圖2)[4～8]。

圖2 橋下漿砌片石斷面

3.2 填筑吊車作業平臺

由于此次吊梁施工需采用2臺450 t吊車同側支立,同時起吊單片梁,施工便道為既有道路,全寬僅為20 m,不滿足2臺吊車同時支立的工作面要求。根據現場實際情況,將舊橋西側作為吊車作業區,范圍25 m×40 m。需填方,最大填方高度為4.5 m,采用50 t振動碾分層碾壓,碾壓時采用公路路基碾壓標準,分層厚度不超高50 cm,每層碾壓6～8遍,每次碾壓輪跡重疊不小于半個輪寬,吊車作業平臺最上層50 cm采用級配碎石,攤鋪均勻后碾壓平整,工作平臺填筑完畢后進行地基承載力實驗,保證地基承載力最小值不小于100 kPa,以確保工作平臺的穩定性[6]。

3.3 改移纜線,清除線上所有障礙物

封閉點前做好相關準備工作,檢查吊梁作業區及既有橋范圍內相關纜線的改移情況,確保各設備單位的所有纜線已經改移,組織各單位負責人進行聯合檢查,確保不會對纜線造成損壞。利用列車運行間隔時間,使用螺栓松解劑對既有T梁鋼支座的螺栓和螺母進行處理,把支座上擺的螺母擰下來,涂上機油,然后再把螺母重新擰上,便于吊梁時把螺母擰下來。拆除兩端橫隔板,先用風鎬鑿除橫隔板混凝土,然后使用氣割將連接鋼筋切斷。將梁支座兩側連接支座上、下擺的鋼筋卡環拆除。既有橋兩側有鋼欄桿和水泥板鋪成的人行過道,既有橋范圍內線路兩側有擋砟板。鋼欄桿和水泥板人行過道影響①、④號T梁的吊離,既有橋兩側的擋砟板在吊完軌排后影響梁頂的石砟的清除,均需拆除。拆除擋砟板時,先用裝滿道砟的袋子擋住枕木頭的道砟,吊軌排時再清除道砟[9～11]。

3.4 選用吊車

既有橋的T梁標準質量為77 t,每片梁上道砟厚度為50 cm,道床上部總寬7.4 m,下部總寬8.4 m,每片梁上道砟質量為30.9 t,總計108 t,為了確保吊車能順利吊離每片T梁,按最大起吊重力1 200 kN選用吊車。吊離①號梁時吊車的作業半徑最大,按選用2臺450 t吊車同時起吊計算,2臺吊車支立后距離漿砌片石邊緣距離均為1.5 m,吊車回轉中心至車頭距離為5.5 m,1號梁中心到漿砌片石基礎邊緣為9 m,吊車吊裝最大半徑為5.5 m+1.5 m+9 m=16 m。 格魯夫450 t級汽車吊,當吊裝半徑為16 m時,最大起吊能力按80 t的參數計算,2臺吊車許用負荷1 600 kN,按要求起吊重力1 200 kN,完全在吊車的安全負荷內。經計算使用2臺格魯夫450 t級汽車吊的技術參數和起吊能力滿足本方案要求(表1)。

表1 格魯夫450 t級汽車吊技術參數和起吊能力

3.5 兩次封閉要點,進行應力放散,換軌,預頂T梁

每次封閉要點120 min,分別對京承線上下行進行應力放散、換軌作業,換軌長度為150 m。對線下T梁進行預頂,每片梁兩端各放置100 t液壓千斤頂2臺,預頂T梁2 cm,后落梁至原位[9～11]。

3.6 兩次封閉要點120 min,吊離軌排和T梁,填筑道砟

每個封閉點內吊離2片T梁,吊離順序為④③②①號梁。

(1)首先吊離軌排,軌排全長25 m,質量19.8 t,安排專人用繩子在軌排兩端拽著軌排,防止軌排轉動。吊軌排時使用提前準備好的扁擔梁,共設置吊點8個,為防止吊離軌排時由于鋼軌過長發生變形,使用軌距拉桿按照每隔4根混凝土枕加固一道的方法對軌排進行固定,軌排吊起后吊車將軌排放至指定位置。

(2)吊離T梁時,兩處吊點分別位于距梁端2 m處,為方便鋼絲繩套住T梁以及防止在吊梁過程中鋼絲繩套滑移,提前在鋼絲繩與T梁接觸處鑿出深15 cm、寬15 cm的凹槽。將梁移至運梁板車正上方,運梁車將梁運出場外。

(3)填充道砟,由于道砟回填高度為2 m,為節約時間,下部1 m范圍內采用片石道砟混填,同時預埋注漿管,注漿管長為6 m,沿線路方向間距1 m布置,待道砟回填后進行注漿,以增強基礎穩定性,同時防止橋體頂進時道砟滑塌。搗固道砟后,吊回軌排。

3.7 整修線路、線路加固、新橋頂進就位

(1)封閉要點施工完成后,安排搗固人員利用列車運行間隔時間對線上道砟進行搗固,以提高道砟的密實度[9～11]。

(2)施作橋體四角防護樁,為了保證橋體頂進時線路不發生橫向移動,在線路西側設置抗橫移樁,順鐵路方向布置,其上連接通長L形冠梁,慢行點內采用扣軌縱橫梁體系加固線路[1，11]。

(3)在舊橋東側開挖工作坑,預制滑板、框架橋,施作臨時頂進后背,該框架橋設計最大頂力為63 000 kN,頂程為31.8 m。鑒于此橋頂進時既有橋臺的影響,要求頂進后背要有足夠的安全儲備[7～8]。

(4)慢行點內邊頂進新橋邊拆除橋下漿砌片石及既有橋臺。既有橋臺破除采用水平鉆孔填塞膨脹水泥無聲爆破為主,輔以2臺破碎錘鑿除清理,橋臺部分布孔間距為50 cm×50 cm,鉆孔深度1.2 m,采用鉆機鉆孔,填塞膨脹水泥進行松動爆破,分部進行,兩側橋臺分六部爆破完畢。由于新橋橋底高于既有橋臺擴大基礎底590 mm,頂進時,采用破碎錘鑿除新橋底以下30 cm厚擴大基礎,鑿除后夯填級配碎石30 cm。每次頂進都要進行中線和高程測量,每頂一鎬一測,從而控制橋體頂進質量(圖3)[7,9～11]。

圖3 新舊橋關系(單位：mm)

此工程已于2010年順利竣工,鐵路、公路狀態良好,實踐證明,此設計方案和施工工藝是合理可行的。

4 結語

隨著我國國民經濟的發展,既有橋改建工程日趨增加,以京承線徐尹路鐵路橋改建工程為例,提出了一種“拆舊頂新”的施工工藝,希望能對同類工程提供一些參考,以下是幾點體會。

(1)不同的既有橋結構形式、不同的鐵路現狀、不同的公路斷面,其改建方案也是大相徑庭,設計人員應綜合考慮各方面因素,因地制宜,制定出一套對既有線干擾最小,又經濟合理、便于施工的改建方案。

(2)拆除舊橋的關鍵是不中斷鐵路線運營和保證其施工安全,這就要求設計單位和施工單位與鐵路各部門密切配合,根據鐵路相關部門批準的封閉點和慢行點制定詳細的施工方案,各道工序環環相扣、密切配合,相關部門應制定應急預案并備足搶險物資,確保施工的順利進行[10]。

(3)總結以往工程的經驗教訓,吊車工作平臺的穩定性和吊車噸位的選擇是容易被忽略的環節,工作平臺的承載力不夠導致吊車失穩,或吊車噸位安全儲備不足導致吊梁失敗,會使整個工程功虧于簣,釀成重大安全事故。

(4)梁式橋基礎往往比框架橋基礎深,為保證整個框架橋基礎均位于彈性地基上,頂進框架橋過程中,需對梁式橋擴大基礎進行處理,本工程的處理方法是采用破碎錘鑿除框架橋底以下30 cm厚擴大基礎,鑿除后夯填級配碎石30 cm[4～6]。

[1] 京鐵局技鑒字[2007]第2號,橋涵頂進施工慢行限速為45 km/h的線路加固體系研究[R]．

[2] 張 瑋.西固環行線寺溝橋改建設計簡介[J].鐵道標準設計,2010(11):60-62．

[3] 沈陽橋梁廠.D型施工便梁使用說明書[Z].

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.4—2005 鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB10203.1—2002 鐵路橋涵施工規范[S].北京：中國鐵道出版社，2002.

[8] 鐵建設[2009]226號,鐵路工程施工組織設計指南[S]．

[9] 鐵科技[2007]61號,鐵路200～250 km/h既有線技術管理暫行辦法[S]．

[10] 京鐵施[2010]249號,關于公布《營業線施工安全管理實施細則補充辦法》的通知[S]．

[11] 鐵道部工務局工橋[1998]2號,既有繁忙干線橋梁改造暫行技術條件[S]．