既有鐵路線魚腹式預應力混凝土梁換梁施工

高利艷

(西平鐵路有限責任公司，陜西咸陽 712046)

建設年代較早的既有鐵路橋梁，隨著時間的推移，混凝土出現開裂、剝落等病害，尤其是無碴無枕橋面，列車直接沖擊固定鋼軌的支撐塊，造成支撐塊開裂、松動，線路幾何尺寸難以保證，采取換梁的措施是解決既有梁體病害的有效途徑。但是，既有鐵路換梁施工難度極大，必須統籌考慮，研究合理可行的施工方案。現結合工程實例，對魚腹式預應力混凝土梁換梁工程施工方案進行研究、比選。

1 橋梁基本情況

襄渝上行線K544+473．53龍殿寺1號大橋位于襄渝上行線宣漢—石柱槽區間，既有橋梁為4-24．0 m預應力混凝土無碴無枕橋，上部結構為魚腹梁，下部結構為石砌墩臺，明挖擴大基礎。全橋位于縱坡為5．7‰的直線上。

經多年運營，此橋出現病害，主要表現在橋上鋼軌扣件、彈條、錨栓經常松動折斷，線路幾何尺寸無法保持，經常造成晃車和幾何尺寸超限。2006年1月～3月期間，該橋上彈條折斷多達110次，之后雖然經過大力整治，該病害得以緩解，但在2006年12月～2007年2月期間，仍然發生彈條折斷17次。

2 病害原因分析

1)該橋為預應力混凝土無碴無枕橋，橋梁減震效果不好，列車提速后通過時沖擊力較大，長時間對鋼軌扣件、支撐墊塊等造成沖擊，因此造成鋼軌扣件松動，彈條折斷，錨栓失效等問題，線路維修保養比較困難。2)橋上線路使用的膠墊較厚，設計膠墊厚度達到20 mm，直接導致扣件上亢，扣壓力不足，螺栓松動失效。3)橋梁減震不好，橋梁震動較強，導致支撐塊擋肩容易開裂失效，不能有效的保持軌距。4)橋臺與路基結合部銜接不好。橋梁兩端線路為有碴道床，而橋上線路為無碴明橋面線路，列車通過橋梁時，道床彈性不均勻，在橋梁與路基結合部病害集中發生，方向不良、幾何尺寸經常超限，因此造成晃車。5)承軌臺支承塊開裂、破損、翻漿等問題嚴重，造成錨固螺栓失效達30%以上。

3 施工方案比選

針對襄渝線上行K544+473．53龍殿寺1號橋換梁工程的設計方案，局總工室、工務處多次組織有關單位討論、研究，形成以下方案:

1)不中斷列車運行，利用天窗點人工換梁。

方案一:不中斷既有襄渝上行線行車，在慢行條件下利用天窗點將既有24 m魚腹式梁更換為24 m超低高度預應力混凝土梁。

既有橋梁形式為4孔24 m魚腹式鋼筋混凝土梁，根據現場調查情況，既有軌底至墩臺頂2．02 m，超低高度梁軌底至梁底高度為1．75 m(圖號叁橋2005(A))，支座加墊石高0．3 m，更換超低高度梁后，既有線路軌面標高保持不變。施工時，為錨固支座錨栓，墩頂鋪設錨固鋼筋網，需將墩頂向下鑿除17 cm，梁就位后再重新灌注15 cm厚鋼筋混凝土。根據設計單位現場調查及基礎承載力的計算，既有橋梁石砌墩臺無需加固處理。方案二:不中斷既有襄渝上行線行車，在列車慢行條件下利用天窗點將既有24 m魚腹式梁更換為24 m普通高度預應力混凝土梁。

采用通橋(2005)2101普通高度混凝土梁更換既有魚腹梁，設計標準為時速160 km客貨共線梁，軌底至梁底2．75 m，新梁梁頂寬 4．9 m，軌底到梁頂0．65 m，梁高2．1 m，梁重197．3 t，二期恒載重179．2 t，支座加墊石高度最小按0．3 m考慮，軌底至墩頂總高3．05 m，加上支座錨栓需將既有墩最少鑿除1．18 m。既有墩帽高1．5 m，墩帽鑿除1．18 m后，既有墩帽僅余32 cm，無法保證安全，因此需將墩帽全部鑿除重做，現行通橋2101標準圖墩帽高2 m，軌底至新墩帽底高5．05 m，共需鑿除既有橋墩、臺3．03 m。

該橋既有石砌橋墩最高28 m，將既有石砌橋墩臺向下鑿除3．03 m，在不中斷既有線行車條件下鑿除墩帽施工，穩定既有梁體維持正常行車難度極大，安全風險很高;另外，既有橋墩為漿砌塊石，鑿除施工極有可能會對鑿除部位以下的石砌橋墩產生較大的振動損傷，威脅行車安全。

綜合考慮以上因素，不中斷行車的條件下，將既有24 m魚腹式梁更換為24 m普通高度混凝土梁方案施工難度極大，安全風險很高，很難保證行車及人身安全。

另外，更換為24 m普通高度混凝土梁后，橋墩及基礎承受荷載較既有橋設計荷載增加165 t，原墩臺為石砌墩臺，地基設計承載力為586 kPa，基礎承載力720 kPa，墩頂尺寸為3．6 m×2．3 m，小于現行標準設計墩帽尺寸，需對既有石砌橋墩進行加固處理，墩身包箍后還要增加荷載約280 t，基底應力增加147 kPa，需對既有墩臺基礎進行包箍處理，施工期間對既有基礎擾動較大，施工安全風險高。

2)封閉襄渝上行線，采用架橋機換梁。

方案一:封閉襄渝上行線路，原位更換24 m梁方案。采用該方案根據上面計算需加固橋墩，施工工序繁瑣，對行車安全影響較大，加固三個橋墩估算費用約150萬元，更換梁體費用約450萬元，總計工程直接費用約600萬元(未包括增設線路所、電化改造等費用)。工期估算:拆除四孔舊梁4 d，鑿除兩側部分橋臺15 d，現澆臺帽及養生約30 d，架設新梁3 d，恢復線路8 d，封閉襄渝上行線原位更換24 m普通鋼筋混凝土梁，總工期約60 d。方案二:拆除舊橋，新建3-32 m梁方案。將既有4-24 m魚腹式預應力鋼筋混凝土無碴無枕橋改建為3-32 m預應力混凝土梁，新建2個混凝土實體墩。為避免墩身基礎施工危及相鄰既有橋墩，設計采用6根1．25 m鉆孔樁基礎。新設橋墩距既有橋墩中心8．3 m，基礎結構外緣凈距2．7 m，新作橋墩基礎施工與既有石砌橋墩基礎互不干擾。跨度32 m梁體高度較高，軌底至墩頂3．45 m，墩頂在既有24 m魚腹式梁底以下，施工時，不需封閉線路可完成新墩的施工。新墩施工完畢后封閉線路，采用架橋機將既有24 m梁拆除，再將舊墩及兩側橋臺拆除至新設橋設計標高，預制橋臺頂帽及埋設支座，養生至齡期后架設新梁，架梁完畢后恢復線路。新梁及舊梁考慮在上行線右側設臨時存梁平臺，架設臨時移梁龍門吊喂梁，架梁完成后拆除設備恢復線路。工期估算:封閉線路拆除24 m梁4 d，鑿除兩側部分橋臺15 d，現澆橋臺帽及養生約30 d，架設新梁3 d，恢復線路8 d，封鎖上行線路共計約60 d。新設橋墩與下行線橋對應設置，對橋下排水較為有利，工程直接費用約550萬元。另外，采用架橋機換梁方案需在拆除舊梁及架設新梁期間封鎖襄渝上行線路，在龍殿寺一號橋兩側設線路所，將該段上行線臨時改移至襄渝下行線。下行線與上行線間距為14．9 m，設線路所單側改線長度約200 m，需避過龍殿寺2號橋。新設線路所需增設4組道岔，2條安全線，區間改為半自動閉塞區間，費用約300萬元;接觸網需增設臨時桿約12根，費用約100萬元;通信及電力臨時改移電纜，費用約50萬元，以上各項合計約需要450萬元。因此，架橋機架設更換梁體方案需在工程直接費用的基礎上增加過渡工程費用約450萬元，亦即原位更換4-24 m梁方案工程估算總費用約1 050萬元;改為3-32 m梁方案工程估算總費用約1 000萬元。

綜合上述比較，既有梁體更換為24 m超低高度預應力混凝土梁方案運輸干擾小，工程造價低，并且具有成熟的施工經驗，安全風險小。因此，建議采用此種方案。

4 結語

通過以上論證，在既有鐵路進行換梁設計時，由于既要保證列車的正常運行，又要確保安全、快捷的施工，在大型機械無法實施的條件下，選用與既有橋梁形式相近、盡可能減少橋梁墩、臺改造工作量的梁體，應該是最佳方案。